化學藥劑對微生物的作用取決於藥劑濃度、作用時間和微生物對藥物的敏感性。
1．重金屬及其化合物 重金屬離子尤其是Hg+、 Ag+和CU2+具有很強的殺菌力。重金屬離子進入細胞後主要與酶或蛋白質上的-SH基結合而使之失活或變性。微量的重金屬離子還能在細胞內不斷累積並最終對生物發生毒害作用，此即微動作用。
2．鹵化物 殺菌力高低順序是：F＞CL＞Br＞I，最常用的是碘和氯。
碘 碘不可逆地與菌體蛋白質（或酶）的酪氨酸結合，生成二碘酪氨酸，使菌體失活。常用於皮膚消毒。
氯 氯與水結合成次氯酸，後者易分解產生新生態氧，為強氧化劑。
Cl2+H2O→HCl+HClO HClO→HCl+[O]
常用於飲水和遊泳池水消毒。
3．有機化合物 常用作殺菌劑的有機化合物是酚、醇、醛和有機酸等。
酚及其衍生物 酚類化合物的作用主要是損傷微生物的細胞膜，鈍化酶和使蛋白質變性。酚係數①被廣泛用作比較化學藥劑殺菌效力的標準。甲酚是酚的衍生物，殺菌力比酚強幾倍。乳化的甲酚溶液即煤酚皂液（俗稱來蘇爾）。
醇類 通過溶解細胞壁和膜中的類脂，破壞膜結構及使蛋白質脫水變性，而起殺菌作用。醇類的殺菌力，隨分子量增大而增強，但丙醇以上的醇不易與水相混，所以一般不作消毒劑。甲醇殺菌力較乙醇差，且對人尤其對眼有害，也不適於作消毒劑。70％的乙醇，殺菌效果最好。
醛類 能與蛋白質氨基酸中的多種基團共價結合而使其變性，是常用的殺細菌與殺真菌劑。
福爾馬林溶液即37％～40％的甲醛水溶液。10％的甲醛溶液熏蒸廠房、無菌室以及傳染病患者的住房等，消毒效果較好。
酸類 有機酸能抑製微生物（尤其是黴菌）的酶和代謝活性，常加在食品、飲料或化妝品中以防止黴菌等微生物的生長。
新型氣態有機化學殺菌劑 環氧乙烷是目前廣泛應用的一種新型空氣及器械表麵消毒劑，通過用—CH2CH2OH基團取代氨基酸中的—SH、—COOH或—OH基團而使蛋白質變性。能在4h～18h內殺死微生物細胞包括芽孢，尤其適用於不能高溫處理的物品的滅菌。其缺點是有毒性和純品易爆，使用時常與二氧化碳或氮氣等氣體混合。
4．表麵活性劑 是能降低液體分子表麵張力的化學物質。這類物質可以影響細胞質膜的穩定性和透性，使細胞的某些必要成分（如K+）流失而導致微生物生長停滯和死亡。肥皂和洗衣粉是陰離子表麵活性劑，殺菌作用不強，但能機械性地移去微生物。殺菌作用較強的是陽離子表麵活性劑，它們均是季胺類化合物，如新潔爾滅，其有效成分為溴代十二烷基二甲苄基胺，常用於皮膚、器具和空氣消毒等。現市場商品名為苯紮溴銨溶液。
5．染料（染色劑） 一般堿性染料比酸性染料殺菌力強。堿性染料如結晶紫、亞甲藍、孔雀石綠、吖啶黃等在低濃度下具有明顯的抑菌效果並表現出一定的特異性。因為堿性染料的陽離子基因（顯色基團帶正電）易與帶負電的菌體蛋白結合，從而抑製細菌生長發育。G+細菌一般對堿性染料敏感，染料對它們的作用濃度（一般＜10mg/L）比對G-細菌要低十至幾十倍。
6．化學治療劑 化學治療劑是一類能選擇性地抑製或殺死人畜或家禽體內的病原微生物並可用於臨床治療的特殊化學藥劑。按其作用性質可分為抗代謝物和抗生素兩大類。
（1）抗代謝物 結構與生物體所必需的代謝物很相似，可與特定的酶結合，產生競爭性拮抗作用，這類化合物叫做抗代謝物。
如磺胺類藥物，其結構式為NH2— —SO2NHR，與細菌生長所必需的代謝物對氨基苯甲酸NH2— —COOH的結構很相似，能在細菌合成葉酸的過程中競爭性地與二氫葉酸合成酶結合，阻止對氨基苯甲酸參與合成二氫葉酸，從而破壞細菌細胞活力。
（2）抗生素 由某些生物合成或半合成的，在低濃度時就可抑製或殺死微生物、蟎類和寄生蟲等多種生物的化合物叫做抗生素。抗生素的作用機製隨種類而異，或抑製細胞壁的合成，如青黴素等；或損傷細胞質膜，如多粘菌素等；或幹擾蛋白質的合成，如鏈黴素等；或阻礙核酸的合成，如絲裂黴素C等。
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