تعتمد خصائص الأشعة فوق البنفسجية على الطول الموجي ، وتختلف الأشعة فوق البنفسجية للمصادر المختلفة في الطيف. دعونا نناقش مصادر الأشعة فوق البنفسجية وكيفية استخدامها لتعظيم تأثير مبيد الجراثيم مع تقليل مخاطر الآثار البيولوجية غير المرغوب فيها.
أرز. 1. لا تظهر الصورة التطهير بأشعة UVC كما قد تعتقد ، بل هي عبارة عن تدريب على استخدام البدلة الواقية مع الكشف عن البقع المضيئة من سوائل التدريب الجسدية في الأشعة فوق البنفسجية. UVA هي أشعة فوق بنفسجية ناعمة وليس لها تأثير مبيد للجراثيم. إن إبقاء عينيك مغمضتين هو إجراء أمان معقول ، حيث يتداخل مصباح الفلورسنت UVA واسع الطيف الذي تستخدمه مع UVB ، وهو ضار لعينيك (المصدر: Simon Davis / DFID).
يتوافق الطول الموجي للضوء المرئي مع الطاقة الكمومية التي يصبح فيها الفعل الكيميائي الضوئي ممكنًا. تثير كوانتا الضوء المرئي تفاعلات كيميائية ضوئية في أنسجة معينة حساسة للضوء - في شبكية العين.
الأشعة فوق البنفسجية غير مرئية ، وطولها الموجي أقصر ، وتردد وطاقة الكم أعلى ، والإشعاع أصعب ، وتنوع التفاعلات الكيميائية الضوئية والتأثيرات البيولوجية أكبر.
تنقسم الأشعة فوق البنفسجية إلى:
- مماثلة في خصائصها للضوء المرئي طويل الموجة / لينة / بالقرب من UVA (400… 315 نانومتر) ؛
- صلابة متوسطة - UVB (315 ... 280 نانومتر) ؛
- الموجة القصيرة / بعيدة / شديدة - UVC (280 ... 100 نانومتر).
تأثير الأشعة فوق البنفسجية مبيد للجراثيم
يتم ممارسة تأثير مبيد الجراثيم بواسطة الأشعة فوق البنفسجية الصلبة - UVC ، وبدرجة أقل الأشعة فوق البنفسجية ذات الصلابة المتوسطة - UVB. وفقًا لمنحنى كفاءة مبيد الجراثيم ، يمكن ملاحظة أن نطاقًا ضيقًا فقط من 230 إلى 300 نانومتر ، أي حوالي ربع النطاق المسمى بالأشعة فوق البنفسجية ، له تأثير واضح للجراثيم.
أرز. 2 منحنيات فعالية مبيد للجراثيم من []
كوانتا ذات الأطوال الموجية في هذا النطاق تمتصها الأحماض النووية ، مما يؤدي إلى تدمير بنية الحمض النووي والحمض النووي الريبي. بالإضافة إلى مبيد الجراثيم ، أي قتل البكتيريا ، فإن هذا النطاق له تأثيرات مبيد للفيروسات (مضاد للفيروسات) ومبيد للفطريات (مضاد للفطريات) ومبيد للأبواغ (قتل الأبواغ). بما في ذلك فيروس SARS-CoV-2020 المحتوي على الحمض النووي الريبي الذي تسبب في جائحة 2 ، يتم قتلها.
تأثير أشعة الشمس للجراثيم
تأثير أشعة الشمس مبيد للجراثيم صغير نسبيًا. دعونا نلقي نظرة على الطيف الشمسي فوق وتحت الغلاف الجوي:
أرز. 3. طيف الإشعاع الشمسي فوق الغلاف الجوي وعند مستوى سطح البحر. الجزء الأصعب من نطاق الأشعة فوق البنفسجية لا يصل إلى سطح الأرض (مستعار من ويكيبيديا).
يجدر الانتباه إلى طيف الغلاف الجوي المظلل باللون الأصفر. تتوافق الطاقة الكمومية للحافة اليسرى من طيف الأشعة الشمسية فوق الغلاف الجوي التي يبلغ طولها الموجي أقل من 240 نانومتر مع طاقة الرابطة الكيميائية البالغة 5.1 فولت في جزيء الأكسجين "O2". يمتص الأكسجين الجزيئي هذه الكميات ، وتتكسر الرابطة الكيميائية ، ويتشكل الأكسجين الذري "O" ، والذي يتحد مرة أخرى في جزيئات الأكسجين "O2" وجزئيًا الأوزون "O3".
UVC فوق الغلاف الجوي الشمسي ينتج الأوزون في الغلاف الجوي العلوي ، يسمى طبقة الأوزون. طاقة الرابطة الكيميائية في جزيء الأوزون أقل منها في جزيء الأكسجين ، وبالتالي يمتص الأوزون كميات أقل من الطاقة من الأكسجين. وإذا كان الأكسجين يمتص فقط UVC ، فإن طبقة الأوزون تمتص الأشعة فوق البنفسجية UVC و UVB. اتضح أن الشمس في نهاية الجزء فوق البنفسجي من الطيف تولد الأوزون ، وهذا الأوزون يمتص بعد ذلك معظم الأشعة فوق البنفسجية الشمسية الصلبة ، مما يحمي الأرض.
والآن ، مع الانتباه بعناية للأطوال الموجية والحجم ، دعونا نجمع الطيف الشمسي مع طيف تأثير مبيد الجراثيم.
