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紫外线杀菌灯与日光灯、节能灯发光原理一样，灯管内的汞原子被激发产生汞的特征谱线。低压汞蒸气主要产生254nm和185nm紫外线。 日光灯、节能灯灯管采用的是普通玻璃，紫外线不能透出来，被荧光粉吸收后发出可见光；杀菌灯管则用透紫钱玻璃或石英玻璃生产。紫外线穿过玻管壁透射出来。 254nm波长的紫外线很易被生物体吸收，作用于生物体的遗传物质DNA，使DNA遭到破坏而导致细菌死亡。185nm波长紫外线与空气作用可产生有强氧化作用的臭氧，可有效地杀灭细菌。紫外线可集中很高的强度在短时间内杀灭细菌和病毒；如表1是紫外线对各种细菌和病毒杀灭效率的描述。紫外线杀菌属于纯物理消毒方法，无二次污染；
依据消毒杀菌技术标准的指导，每一种微生物都有其特定紫外线杀灭、死亡剂量标准，其剂量是照射强度与照射时间的乘积｛K(杀菌剂量)＝I(照射强度)t(照射时间)｝。从公式得知，高强度短时间与低强度长时间之照射其效果是相同的。
紫外线灯管是以天然水晶为材料之纯石英玻璃管所制造，目前因成本关系与用途不同，也有用高硼砂玻璃管代替的，其特性与效果都有相当之差异。以天然水晶为原料制造之纯石英管，与以高硼砂为原料之高硼砂玻璃管，两者不但效果相差很多，价位也相差数倍，因此应视使用之地方作不同之选择。纯石英管其紫外线穿透率达＞80%，高硼砂玻璃管的紫外线穿透率为＜50%。根据以上数据可知，除非对消毒是否完全，视为非重要因素，使用寿命非考虑重点之设备外，都应考虑用石英玻璃管所制造的紫外线灯管。
紫外线之穿透能力，并不如想象中之高，任何纸片、铅玻璃、塑料都会大幅减低照射强度。因此灯管上之灰尘、油渍都会直接影响其穿透能力。所以新灯管在使用前，应用沾以75%酒精的纱布擦拭，清除油渍、手汗及灰尘。使用中之灯管、石英管应定期擦拭清洁，以免影响紫外线穿透率及照射强度。
紫外线对细菌有强大的杀伤力，对人体同样有一定的伤害，人体最易受伤的部位是眼睛之眼角膜，因此在任何时候都不可用眼睛直视点亮着的灯管，以免受伤，万一必须要看时，应用普通玻璃(戴眼镜)或透光塑料片，作为防护面罩。千万勿错用石英玻璃，因为普通玻璃对紫外线几乎完全无法透过的。一旦受伤，不必惊慌，面部灼伤，几天后表皮脱落，不药而愈。眼睛受伤会红肿、流泪、刺痛，约三、四天才能痊愈。不论如何，一遇到伤害，仍然建议立即至医生处求诊。
紫外线杀菌灯在水处理领域有广泛的用途。 水处理（water treatment）从使用紫外线杀菌灯的方法来分，有直接把灯放入水中，称为浸没式；紫外线灯放入套管里使用，称为过流式。（目前主要采用的是过流式的方法。）与过流式相比，浸没式结构简单。紫外线杀菌灯直接放在水中，这种方法可用于流动的动态水，也可用于静态水。这种处理方法要注意灯管有可能由于意外情况发生破裂；长时间处理，灯管表面会被水中藻类等污染物覆盖，将严重影响紫外线透出。 紫外线杀菌灯在水处理主要应用它的杀菌功能，比如过流式的设备工作原理是这样的：经水泵产生压力的一定流速的水流流过能透紫外的石英套管外围，紫外线灯产生的254nm紫外线对水进行消毒、杀菌。其特点是水流流速很快，一般在石英外套流过的时间为不超过1秒，因此要求杀菌灯的紫外线强度是很高的，一般要求在表面强度超过30000uw/cm2。要产生如此高的紫外线强度，需选用高强度大功率的紫外线杀菌灯。如果仍然想通过延长时间来提高消毒效果，那么一般选用较长的灯，做较长的设备，或在外壁上处理成涡流旋转式结构，来延长水流过的时间。
紫外线杀菌灯工作时表面最佳温度为40℃，温度过高或过低都会影响紫外线输出效果。
紫外线在水中比在空气中更容易衰减，它的衰减系数比可见光在水中的衰减要大得多。只能允许水层厚度在1cm左右，如果更厚，则需浪费更多的紫外线来达到相同的消毒效果。即紫外线灯应用效率会降低。