季铵盐消毒剂的研究与进展

武汉工程大学图书馆学科服务部 周永忠 430073

湖北省水利勘查设计院情报组 陆鑫 430070

文摘 本文从分析季铵盐研究的历史和现状，结合文献计量学的方法进行归纳和总结，对季铵盐消毒剂及其应用进行全面的分析，并对投资季铵盐消毒剂进行了说明。

中文关键词：季铵盐，消毒剂，双链季铵盐

Key word: quaternary ammonium salt，disinfectant，double-quaternary ammonium salt

一．季铵盐消毒剂的概况和发展

季铵盐消毒剂，俗名也叫94消毒剂。1915年Jocobs首次合成季铵盐类表面活性剂。1935年Do-magk进一步研究了其杀菌作用及其化学结构的关系,后来Wetzel进行了临床消毒试验后,逐步引起了重视，我国在1964年研究了一种季铵盐类化合物-苯扎溴铵（新洁尔灭）的杀菌作用,1971年总后药检所进行了进一步研究,并推荐作为消毒剂使用。季铵盐属于高中效消毒剂：指可杀灭一切细菌繁殖体(包括分支杆菌)、病毒、真菌及其孢子等，对细菌芽胞也有一定杀灭作用，达到高水平消毒要求的制剂。其结构通式为

其杀菌原理主要是:其结构通式中R1~ R4代表有机根，它们与氮原子结合成一阳离子集团，为杀菌有效部分，因氮原子与4个有机根结合，因此称“季铵盐”，X为阴离子，如卤素，硫酸根或其它类似的阴离子。用作消毒剂的季铵盐，在R1~ R4中一般有一个碳键长达8~18的烷基，短或长于碳链者杀菌力差。单链季铵盐（如1227为代表）只能杀灭某些细菌繁殖体和亲脂病毒，属低效杀菌剂，双链季铵盐（如C8~C10烷基二甲基氯化铵为代表）可杀灭多种微生物，包括细菌繁殖体，某些真菌和病毒属中效杀菌剂。从微生物角度看其杀菌机理：在水中带正电荷，可以吸附在微生物表面形成微团，并逐步渗入细胞浆的类脂层和蛋白质层，从而改变胞膜通透性，使细胞内容物外渗，导致微生物死亡，同时又凝固蛋白，使酶和结构蛋白变性，破坏微生物的代谢，从而将微生物杀死。如1：1000—1：10000浓度的季铵盐消毒液，能杀灭流感病毒、牛痘、疱疹、肠道病毒、脊髓灰质炎病毒等亲脂性病毒，对革兰阳性细菌比阴性细菌容易杀死，但对杆菌不能杀灭。^[1]

由于季铵盐类消毒剂表面活性作用强，因此要想将其从菌体表面去除也比较困难，一般需使用化学中和剂。由于忽略这种特性，往往在消毒试验中导致错误结论。季铵盐类消毒剂属于阳离子表面活性剂，这类化合物可改变细菌细胞膜的通透性，常将它们与其他消毒剂复配以提高其杀菌效果和杀菌速度。^[1]

季铵盐消毒剂产品的发展阶段

第一代产品是上世纪初Jacobs等首次合成了季铵盐，经过近20多年的发展，进一步研究了杀菌活性及其与化学结构的关系，被认为是在抗菌季铵盐发展中最重要的起点。

第二代产品是Domagk发现阳离子表面活性剂的抗菌活性以后，发展了几代重要的季铵盐类抗菌产品。

第三代产品为将第二代产品的苯环上的氢，用氯、甲基、乙基取代而成。如：烷基二甲基乙基苄铵氯化物。

第四代产品为第二代与第三代季铵盐的混合物。这种组合方式的产品不仅提高了杀菌效果，而且毒性也明显下降，如日本的Pacoma、韩国的Save等。

第五代产品为双长链季铵盐。产品类型有双辛基、双癸基、双十二烷基、辛基癸基等多种组合形式，其杀菌效果明显增强。

第六代产品为第五代与第二代混合季铵盐。其杀菌效果均优于单一成分，而且抗干扰强，毒性小，价格较低。有台湾的百毒杀（主剂为溴化二甲基二癸基铵），北京的敌菌杀，国外有Deciquam222、Bromo-Sept50、百乐水等。日本商品名为Astop(DDAC)，欧洲商品名为Bardac。