أرز. 4 طيف عمل مبيد للجراثيم وطيف الإشعاع الشمسي.
يمكن ملاحظة أن تأثير أشعة الشمس المبيد للجراثيم ضئيل. يمتص الغلاف الجوي بشكل شبه كامل جزء الطيف القادر على إحداث تأثير مبيد للجراثيم. في أوقات مختلفة من السنة وعلى خطوط عرض مختلفة ، يختلف الوضع قليلاً ، لكنه متشابه نوعياً.
خطر الأشعة فوق البنفسجية
اقترح رئيس إحدى الدول الكبرى: "لعلاج COVID-19 ، تحتاج إلى إيصال ضوء الشمس إلى الجسم." ومع ذلك ، فإن الأشعة فوق البنفسجية القاتلة للجراثيم تدمر الحمض النووي الريبي والحمض النووي ، بما في ذلك الإنسان. إذا "أدخلت ضوء الشمس إلى الجسم" - سيموت الشخص.
تحمي البشرة ، وخاصة الطبقة القرنية للخلايا الميتة ، الأنسجة الحية من الأشعة فوق البنفسجية. تحت طبقة البشرة ، فقط أقل من 1٪ من الأشعة فوق البنفسجية تخترق [منظمة الصحة العالمية]. أطوال موجات UVB و UVA الأطول تخترق أعمق.
إذا لم يكن هناك أشعة فوق بنفسجية شمسية ، فربما لن يكون لدى الناس بشرة وطبقة قرنية ، وسيكون سطح الجسم مخاطيًا ، كما هو الحال في القواقع. ولكن بما أن البشر تطوروا تحت أشعة الشمس ، فإن الأسطح المحمية من الشمس فقط هي اللزج. الأكثر عرضة للخطر هو السطح المخاطي للعين ، المحمي بشكل مشروط من الأشعة فوق البنفسجية الشمسية بواسطة الجفون ، والرموش ، والحواجب ، وحركة الوجه ، وعادات عدم النظر إلى الشمس.
عندما تعلموا لأول مرة كيفية استبدال العدسة بعدسة اصطناعية ، واجه أطباء العيون مشكلة حروق الشبكية. بدأوا في فهم الأسباب واكتشفوا أن عدسة الإنسان الحية للأشعة فوق البنفسجية غير شفافة وتحمي شبكية العين. بعد ذلك ، بدأوا في صنع عدسات اصطناعية معتمة للأشعة فوق البنفسجية.
توضح صورة العين في الأشعة فوق البنفسجية عتامة العدسة للأشعة فوق البنفسجية. يجب ألا تضيء عينك بالأشعة فوق البنفسجية ، لأن العدسة تصبح ضبابية بمرور الوقت ، بما في ذلك بسبب جرعة الضوء فوق البنفسجي المتراكمة على مر السنين ، وتحتاج إلى استبدالها. لذلك ، سنستخدم تجربة الأشخاص الشجعان الذين أهملوا السلامة ، وألقوا أعينهم بمصباح يدوي فوق بنفسجي بطول موجة 365 نانومتر ، ونشرنا النتيجة على موقع يوتيوب.
أرز. 5 إطار من فيديو قناة Kreosan Youtube.
تحظى المصابيح الكاشفة بالأشعة فوق البنفسجية (UVA) التي تحفز التلألؤ 365 نانومتر بشعبية. اشترى من قبل الكبار ، ولكن حتما تقع في أيدي الأطفال. يضيء الأطفال هذه المصابيح في عيونهم ، ويفحصون الكريستال المضيء بعناية لفترة طويلة. من المستحسن منع مثل هذه الإجراءات. إذا كانت هذه هي الحالة ، فيمكن للمرء أن يطمئن نفسه بأن إعتام عدسة العين في دراسات الفئران ناتج بثقة عن تشعيع عدسة UVB ، لكن التأثير النزلي للأشعة فوق البنفسجية UVA غير مستقر [].
ومع ذلك ، فإن الطيف الدقيق لعمل الأشعة فوق البنفسجية على العدسة غير معروف. وبالنظر إلى أن إعتام عدسة العين هو تأثير متأخر للغاية ، فإن الأمر يتطلب قدرًا معينًا من الذكاء لعدم تسليط الضوء فوق البنفسجي على عينيك مسبقًا.
تلتهب الأغشية المخاطية للعين بسرعة نسبيًا تحت الضوء فوق البنفسجي ، وهذا ما يسمى التهاب السمع الضوئي والتهاب الملتحمة الضوئي. تصبح الأغشية المخاطية حمراء ، وهناك شعور "بالرمل في العين". يزول التأثير بعد بضعة أيام ، لكن الحروق المتكررة يمكن أن تؤدي إلى تغيم القرنية.
تتوافق الأطوال الموجية التي تسبب هذه التأثيرات تقريبًا مع وظيفة خطر الأشعة فوق البنفسجية الموزونة الواردة في معيار السلامة البيولوجية الضوئية [IEC 62471] وهي تقريبًا نفس نطاق مبيد الجراثيم.
أرز. 6 أطياف العمل للأشعة فوق البنفسجية التي تسبب التهاب الملتحمة الضوئية والتهاب القرنية الضوئية من [] والوظيفة المرجحة لجلد الأشعة فوق البنفسجية الشعاعية ومخاطر العين من [].
