戰(zhàn)疫指揮官
——“氯”到“病”除

錢嘉梁，周麗，曹奡，陳建成

南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，南京 210046

2019年，新型冠狀病毒悄然爆發(fā)；2020年，新冠病毒持續(xù)肆虐；2021年，多種變異株橫掃全球……

面對(duì)風(fēng)云詭譎的疫情，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)僅憑自己的努力實(shí)在難以扭轉(zhuǎn)戰(zhàn)局，要贏得這場(chǎng)與病毒的戰(zhàn)役，我們需要每一個(gè)人的力量。于是為了增強(qiáng)人們對(duì)病毒的了解與應(yīng)對(duì)手段，科學(xué)家們聯(lián)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)了一款名為《戰(zhàn)疫指揮官》的游戲程序。

在這個(gè)游戲世界里，玩家通過(guò)操縱一名疫情防控指揮官輾轉(zhuǎn)各個(gè)可能的疫情爆發(fā)的源頭與病毒展開(kāi)對(duì)抗以拯救這個(gè)瘟疫肆虐的游戲世界。由于游戲中的各項(xiàng)參數(shù)與現(xiàn)實(shí)世界幾乎完全一致，游戲世界中針對(duì)疫情的應(yīng)對(duì)方法在現(xiàn)實(shí)世界也同樣適用。

1 戰(zhàn)前準(zhǔn)備

“你又回來(lái)啦！指揮官Q(mào)，我是V博士。你在之前的戰(zhàn)役中表現(xiàn)十分出色，尤其是優(yōu)秀的人員管理機(jī)制讓機(jī)場(chǎng)的疫情爆發(fā)率降低到了最低水平，實(shí)在是讓人拍案叫絕?！毙看著屏幕中V博士對(duì)自己的夸贊正暗自得意，心想自己又拯救了上千個(gè)人免遭病毒感染。

可緊接著V博士卻說(shuō)：“接下來(lái)你要進(jìn)入的是消毒劑篇章，不過(guò)我可得先提醒你，這章看似簡(jiǎn)單，但一次通過(guò)的人數(shù)可不多啊。你真的準(zhǔn)備好了嗎？”

小Q心想：“消毒劑有何難？這種每天都在使用的生活用品我還能出岔子不成？”于是毫不猶豫地按下了確定鍵。

V博士：“好，那么在開(kāi)始之前我們先照例對(duì)你進(jìn)行戰(zhàn)前考核并給你提供一些你所需要的情報(bào)。首先，還記得你的敵人新冠病毒的結(jié)構(gòu)與感染機(jī)制嗎？”

小Q：“當(dāng)然，SARS-CoV-2的RNA基因組編碼多達(dá)16個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白，4種結(jié)構(gòu)蛋白以及9種輔助蛋白。其外部由脂膜、膜蛋白、刺突(S)蛋白及胞膜蛋白構(gòu)成。內(nèi)部有核衣殼包裹著其遺傳物質(zhì)RNA(圖1)。在病毒的生命周期中，它首先通過(guò)S蛋白與細(xì)胞表面的人類血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2受體結(jié)合，隨后人體細(xì)胞的絲氨酸蛋白酶(TMPRSS) 2切斷S蛋白，使病毒表面的S蛋白被去除，從而與宿主細(xì)胞融合，開(kāi)始一系列的轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)程實(shí)現(xiàn)自我復(fù)制[1]?！?/p>

圖1 冠狀病毒結(jié)構(gòu)

V博士聽(tīng)后連連點(diǎn)頭：“很好很好，出色的指揮官，看來(lái)你滿足這次行動(dòng)的資質(zhì)，接下來(lái)我們將給你有關(guān)消毒劑的一些情報(bào)。那么正如你說(shuō)的，病毒通過(guò)S蛋白與細(xì)胞結(jié)合，這里我們需要用到的消毒劑就與此有關(guān)。大多數(shù)含氯消毒劑都會(huì)產(chǎn)生HClO，其有著強(qiáng)氧化性，可以氧化S蛋白使病毒無(wú)法與人類細(xì)胞結(jié)合，同時(shí)近期研究發(fā)現(xiàn)HClO可有效透過(guò)病毒脂膜，氧化核衣殼蛋白導(dǎo)致病毒失活[2]。含氯消毒劑將是你接下來(lái)最得力的武器，去吧指揮官?！?/p>