第七代产品为聚合季铵盐。其主要特点为毒性更小，杀菌作用更为温和，比上几代产品要弱些。主要体现其药用价值，如角膜接触镜和个人护理用品的抗菌。

第八代产品为第七代与第四代季铵盐的混合物。此外，还有更多的其他组合方式及复配方式形成多种各具特色的季铵盐消毒剂而得到广泛使用。94消毒液的主要作用成分是第七代复合季铵盐，它是高活性的阳离子活性剂。^[1]

二．学术趋势与文献分析：清华数据库学术趋势分析（2012-11-20统计）

图1 中国知网数据学术关注度分析

表1. 季铵盐专利文献统计表（近5年） 数量：篇

来 源 年代	SCI	中国专利	美国专利	欧洲专利	中国知网
2008	260	290	7	66	438
2009	275	320	5	67	419
2010	258	310	9	60	476
2011	250	318	9	66	425
2012	248	200	11	75	165
总计	1291	1438	41	334	1923

学术关注最多的文献（引用最多）中文文章主要集中在是复合季铵盐消毒剂性能和耐季铵盐消毒剂的研究方面。用户最关注的文献（下载最多）主要是复合季铵盐消毒剂的效果研究和分析方法上。引用和下载数量最多的是中国消毒学杂志。其中学术价值最大的是温州医学院检测革兰阴性菌中耐季铵盐消毒剂磺胺复合物的qacEsul1基因,为临床提供细菌对消毒剂的耐药信息研究，部分菌株进行全长基因测序并登录美国核酸数据库。另外一些文献比较了单链和双链季铵盐对不同细菌杀灭效果之差异,为科学复配消毒制剂提供了参考，发现单链季铵盐对细菌繁殖体和真菌的杀灭效果明显优于双链季铵盐,两种季铵盐对革兰阳性球菌的杀灭效果均好于革兰阴性杆菌。双链季铵盐消毒剂对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭率均达到100%。工业水处理用的季铵盐杀菌剂远不及公共卫生消毒剂的学术研究水平和用户关注度。

2012．12．5进行SCI检索显示：季铵盐研究论文中中国研究季铵盐数量最多占比25%右左，美国第二为14.43%，其次为日本，印度，韩国。季铵盐方向中化学化工领域最多占比61.43%，材料科学占第二占比21.43%，制药工业占第三占比10%。以季铵盐消毒剂进行布尔逻辑检索只发现一篇。国际论文方面主要有耐季铵盐消毒剂的分析和季铵盐表面活性剂的应用。

对季铵盐专利文献进行分析（SooPAT网站）发现：按专利分类号小组统计：季铵盐消毒剂占比最高95篇占比0.98%。按季铵盐应用领域看化学冶金行业最多，从1999-2009这10年间医药卫生类季铵盐专利数量最高，2010-2012申请的这方面的专利与前几年略增，如果没有重大的突破，可能继续转向工业其它应用领域。从我国季铵盐专利申请单位看前三位分别是中石化和华东理工大学和华南理工大学，其中中石化基本上是工业应用，季铵盐消毒剂产业化程度较差，国际专利申请人单位分别是KAO CORP(395)；ICI LTD(145)；LION CORP(143)。全部是大企业，如KAO CORP是日本花王公司，产业化强。可见季铵盐作为表面活性剂和独特杀菌剂的双重特点对于大企业有非常大的吸引力，由此可估计未来国际季铵盐发展的重大机遇。我国季铵盐专利申请数量为国际第一，季铵盐消毒剂申请数量也为国际第一。季铵盐专利的集中度不如国外，核心专利数量不多。投资季铵盐事业须对专利进行认真分析，如Innography 专利分析，对核心专利和专利强度特别关注。