الجرعات المبدئية لالتهاب القرنية الضوئية والتهاب الملتحمة الضوئية هي 50-100 جول / م 2 ، ولا تتجاوز هذه القيمة الجرعات المستخدمة في التطهير. لن يعمل على تطهير الغشاء المخاطي للعين بالأشعة فوق البنفسجية دون التسبب في حدوث التهاب.
الحمامي ، أي "حروق الشمس" هي أشعة فوق بنفسجية خطيرة في نطاق يصل إلى 300 نانومتر. وفقًا لبعض المصادر ، تبلغ أقصى كفاءة طيفية للحمامي أطوال موجية تبلغ حوالي 300 نانومتر []. الحد الأدنى للجرعة التي تسبب حمامي MED (الحد الأدنى لجرعة الحمامي) لأنواع البشرة المختلفة تتراوح من 150 إلى 2000 J / m2. بالنسبة للمقيمين في الممر الأوسط ، يمكن اعتبار قيمة EDR النموذجية حوالي 200… 300 J / m2.
الأشعة فوق البنفسجية في نطاق 280-320 نانومتر ، بحد أقصى حوالي 300 نانومتر ، تسبب سرطان الجلد. لا توجد جرعة حدية ، جرعة أكثر - مخاطر أعلى ، وتأخر التأثير.
أرز. 7 منحنيات عمل الأشعة فوق البنفسجية تسبب الحمامي وسرطان الجلد.
تحدث شيخوخة الجلد الناتجة عن الضوء بسبب الأشعة فوق البنفسجية في النطاق الكامل من 200-400 نانومتر. هناك صورة لسائق شاحنة تعرض لأشعة الشمس فوق البنفسجية أثناء القيادة ، خاصة على الجانب الأيسر. كان السائق معتادًا على القيادة مع نافذة السائق مغلقة ، لكن الجانب الأيمن من وجهه كان محميًا من أشعة الشمس فوق البنفسجية بواسطة الزجاج الأمامي. الاختلاف في الحالة العمرية للجلد على الجانبين الأيمن والأيسر مثير للإعجاب:
أرز. 8 صورة لسائق قاد ونافذة السائق مفتوحة لمدة 28 عامًا [].
إذا قدرنا تقريبًا أن عمر الجلد على جوانب مختلفة من وجه هذا الشخص يختلف بمقدار عشرين عامًا ، وهذا نتيجة لحقيقة أن جانبًا واحدًا من الوجه كان مضاءًا بالشمس لمدة عشرين عامًا تقريبًا ، والآخر لم يكن كذلك ، يمكننا أن نستنتج بحذر أن يومًا ما تحت أشعة الشمس المفتوحة هو يوم واحد وتتقدم فيه البشرة.
من البيانات المرجعية [] من المعروف أنه في خطوط العرض الوسطى في الصيف وتحت أشعة الشمس المباشرة ، تتراكم أقل جرعة حمامية قدرها 200 جول / م 2 في أقل من ساعة. بمقارنة هذه الأرقام مع الاستنتاج الذي تم التوصل إليه ، يمكن استخلاص نتيجة أخرى - شيخوخة الجلد أثناء العمل الدوري والقصير باستخدام مصابيح الأشعة فوق البنفسجية لا تشكل خطرًا كبيرًا.
ما مقدار الضوء فوق البنفسجي المطلوب للتطهير
يتناقص عدد الكائنات الحية الدقيقة الباقية على الأسطح وفي الهواء بشكل كبير مع زيادة جرعة الأشعة فوق البنفسجية. على سبيل المثال ، الجرعة التي تقتل 90٪ من المتفطرة السلية هي 10 جول / م 2. إن جرعتين من هذا القبيل تقتل 99٪ ، وثلاث جرعات تقتل 99,9٪ ، وهكذا.
أرز. 9 اعتماد نسبة الناجين من المتفطرة السلية على جرعة من الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة 254 نانومتر.
إن الاعتماد المتزايد ملحوظ في أنه حتى جرعة صغيرة تقتل معظم الكائنات الحية الدقيقة.
من بين أولئك المدرجين في [] الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض الأكثر مقاومة للأشعة فوق البنفسجية السالمونيلا. الجرعة التي تقتل 90٪ من البكتيريا هي 80 جول / م 2. وفقًا للمراجعة [Kowalski2020] ، فإن متوسط الجرعة التي تقتل 90٪ من فيروسات كورونا هو 67 J / m2. لكن بالنسبة لغالبية الكائنات الحية الدقيقة ، لا تتجاوز هذه الجرعة 50 جول / م 2. لأغراض عملية ، يمكن تذكر أن الجرعة القياسية التي تطهر بكفاءة 90٪ هي 50 جول / م 2.
وفقًا للمنهجية الحالية المعتمدة من قبل وزارة الصحة الروسية لاستخدام الأشعة فوق البنفسجية لتطهير الهواء [] الحد الأقصى من كفاءة التطهير "الثلاث تسعات" أو 99,9٪ مطلوب لغرف العمليات ومستشفيات الولادة وما إلى ذلك. للفصول المدرسية والمباني العامة وما إلى ذلك. تكفي "واحد تسعة" ، أي 90٪ من الكائنات الحية الدقيقة المدمرة. هذا يعني أنه ، اعتمادًا على فئة المبنى ، تكفي جرعة واحدة إلى ثلاث جرعات قياسية 50 ... 150 J / m2.