2 84消毒液

一道白光閃過(guò)，小Q被傳送到某酒店客房。系統(tǒng)提示：本關(guān)目標(biāo)是對(duì)酒店客房除衛(wèi)生間以外的部分進(jìn)行定期規(guī)律性的消毒，保證在大量人員流動(dòng)的情況下將病毒感染率降到零，同時(shí)保護(hù)每一位房客的健康。

小Q心想：“這還不是易如反掌？我要讓你們這些病毒盡數(shù)滅亡！”于是打開(kāi)菜單欄，按照自己的生活經(jīng)驗(yàn)毫不猶豫地選擇了最常用的84消毒液。84消毒液主要成分是NaClO，pH在12左右，在水中會(huì)發(fā)生ClO-與HClO之間的電離平衡。

其說(shuō)明書上寫道：“一般物體表面建議濃度240 mg·L-1，織物400 mg·L-1。建議消毒時(shí)間20 min?！?/p>

但小Q覺(jué)得面對(duì)新冠這種可怕病毒，一定要用更大濃度，產(chǎn)生更強(qiáng)的氧化能力才更保險(xiǎn)，于是他決定直接將濃度翻倍。同時(shí)考慮到氫離子參與了次氯酸的氧化反應(yīng)，增大氫離子濃度可以更有效地提升其電極電勢(shì)。于是決定在84消毒液中加入大量鹽酸。

將方案整理提交后，小Q便直接提交了任務(wù)。

可系統(tǒng)在全面評(píng)估后居然對(duì)小Q的措施給出0分的評(píng)價(jià)?！熬妫罕嵢藛T與房客嚴(yán)重氯氣中毒，有些人伴有呼吸道刺激癥狀?！?/p>

小Q大為震驚：“怎會(huì)如此？”

V博士突然出現(xiàn)，說(shuō)：“你看你干的好事，單知道增大HClO與H+濃度可以增大氧化能力，也不想想最終的氧化產(chǎn)物會(huì)不會(huì)改變?！?/p>

小Q羞紅了臉：“哎，我只是想把我知道的化學(xué)知識(shí)都應(yīng)用上，沒(méi)想到釀成了大禍?！?/p>

“你的化學(xué)知識(shí)確實(shí)不少，但還是半壺水晃蕩，化學(xué)可容不得一絲疏忽啊。是的，適當(dāng)增加酸性確實(shí)提高HClO氧化能力，更多的H+使HClO電離平衡向HClO移動(dòng)，使HClO的占比更高。但過(guò)低的pH也會(huì)導(dǎo)致HClO不穩(wěn)定自發(fā)分解，甚至產(chǎn)生劇毒的Cl2(圖2)。

圖2 HClO溶液各組分隨pH變化(以1 mol·L-1氯計(jì))

因此使用含次氯酸類的消毒劑時(shí)，pH在6左右時(shí)效果最好，既保證了95%以上的次氯酸含量，又不至于使次氯酸快速分解[3]。此外HClO又是易揮發(fā)物質(zhì)，你胡亂增大濃度，大量具有刺激性的HClO揮發(fā)自然會(huì)對(duì)使用者造成危害啦?！?/p>

小Q恍然大悟：“哦！原來(lái)氯氣中毒和呼吸道刺激是這個(gè)原因，是我疏忽了?？磥?lái)是過(guò)猶不及??！”

按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整后，小Q成功通過(guò)了這關(guān)。

3 NaDCC與TCCA

隨即一道白光閃過(guò)，正興奮著以為自己將穿越到醫(yī)院這樣的抗疫前線的小Q在白光散去后發(fā)現(xiàn)自己依舊站在酒店客房?jī)?nèi)?！罢O？是游戲出問(wèn)題了嗎？為什么我們還在這里？怎么不把我派去抗疫前線大展拳腳？”小Q問(wèn)道。

V博士聽(tīng)后十分不快：“抗疫可不是兒戲，不從人們生活細(xì)節(jié)入手，醫(yī)院的治療力度再大也是無(wú)濟(jì)于事啊，Q指揮官。而且你還沒(méi)有對(duì)酒店的衛(wèi)生間進(jìn)行消殺呢。好了，那么這關(guān)的要求是對(duì)可能被新冠病人使用過(guò)的衛(wèi)生間進(jìn)行全面的消殺，尤其要注意的是，排泄物的處理方法可是占到本關(guān)得分的90%之多哦！”