三．季铵盐消毒剂的应用

1．工业水处理用杀菌剂

季铵盐类化合物高效、广谱、毒性低，毒性容易分解的特点，受温度、pH值的影响小，使用范围广泛且价格低廉，在工业冷却水系统中得到广泛应用。季铵盐消毒剂在工业水处理方面的应用具有高杀菌灭藻能力，毒性小。也可用于中循环冷却水的杀菌灭藻剂和软泥剥离剂，用量100 mg／L。“传统的杀菌剂如十二烷基二甲基苄基氯化铵(简称1227)，由于其药剂持续时间短、使用剂量大，费用高，且使用泡沫多、不易清除等缺点”^[2]。天津化工研究设计院史志琴等人“利用自制的双卤代醚与长碳链叔胺，合成了具有双季铵结构的杀菌剂，对异养菌、硫酸盐还原菌及铁细菌具有良好的杀灭效果并可溶于水、使用方便、不受水硬度影响。而且具有强烈剥离作用，因此特别适用于大型化工装置”^[2]。河北科技大学陈鑫淼“以乙二醇与亚硫酰氯为原料，制备中间体亚硫酸亚乙酯，再通过亚硫酸亚乙酯与十六烷基二甲基叔胺反应，得到目标产物十六烷基(2-亚硫酸)乙基二甲基铵。杀菌效果优于季铵盐型杀菌剂十二烷基(2-亚硫酸)乙基二甲基铵及十二烷基二甲基苄基氯化铵两种药剂，不仅具有高效的杀菌性能，能有效的杀灭异氧菌、铁细菌、硫酸盐还原菌等的能力，还具一定的对碳钢的缓蚀性能”^[3]。其它工业方面的应用，如应用季铵盐类用作水处理中的微生物杀灭剂、游泳池除藻剂、油田注水杀菌剂、咸水处理剂，双季铵盐阳离子沥青乳化剂，羽绒衣物护理剂，铜盐季铵盐木材防护剂，贵金属浮选剂，羊毛清洗剂等。另外，作为一种油田助剂用于蚀化砂岩的酸，可有效提高油井渗透率，达到油井增产效果。也用于天然气、地热的增产。“目前世界杀菌剂市场中，有机硫化物占 23%，其中 50%～60%用于冷却水处理；季铵化合物占 28%，其中 50%用于冷却水处理；海因类占 9%；戊二醛占 8.5%；二溴-3-次氮基丙酰胺占 6.7%；双三丁基氧化锡占 4.7%；含氮化合物如胍类占 2.8%；其他如氯代异氰尿酸盐类、次氯酸盐等占 17.3%。在美国，有机硫化物和季铵化合物约占市场的 2/3”。

2.公共卫生消毒剂

季铵盐类消毒剂作为公共消毒剂使用的范围很广，由于其低毒的特性，包括学校，商店，车站，机场等人群较多的地方都可以适用。但使用这种消毒剂必须注意使用的外界条件，否则可能起不到理想的消毒效果。消毒物体表面的粉尘，棉花，玻璃，微生物，针头等都会影响消毒剂的浓度。消毒物体表面有机物质如血清，纤维甚至会严重影响消毒性能。另外水质的硬度也会影响其消毒效果，使用蒸馏水较好。^[4]“不能用铝制容器盛装该类药剂。拮抗物的影响某些阴离子表面活性剂对阳离子季铵盐类有拮抗作用。如肥皂、卵磷脂、洗衣粉、土温一80、牛奶、牛胆汁等物质。主要是阴、阳离子相互吸引，使阳离子季铵盐类与细菌等微生物结合收到影响而大大降低了杀菌效果。对季铵盐类有拮抗作用的物质还有碘、碘化钾、硫酸锌、硝酸银、蛋白银、枸橼酸、水杨酸、硼酸(5％以上)、升汞、过氧化物、磺胺类药物，以及钙、镁、铁、铝等金属离子。”^[5] 季铵盐消毒剂的优点是：性质稳定，耐光，耐热，便于贮存；杀菌浓度较低，一般性公共物品消毒和区域消毒使用千分之八即可；毒性低；溶液不会染污，腐蚀、漂白物品；气味小，水溶性好，表面活性强。季铵盐消毒剂的缺点价格较高，配伍禁忌多，有拮抗作用的物质较多。

3．农业方面的应用

这方面的应用主要有宠物消毒，禽畜栏舍、谷物仓库、蚕室以及蘑菇、白木耳等经济作物的养殖场所和器具，可用2％ 一5％的苯扎氯铵溶液喷雾消毒。季铵盐类消毒剂复合戊二醛，制成复合消毒剂，在兽医上有广泛的应用前景，德国拜安（单、双链季铵复合物）是这方面的著名产品。在宠物消毒方面市场相当大，拜安价格较高，国内生产厂商可根据我国国情生产这类复合消毒剂，前景较好。武汉大学化学学院使用复方双链季铵盐类消毒剂（单双链季铵盐加入一定剂量的戍二醛）可作为乙肝病毒禽流感病毒消毒的消毒剂使用^[6]。