مثال لتقدير وقت التعرض المطلوب: لنفترض أنك بحاجة إلى تطهير الهواء والأسطح في غرفة بقياس 5 × 7 × 2,8 متر ، حيث يتم استخدام مصباح Philips TUV 30W مفتوح.
يشير الوصف الفني للمصباح إلى تدفق مبيد للجراثيم يبلغ 12 واط []. من الناحية المثالية ، يذهب التدفق بالكامل بشكل صارم إلى الأسطح المطهرة ، ولكن في الوضع الحقيقي ، سيكون نصف التدفق عديم الفائدة ، على سبيل المثال ، سوف يضيء الجدار خلف المصباح بشكل مفرط. لذلك ، سوف نعتمد على تدفق مفيد قدره 6 واط. تبلغ مساحة السطح المعرضة للإشعاع في الغرفة 35 مترًا مربعًا للأرضية + 2 مترًا مربعًا من السقف + 35 مترًا مربعًا من الجدران ، بإجمالي 2 مترًا مربعًا.
في المتوسط ، يقع تدفق الإشعاع المبيد للجراثيم على السطح 6 W / 137m2 = 0,044 W / m2. في غضون ساعة ، أي في 3600 ثانية ، ستتلقى هذه الأسطح جرعة 0,044 واط / م 2 × 3600 ثانية = 158 ج / م 2 ، أو تقريب 150 ج / م 2. والذي يتوافق مع ثلاث جرعات قياسية 50 جول / م 2 أو "ثلاث تسعات" - فعالية مبيد للجراثيم بنسبة 99,9٪ ، أي متطلبات غرفة العمليات. وبما أن الجرعة المحسوبة ، قبل أن تسقط على السطح ، تمر عبر حجم الغرفة ، يتم تطهير الهواء بكفاءة لا تقل عن ذلك.
إذا كانت متطلبات العقم صغيرة وكانت "واحد تسعة" كافية ، بالنسبة للمثال المدروس ، يلزم وقت تعريض أقصر بثلاث مرات - يتم تقريبه 20 دقيقة.
الحماية من الأشعة فوق البنفسجية
التدبير الوقائي الرئيسي أثناء التطهير بالأشعة فوق البنفسجية هو مغادرة المبنى. أن تكون قريبًا من مصباح يعمل بالأشعة فوق البنفسجية ، لكن النظر بعيدًا لن يساعد ، فالعيون المخاطية لا تزال مشعة.
يمكن أن تكون النظارات الزجاجية مقياسًا جزئيًا لحماية الأغشية المخاطية للعين. العبارة الفئوية "الزجاج لا ينقل الأشعة فوق البنفسجية" غير صحيحة ، فهي تمر إلى حد ما ، وتختلف أنواع الزجاج المختلفة. ولكن بشكل عام ، مع انخفاض الطول الموجي ، تقل النفاذية ، ولا تنتقل الأشعة فوق البنفسجية بشكل فعال إلا عن طريق زجاج الكوارتز. نظارات Spectacle ليست كوارتز في أي حال.
يمكننا أن نقول بثقة أن عدسات النظارات التي تحمل علامة UV400 لا تسمح بمرور الأشعة فوق البنفسجية.
أرز. 10 طيف الإرسال لنظارات النظارات ذات المؤشرات UV380 و UV400 و UV420. صورة من الموقع []
كما أنه إجراء وقائي لاستخدام مصادر مجموعة UVC المبيدات للجراثيم التي لا تنبعث منها خطورة محتملة ، ولكنها ليست فعالة في التطهير ونطاقات UVB و UVA.
مصادر الأشعة فوق البنفسجية
الثنائيات فوق البنفسجية
تم تصميم الصمامات الثنائية الأكثر شيوعًا للأشعة فوق البنفسجية 365 نانومتر (UVA) من أجل "مصابيح الشرطة الكاشفة" التي تسبب اللمعان للكشف عن الملوثات غير المرئية بدون ضوء الأشعة فوق البنفسجية. التطهير بمثل هذه الثنائيات غير ممكن (انظر الشكل 11).
للتطهير ، يمكن استخدام ثنائيات UVC قصيرة الموجة بطول موجة 265 نانومتر. تكلفة وحدة الصمام الثنائي التي من شأنها أن تحل محل مصباح مبيد للجراثيم الزئبقية أعلى بثلاث مرات من تكلفة المصباح ، لذلك من الناحية العملية لا تستخدم هذه الحلول لتطهير مناطق واسعة. ولكن هناك أجهزة مدمجة تعتمد على الثنائيات فوق البنفسجية لتطهير المساحات الصغيرة - الأدوات ، والهواتف ، والآفات الجلدية ، وما إلى ذلك.
مصابيح زئبق منخفضة الضغط
مصباح الزئبق منخفض الضغط هو المعيار الذي يتم من خلاله مقارنة جميع المصادر الأخرى.
يقع الجزء الرئيسي من الطاقة الإشعاعية لبخار الزئبق عند الضغط المنخفض في التفريغ الكهربائي على طول موجة 254 نانومتر ، وهو مثالي للتطهير. ينبعث جزء صغير من الطاقة بطول موجة يبلغ 185 نانومتر ، مما يولد أوزونًا كثيفًا. وتنبعث كمية صغيرة جدًا من الطاقة عند أطوال موجية أخرى ، بما في ذلك النطاق المرئي.
في مصابيح الفلورسنت الزئبقية ذات الضوء الأبيض التقليدية ، لا ينقل زجاج المصباح الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من بخار الزئبق. لكن الفوسفور ، مسحوق أبيض على جدران القارورة ، يضيء في النطاق المرئي تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية.