小Q雖不耐煩，可還是靜下心分析起通關(guān)要求：“V博士如此強(qiáng)調(diào)，看來(lái)排泄物的消毒處理是本關(guān)的難點(diǎn)，需要特殊的處理方式。我猜排泄物一定是因?yàn)槠鋽y帶的病毒總量要遠(yuǎn)高于患者通過(guò)接觸或者飛沫會(huì)排出的病毒量，所以才要特殊處理吧。那如果是這樣的話，不如我就加大有效氯含量和消毒時(shí)間吧?！?/p>

正準(zhǔn)備往馬桶中倒入84消毒劑的小Q突然靈機(jī)一動(dòng)：“誒，既然要延長(zhǎng)消毒時(shí)間，不如就像馬桶清潔劑一樣倒在水箱里吧，這樣就可以使每次沖出的水都含有較高濃度的HClO，并且消毒時(shí)間就是兩次使用衛(wèi)生間的間隔時(shí)間，這么長(zhǎng)時(shí)間肯定夠新冠病毒受的了，我可真聰明！”于是小Q將消毒液直接倒入水箱，便點(diǎn)擊了提交按鈕。

可點(diǎn)擊完提交按鈕后，系統(tǒng)卻顯示：“消毒不全面，仍有新冠病毒殘留，挑戰(zhàn)失敗！”

V博士見(jiàn)小Q失敗了，出現(xiàn)在他身邊批評(píng)他說(shuō)：“你可真是左耳朵進(jìn)右耳朵出，你忘了84消毒液中的HClO極易自分解了嗎？HClO濃度隨時(shí)間不斷降低，你再怎么延長(zhǎng)消毒時(shí)間也沒(méi)用啊。而且最重要的一點(diǎn)是馬桶水箱中常加入潔廁劑，而潔廁劑的主要成分是用以去除尿堿的HCl，那這不就重蹈了你上一關(guān)產(chǎn)生大量劇毒氯氣的覆轍了嗎？”

小Q這才驚覺(jué)原來(lái)自己的所謂妙招是如此危險(xiǎn)的操作：“嗯……那既然84消毒液的自分解無(wú)法避免的話，即便是直接倒在排泄物上也無(wú)濟(jì)于事，看來(lái)只能換消毒劑了啊?！?/p>

V博士點(diǎn)頭表示認(rèn)同：“是的，84消毒劑雖然十分通用，但在這里并不適用，所以去尋找合適的消毒劑吧?！?/p>

瀏覽了臭氧、紫外燈、氯氣等一眾常用消毒劑，有的太貴、有的太危險(xiǎn)，始終沒(méi)能找到合適消毒劑的小Q決定回到廉價(jià)高效的含氯消毒劑中再去碰碰運(yùn)氣。

小Q打開(kāi)了含氯消毒劑的目錄，不斷地翻找中，發(fā)現(xiàn)了兩樣未曾見(jiàn)過(guò)的物質(zhì)?！癗aDCC，二氯異氰尿酸鈉(圖3)；TCCA，三氯異氰尿酸(圖4)。這是什么？之前沒(méi)有見(jiàn)過(guò)啊。讓我來(lái)看看這都是些什么東西?！闭f(shuō)著便查閱起這兩樣消毒劑的資料來(lái)。

圖3 NaDCC結(jié)構(gòu)式

圖4 TCCA結(jié)構(gòu)式

資料庫(kù)隨即向小Q展示了這兩種化合物的相關(guān)信息：“原來(lái)他們的結(jié)構(gòu)是這樣的啊，還會(huì)在水中經(jīng)過(guò)相對(duì)緩慢的可逆水解反應(yīng)水解產(chǎn)生HClO。

從而達(dá)到消毒的目的。誒！那這樣的話就不會(huì)出現(xiàn)直接加入大量84消毒液后HClO濃度不斷降低的問(wèn)題了啊，高濃度的HClO可以因此保持更長(zhǎng)的時(shí)間，這不正合我意？”小Q覺(jué)得自己這回可算是找到了最優(yōu)解，便將其選中，一并設(shè)為處理排泄物用的特殊消毒劑，而后點(diǎn)擊了提交按鈕。這時(shí)系統(tǒng)提示：“消毒劑種類選擇正確，請(qǐng)細(xì)化尿液與糞便所對(duì)應(yīng)的消毒劑?！?/p>