4．表面活性剂工业

1991 年美国Emer y 大学的F.M. Menger 和C. A. Li t t au 较系统地合成了几种季铵盐类表面活性剂命名为“ gemi ni ”。“ gemi ni ”是天文学用语,意思是双子星座。“根据季铵盐的杀菌机理和双季铵盐的分子结构组成，容易看出双季铵盐具有较高的杀菌活性。当联接链较短时, Gemi ni 单元分子中离子头基的电荷密度和烷烃链密度显著增大, 强烈促进它们在二维界面上的吸附。改变联接链的化学组成, 可发生化学亲合的附加吸附力, 因而具有相当高的表面活性。季铵盐消毒剂对酶系统的抑制，有的是可恢复性的，由此可解释其抑菌作用。这种酶抑制的可恢复性，随时间的延长而逐渐减弱，最终至不可恢复”^[5]。具有高表面活性新型表面活性剂Gemi ni的研究一直是国内外比较感兴趣的课题，如不对称双季铵盐的合成和含杂环双季铵盐的合成。作为新一代表面活性剂,Gemi ni 倍受表面活性剂、胶体和表面化学界、工业界的关注, 最有可能成为21 世纪广泛应用的一类表面活性剂^[7]。许多洗化用品和化妆品中都加有这类化学物质，国际上专利大都集中在这一领域。

三．综述与应用展望

季铵盐消毒剂的应用非常广泛，化学复配有非常好的应用前景，在公共卫生消毒，工业水处理，农林养殖，宠物消毒，表面活性剂工业等方面发展潜力较大，并且投资较小，见效快，但其使用方法和配伍禁忌较多，须在专业人员的研究和指导下使用。有机季铵盐杀菌剂水溶性很强，引入的季铵盐不易除去，为下一步的净化处理增加了难度。将季铵盐基团固载到水不溶性的高聚物载体上，并且尽可能的提高载体上季铵盐的含量，成为开发无毒、无污染绿色环保型杀菌剂的一个发展方向。如利用硅胶和树脂为载体合成季铵盐类水不溶性杀菌剂；合成易降解的双季铵盐类化合物：在分子中引入易降解的酯基、酰胺基、缩醛、缩酮基等使得这类化合物在环境中易被分解不残留。将其它杂原子和活性功能团引入到分子中。它能不能发展成类似84消毒剂的常用便宜的产品还有待观察，其工业化合成成本较高仍然是制约其发展的因素之一，但其无毒环保，广谱高效多功能的消毒功能正向更多应用领域发展，特别是拥有着众多专利的季铵盐表面活性剂方向^[8][9][10]。

主要参考文献： 1. 陆柱等.水处理药剂[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002: P363- 366.

2. 史志琴,王冀生,王绍嵩. 双季铵型杀菌剂的合成及其性能研究[J].工业水处理.2003，20（10）：47-49.、

3．陈鑫淼. 高效季铵盐消毒剂的合成与性能研究[D]. 河北科技大学硕士. 2009

4．YOSHIHIRO NAKAGAWA, HIROYUKI HAYASHI, TAKAHIKO TAWARATANI, etc. Disinfection of Water with Quaternary Ammonium Salts Insolubilized on a Porous Glass Surface[J]. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, 2012,Vol,47(3) : p513-518.

5. http://bbs.icchina.org.cn/thread-76901-1-1.html.[DB/OL].2012-11-21.

6．陈玮, 董金凤, 张高勇等. 新型复合季铵盐类消毒剂的研究[J]. 中国消毒学杂志,2006,(2):148-149.

7．赵剑曦, 毛宁, 游毅等. 季铵盐Gemi ni 表面活性剂杀菌活性及其与分子结构的关联[J] . 应用化学, 2003, 20( 12) :1208- 1210.

8.Block S S．Disinfection，ste~ on，and preservation[M]．5thed．Philadelphia：LippincoR．USA．WilliIlms＆ WilkiIls，2001：382～320.

9. Tischer, M, Pradel, G, Ohlsen, K etc. Quaternary Ammonium Salts and Their Antimicrobial Potential: Targets or Nonspecific Interactions?[J].CHEMMEDCHEM , 2012, (7)1:P22-31.

10. 孔素东，朱驯等.双链季铵盐类化合物的研究现状及合成进展[J].化工中间体，2006，10:10-12.

作者简介：周永忠，男，硕士，工作单位：武汉工程大学图书馆学科服务部。研究方向情报学，数字图书馆等，发表论文十余篇。