يتم ترتيب مصابيح UVB أو UVA بطريقة مماثلة ، لا ينقل المصباح الزجاجي قمم تبلغ 185 نانومتر وذروة تبلغ 254 نانومتر ، لكن الفوسفور تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة لا ينبعث الضوء المرئي ، ولكن الأشعة فوق البنفسجية طويلة الموجة . هذه مصابيح صناعية. ونظرًا لأن طيف مصابيح UVA يشبه الشمس ، فإن هذه المصابيح تستخدم أيضًا للدباغة. تُظهر مقارنة الطيف بمنحنى كفاءة مبيد الجراثيم أنه لا ينصح باستخدام مصابيح UVB وحتى أكثر من UVA للتطهير.
أرز. 11 مقارنة بين منحنى فعالية مبيد الجراثيم وطيف مصباح UVB وطيف مصباح الدباغة UVA وطيف الصمام الثنائي 365 نانومتر. تم أخذ أطياف المصابيح من موقع الويب الخاص برابطة مصنعي الطلاء الأمريكية [].
لاحظ أن طيف مصباح الفلورسنت UVA واسع ويغطي نطاق UVB. طيف الصمام الثنائي 365 نانومتر أضيق بكثير ، وهذا هو "UVA صادق". إذا كان UVA مطلوبًا للحث على اللمعان لأغراض الديكور أو للكشف عن التلوث ، فإن استخدام الصمام الثنائي يكون أكثر أمانًا من استخدام مصباح الفلورسنت فوق البنفسجي.
يختلف مصباح مبيد الجراثيم الزئبقي UVC منخفض الضغط عن المصابيح الفلورية في عدم وجود فوسفور على جدران المصباح ، وينقل المصباح الضوء فوق البنفسجي. يتم دائمًا تمرير خط 254 نانومتر الرئيسي ، في حين يمكن ترك خط توليد الأوزون 185 نانومتر في طيف المصباح أو إزالته بمصباح زجاجي ناقل حركة انتقائي.
أرز. 12 يشار إلى نطاق الإشعاع على وسم مصابيح الأشعة فوق البنفسجية. يمكن التعرف على مصباح UVC المبيد للجراثيم من خلال عدم وجود الفوسفور على اللمبة.
للأوزون تأثير مبيد للجراثيم إضافي ، ولكنه مادة مسرطنة ، لذلك ، من أجل عدم انتظار الأوزون للطقس بعد التطهير ، يتم استخدام مصابيح غير مكونة للأوزون بدون خط 185 نانومتر في الطيف. هذه المصابيح لها طيف مثالي تقريبًا - خط رئيسي ذو كفاءة عالية في مبيدات الجراثيم تبلغ 254 نانومتر ، وإشعاع ضعيف جدًا في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية غير المبيدة للجراثيم ، وإشعاع "إشارة" صغير في النطاق المرئي.
أرز. 13. يتم الجمع بين طيف مصباح الزئبق UVC منخفض الضغط (الذي توفره مجلة lumen2b.ru) مع طيف الإشعاع الشمسي (من ويكيبيديا) ومنحنى فعالية مبيد الجراثيم (من ESNA Lighting Handbook []).
يتيح لك التوهج الأزرق لمصابيح مبيدات الجراثيم أن ترى أن مصباح الزئبق قيد التشغيل ويعمل. الوهج ضعيف ، وهذا يخلق انطباعًا خادعًا بأنه من الآمن النظر إلى المصباح. لا نشعر أن إشعاع UVC يمثل 35-40٪ من إجمالي الطاقة التي يستهلكها المصباح.
أرز. 14 جزء صغير من الطاقة الإشعاعية لبخار الزئبق موجود في النطاق المرئي ويمكن رؤيته كوهج أزرق خافت.
مصباح الزئبق مبيد الجراثيم منخفض الضغط له نفس قاعدة المصباح الفلوري التقليدي ، ولكنه مصنوع بطول مختلف بحيث لا يتم إدخال مصباح مبيد الجراثيم في المصابيح العادية. يتميز المصباح الخاص بمصباح مبيد للجراثيم ، بالإضافة إلى الأبعاد ، بحقيقة أن جميع الأجزاء البلاستيكية مقاومة للأشعة فوق البنفسجية ، وأسلاك الأشعة فوق البنفسجية مغلقة ، ولا يوجد ناشر.
لتلبية احتياجات مبيدات الجراثيم المنزلية ، يستخدم المؤلف مصباح مبيد للجراثيم بقوة 15 واط ، كان يستخدم سابقًا لتطهير محلول المغذيات في نظام الزراعة المائية. يمكن العثور على نظيره عند الطلب "معقم للأشعة فوق البنفسجية حوض السمك". عندما يكون المصباح قيد التشغيل ، يتم إطلاق الأوزون ، وهو أمر غير جيد ، ولكنه مفيد لتطهير ، على سبيل المثال ، الأحذية.
أرز. 15- مصابيح زئبقية منخفضة الضغط بقواعد من مختلف الأنواع. صور من موقع Aliexpress.
مصابيح الزئبق ذات الضغط المتوسط والعالي
تؤدي الزيادة في ضغط بخار الزئبق إلى تعقيد الطيف ، ويتمدد الطيف وتظهر فيه المزيد من الخطوط ، بما في ذلك تلك الموجودة في الأطوال الموجية المولدة للأوزون. يؤدي إدخال المضافات إلى الزئبق إلى تعقيد أكبر في الطيف. هناك العديد من أنواع هذه المصابيح ، وطيف كل منها خاص.