“嗯？這兩者原理相同，難道不能隨意選用嗎？”小Q不解。

小Q決定求助V博士，V博士提示說(shuō)：“消毒原理相同但不代表他們使用時(shí)的狀態(tài)就完全相同，你再仔細(xì)想想他們各自在使用時(shí)是什么樣的情形？”

小Q思考片刻：“嗯……市售NaDCC大多以消毒粉形式存在，TCCA常以泡騰片的形式存在。泡騰片在不斷溶解的過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡可以使馬桶中的液體進(jìn)行一定的攪動(dòng)，讓病毒與HClO充分反應(yīng)。所以我想是TCCA更好吧，尿液和糞便都用TCCA？”

V博士聽(tīng)后說(shuō)：“你的描述是正確的，但答案還是錯(cuò)誤的?！?/p>

得知答案依舊錯(cuò)誤的小Q十分崩潰：“哎呀，這也太難了，到底是為什么呢？要不你公布答案吧，V博士，這關(guān)看來(lái)是闖不過(guò)去了?！?/p>

V博士嘆了口氣：“這就放棄了呀，看來(lái)也確實(shí)有點(diǎn)難為你了，那我就解釋給你聽(tīng)吧。對(duì)尿液使用TCCA確實(shí)會(huì)更好。但是對(duì)于大塊的糞便，氣泡的攪動(dòng)能力就可以忽略不計(jì)了。同時(shí)要注意到新冠病人通常會(huì)帶有腹瀉的癥狀，噴濺在馬桶內(nèi)壁以及浮于水面的糞便如果使用TCCA的話可是消毒不到的哦。此時(shí)應(yīng)當(dāng)使用NaDCC消毒粉對(duì)糞便進(jìn)行全面的覆蓋，這樣才能做到對(duì)糞便的全面消毒。同時(shí)在消毒劑的選擇之外還要注意衛(wèi)生間的使用規(guī)范，消毒與沖水期間要蓋上馬桶蓋。排泄物中含有許多有機(jī)物，比如尿素、尿酸、蛋白質(zhì)之類，他們可是會(huì)和HClO反應(yīng)生成有毒的一氯胺的。一氯胺有著致癌風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)又有刺激性且氣味較大，所謂的‘游泳池味’就來(lái)自于它?！?/p>

小Q連連點(diǎn)頭：“原來(lái)是這樣！果然都是細(xì)節(jié)啊。對(duì)了，蓋上蓋子還能防止沖水時(shí)液滴飛濺造成污染對(duì)吧?！?/p>

“嗯，想得還算周到。總之雖然這次失敗了，但你可以選擇重新挑戰(zhàn)本關(guān)來(lái)通往下一關(guān)，只不過(guò)這關(guān)本應(yīng)得到的積分會(huì)歸零哦，要想最終通關(guān)后獲得戰(zhàn)疫之星勛章還是要盡量多自己思考通關(guān)啊?！闭f(shuō)罷，V博士離開(kāi)，小Q也重新開(kāi)始了闖關(guān)。

4 尾聲

小Q利用自己的化學(xué)知識(shí)，不斷闖關(guān)前行，雖然一次次地失敗，但最終也獲得了勝利。

游戲中的世界在玩家們的努力下，終于一次次地被拯救，一次次地從災(zāi)難中重生。但這些聰明的玩家們并不只是拯救了這個(gè)虛擬的宇宙，在這過(guò)程中他們學(xué)到的知識(shí)，也會(huì)被他們運(yùn)用來(lái)拯救我們真實(shí)生活的世界，只不過(guò)這次他們要拯救的世界，沒(méi)有重來(lái)的機(jī)會(huì)。

疫情之下科學(xué)家們的努力固然必不可少，但每一個(gè)人的防疫意識(shí)與防疫知識(shí)才是扭轉(zhuǎn)戰(zhàn)局的最大籌碼。合理使用消毒劑，疫情之下，我們也能出自己的一份力。