أرز. 16 أمثلة على أطياف مصابيح الزئبق ذات الضغط المتوسط والعالي
تؤدي زيادة الضغط إلى تقليل كفاءة المصباح. باستخدام مثال العلامة التجارية Aquafineuv ، فإن مصابيح الضغط المتوسط في منطقة UVC تبعث بالفعل 15-18٪ من الطاقة المستهلكة ، وليس 40٪ كمصابيح ذات ضغط منخفض. وتكلفة المعدات لكل واط من تدفق الأشعة فوق البنفسجية أعلى [].
إن الانخفاض في الكفاءة وزيادة تكلفة المصباح يقابله الاكتناز. على سبيل المثال ، يتطلب تطهير المياه الجارية أو تجفيف الورنيش المطبق بسرعة عالية في صناعة الطباعة مصادر مدمجة وقوية ، وتكلفة الوحدة وكفاءتها ليست مهمة. لكن استخدام مثل هذا المصباح للتطهير غير صحيح.
مشع للأشعة فوق البنفسجية من موقد DRL ومصباح DRT
هناك طريقة "شعبية" للحصول على مصدر قوي للأشعة فوق البنفسجية بتكلفة زهيدة نسبيًا. إنها خارج نطاق الاستخدام ، ولكن 125 ... 1000 واط من مصابيح DRL ذات الضوء الأبيض لا تزال تباع. في هذه المصابيح ، يوجد بداخل القارورة الخارجية "موقد" - مصباح زئبقي عالي الضغط. تنبعث منه أشعة فوق بنفسجية عريضة النطاق ، والتي تتأخر بفعل اللمبة الزجاجية الخارجية ، ولكنها تتسبب في توهج الفوسفور الموجود على جدرانها. إذا كسرت القارورة الخارجية وقمت بتوصيل الموقد بالشبكة من خلال خنق قياسي ، فستحصل على باعث قوي للإشعاع فوق البنفسجي عريض النطاق.
لمثل هذا الباعث للحرف اليدوية عيوب: كفاءة منخفضة مقارنة بمصابيح الضغط المنخفض ، ونسبة كبيرة من الأشعة فوق البنفسجية خارج نطاق مبيد الجراثيم ، ولا يمكنك البقاء في الغرفة لبعض الوقت بعد إطفاء المصباح حتى يتحلل الأوزون أو يختفي.
لكن المزايا لا يمكن إنكارها: تكلفة منخفضة وقوة عالية بأبعاد مضغوطة. توليد الأوزون هو أيضا ميزة إضافية. يطهر الأوزون الأسطح المظللة التي لا تتعرض للأشعة فوق البنفسجية.
أرز. 17 جهاز إشعاع فوق بنفسجي مصنوع من مصابيح DRL. تم نشر الصورة بإذن من المؤلف ، وهو طبيب أسنان بلغاري يستخدم هذا المنور بالإضافة إلى مصباح Philips TUV 30W المبيد للجراثيم.
تُستخدم مصادر مماثلة للأشعة فوق البنفسجية للتطهير على شكل مصابيح زئبقية عالية الضغط في مشعات من نوع OUFK-01 "Solnyshko".
على سبيل المثال ، بالنسبة لمصباح DRT 125-1 الشهير ، لا تنشر الشركة المصنعة الطيف ، لكن الوثائق توفر المعلمات التالية: شدة الإشعاع على مسافة 1 متر من المصباح UVA - 0,98 W / m2 ، UVB - 0,83 W / م 2 ، UVC - 0,72 وات / م 2 ، تدفق مبيد للجراثيم 8 وات ، وبعد الاستخدام يلزم تهوية الغرفة من الأوزون []. على سؤال مباشر حول الفرق بين مصباح DRT وموقد DRL ، أجاب المصنع في مدونته أن DRT لديه طلاء أخضر عازل على الكاثودات.
أرز. 18 مصدر النطاق العريض فوق البنفسجي - مصباح DRT-125
وفقًا للخصائص المعلنة ، يمكن ملاحظة أن الطيف هو نطاق عريض مع حصة متساوية تقريبًا من الإشعاع في الأشعة فوق البنفسجية الناعمة والمتوسطة والصلبة ، بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية الصلبة التي تولد الأوزون. يبلغ تدفق مبيد الجراثيم 6,4 ٪ من مدخلات الطاقة ، أي أن الكفاءة أقل 6 مرات من المصباح الأنبوبي ذو الضغط المنخفض.
لا تنشر الشركة المصنعة طيف هذا المصباح ، وتنتشر نفس الصورة مع طيف بعض DRT على الإنترنت. المصدر الأصلي غير معروف ، لكن نسبة الطاقة في نطاقات UVC و UVB و UVA لا تتوافق مع تلك المعلنة لمصباح DRT-125. بالنسبة إلى DRT ، يتم الإعلان عن نسبة متساوية تقريبًا ، ويظهر الطيف أن طاقة UVB هي مضاعف طاقة UBC. و UVA أعلى بكثير من UVB.
أرز. 19. طيف لمصباح قوس زئبقي عالي الضغط ، والذي يوضح في أغلب الأحيان طيف DRT-125 المستخدم على نطاق واسع للأغراض الطبية.
من الواضح أن المصابيح ذات الضغوط المختلفة وإضافات الزئبق تنبعث منها بشكل مختلف نوعًا ما. من المفهوم أيضًا أن المستهلك غير المطلع يميل إلى تخيل الخصائص والخصائص المرغوبة للمنتج بشكل مستقل ، واكتساب الثقة بناءً على افتراضاتهم الخاصة ، وإجراء عملية شراء. وسيؤدي نشر طيف مصباح معين إلى مناقشات ومقارنات واستنتاجات.
اشترى المؤلف ذات مرة وحدة OUFK-01 بمصباح DRT-125 واستخدمها لعدة سنوات لاختبار مقاومة الأشعة فوق البنفسجية للمنتجات البلاستيكية. لقد قمت بتشعيع منتجين في نفس الوقت ، أحدهما كان عبارة عن عنصر تحكم مصنوع من البلاستيك المقاوم للأشعة فوق البنفسجية ، وشاهدت أيهما سيتحول إلى اللون الأصفر بشكل أسرع. لمثل هذا التطبيق ، معرفة الشكل الدقيق للطيف ليس ضروريًا ، من المهم فقط أن يكون المرسل نطاقًا عريضًا. ولكن لماذا تستخدم الأشعة فوق البنفسجية ذات النطاق العريض إذا كان التطهير مطلوبًا؟
في تعيين OUFK-01 ، يشار إلى أن المشع يستخدم في عمليات الالتهاب الحادة. أي في الحالات التي يتجاوز فيها التأثير الإيجابي لتطهير الجلد الضرر المحتمل للإشعاع فوق البنفسجي عريض النطاق. من الواضح ، في هذه الحالة ، أنه من الأفضل استخدام الأشعة فوق البنفسجية ضيقة النطاق ، بدون أطوال موجية في الطيف لها تأثير غير مبيد للجراثيم.
تطهير الهواء
يتم التعرف على الأشعة فوق البنفسجية كوسيلة غير كافية لتطهير الأسطح ، حيث لا يمكن للأشعة اختراق حيث ، على سبيل المثال ، يخترق الكحول. لكن الأشعة فوق البنفسجية تطهر الهواء بشكل فعال.
عند العطس والسعال ، تتشكل قطرات بحجم بضعة ميكرومتر ، والتي تتدلى في الهواء من عدة دقائق إلى عدة ساعات []. أظهرت دراسات مرض السل أن قطرة واحدة من الهباء الجوي كافية للعدوى.
في الشارع ، نحن آمنون نسبيًا بسبب الأحجام الهائلة للهواء وقابليته للحركة التي يمكنها تبديد وتطهير أي عطس مع مرور الوقت والإشعاع الشمسي. حتى في مترو الأنفاق ، طالما أن نسبة المصابين صغيرة ، فإن حجم الهواء الإجمالي لكل شخص مصاب مرتفع ، والتهوية الجيدة تجعل خطر انتشار العدوى ضئيلًا. أخطر مكان أثناء أوبئة الأمراض المحمولة جواً هو المصعد. لذلك ، يجب عزل العطس ، وتطهير الهواء في الأماكن العامة ذات التهوية غير الكافية.
أجهزة إعادة التدوير
أحد خيارات تطهير الهواء هو إعادة تدوير الأشعة فوق البنفسجية المغلقة. دعونا نناقش واحدة من هؤلاء القائمين بإعادة التوزيع - Dezar 7 ، المعروف أنه شوهد حتى في مكتب الشخص الأول في الدولة.
يوضح وصف جهاز إعادة التدوير أنه ينفخ 100 متر مكعب في الساعة وهو مصمم لمعالجة غرفة بحجم 3 متر مكعب (حوالي 100 × 3 × 5 متر).
ومع ذلك ، فإن القدرة على تطهير 100 متر مكعب من الهواء في الساعة لا تعني أن الهواء في غرفة تبلغ مساحتها 3 متر مكعب في الساعة سيتم التعامل معه على نحو فعال. يخفف الهواء المعالج الهواء المتسخ ، وفي هذا الشكل يدخل مرارًا وتكرارًا إلى جهاز إعادة التدوير. من السهل بناء نموذج رياضي وحساب فعالية مثل هذه العملية:
أرز. 20 تأثير عملية إعادة تدوير الأشعة فوق البنفسجية على عدد الكائنات الحية الدقيقة في هواء غرفة بدون تهوية.
لتقليل تركيز الكائنات الدقيقة في الهواء بنسبة 90٪ ، يحتاج جهاز إعادة التدوير إلى العمل لأكثر من ساعتين. هذا ممكن في حالة عدم وجود تهوية في الغرفة. لكن لا توجد غرف بها أشخاص وبدون تهوية في المعتاد. على سبيل المثال ، [] تنص على حد أدنى لمعدل تدفق الهواء الخارجي للتهوية يبلغ 3 م 3 في الساعة لكل 1 م 2 من مساحة الشقة. وهو ما يتوافق مع الاستبدال الكامل للهواء مرة واحدة في الساعة ويجعل عمل جهاز إعادة التدوير عديم الفائدة.
إذا أخذنا في الاعتبار نموذجًا ليس للخلط الكامل ، ولكن من النفاثات الرقائقية التي تمر على طول مسار معقد ثابت في الغرفة وتدخل في التهوية ، فإن فائدة تطهير إحدى هذه النفاثات تكون أقل حتى من نموذج الخلط الكامل.
على أي حال ، فإن إعادة تدوير الأشعة فوق البنفسجية ليست أكثر فائدة من النافذة المفتوحة.
أحد أسباب انخفاض كفاءة أجهزة إعادة التوزيع هو أن تأثير مبيد الجراثيم ضئيل للغاية من حيث كل واط من تدفق الأشعة فوق البنفسجية. تمر الحزمة حوالي 10 سنتيمترات داخل التركيب ، ثم تنعكس من الألومنيوم بمعامل يبلغ حوالي k = 0,7. هذا يعني أن المسار الفعال للحزمة داخل التثبيت يبلغ حوالي نصف متر ، وبعد ذلك يتم امتصاصه دون فائدة.
أرز. 21. إطار من فيديو يوتيوب يظهر تفكيك وحدة إعادة التدوير. يمكن رؤية مصابيح مبيد للجراثيم وسطح عاكس من الألومنيوم ، مما يعكس الأشعة فوق البنفسجية أسوأ بكثير من الضوء المرئي [].
مصباح مبيد للجراثيم ، الذي يُعلق علنًا على الحائط في مكتب العيادة ويضيئه الطبيب وفقًا للجدول الزمني ، يكون أكثر فاعلية عدة مرات. تنتقل الأشعة المنبعثة من المصباح المكشوف عدة أمتار ، وتطهر الهواء أولاً ، ثم الأسطح أيضًا.
مراوح الهواء في الجزء العلوي من الغرفة
في أجنحة المستشفى ، حيث يوجد المرضى طريح الفراش باستمرار ، تستخدم تركيبات الأشعة فوق البنفسجية أحيانًا لإشعاع تدفقات الهواء المتداول تحت السقف. العيب الرئيسي لهذه التركيبات هو أن الشبكة التي تغطي المصابيح تسمح فقط للحزم التي تسير في اتجاه واحد بالمرور ، وتمتص أكثر من 90 ٪ من بقية التدفق دون فائدة.
يمكنك أيضًا نفخ الهواء من خلال جهاز التشعيع هذا لعمل جهاز إعادة تدوير في نفس الوقت ، لكن هذا لا يحدث ، ربما بسبب الإحجام عن الحصول على مجمع الغبار في الجناح.
أرز. 22 جهاز إشعاع هوائي يعمل بالأشعة فوق البنفسجية تحت السقف ، صورة من الموقع [].
تحمي الشبكات الناس في الغرفة من التدفق المباشر للأشعة فوق البنفسجية ، لكن التيار الذي يمر عبر الشبكة يصطدم بالسقف والجدران وينعكس بشكل منتشر ، بانعكاس يبلغ حوالي 10٪. الغرفة مليئة بالأشعة فوق البنفسجية متعددة الاتجاهات ويتلقى الأشخاص جرعة من الأشعة فوق البنفسجية تتناسب مع الوقت الذي يقضونه في الغرفة.
المراجعين والمؤلف
المراجعون:
أرتيوم بالابانوف ، مهندس إلكترونيات ، مطور لأنظمة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية ؛
رومين فاسيليف ، دكتوراه ، مهندس إضاءة ، Interlux OOD ، بلغاريا ؛
فاديم جريجوروف ، عالم فيزياء حيوية ؛
ستانيسلاف ليرمونتوف ، مهندس الإضاءة ، شركة الأنظمة المتكاملة LLC ؛
أليكسي بانكراشكين ، دكتوراه ، أستاذ مشارك ، هندسة الإضاءة والضوئيات بأشباه الموصلات ، INTECH Engineering LLC ؛
أندري كراموف ، أخصائي تصميم الإضاءة للمؤسسات الطبية ؛
فيتالي تسفيركو ، رئيس مختبر اختبار الإضاءة في TsSOT NAS في بيلاروسيا
المؤلف: أنطون شاراكشان ، مرشح العلوم الفيزيائية والرياضية ، مهندس إضاءة وعالم فيزياء حيوية ، جامعة موسكو الطبية الأولى. هم. سيتشينوف
مراجع
مراجع
[ايرسيريل]
[أكوافينوف]
[CIE 155: 2003] CIE 155: 2003 تطهير الهواء بالموجات فوق الصوتية
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 فيزياء الإشعاع البصري وهندسة الإنارة. الجزء 10 فيزياء الإشعاع البصري وهندسة الإضاءة. الإشعاع النشط بيولوجيًا ضوئيًا. الأحجام والرموز وأطياف العمل
[ESNA] كتيب الإضاءة ESNA ، الطبعة التاسعة. إد. جمعية Rea MS Illuminating Engineering of North America ، نيويورك ، 9
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 أنظمة المصابيح والمصابيح. السلامة البيولوجية الخفيفة
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al.، 2020 COVID-19 Coronavirus Coronavirus Susceptibility، DOI: 10.13140 / RG.2.2.22803.22566
[ليزما]
[ميتسويكيميكالس]
[اسم]
[طلاء]
[توفالو]
[منظمة الصحة العالمية] منظمة الصحة العالمية. الأشعة فوق البنفسجية: النظرة العلمية الرسمية لتأثيرات الأشعة فوق البنفسجية على البيئة والصحة ، مع الإشارة إلى نضوب طبقة الأوزون العالمية.
[ديزار]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 استخدام الأشعة فوق البنفسجية لتطهير الهواء الداخلي
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 تدفئة وتهوية وتكييف.
المصدر: www.habr.com