Уласцівасці ўльтрафіялету залежаць ад даўжыні хвалі, а ўльтрафіялет розных крыніц адрозніваецца спектрам. Абмяркуем, якія крыніцы ўльтрафіялету і як прымяняць, каб максымізаваць бактэрыцыднае дзеянне, мінімізаваўшы рызыкі непажаданых біялагічных эфектаў.
Мал. 1. На фатаграфіі не дэзінфекцыя выпраменьваннем UVC, як можна падумаць, а трэніроўка выкарыстання ахоўнага касцюма з выяўленнем у промнях UVA люмінесцыруючых плям навучальных цялесных вадкасцяў. UVA - мяккі ультрафіялет і не аказвае бактэрыцыднага дзеяння. Зачыненыя вочы - апраўданая мера бяспекі, бо шырокі спектр выкарыстоўванай люмінесцэнтнай лямпы UVA перасякаецца з UVB, які небяспечны для зроку (крыніца Simon Davis / DFID).
Даўжыня хвалі бачнага святла адпавядае энергіі кванта, пры якой толькі-толькі становіцца магчымым фотахімічнае дзеянне. Кванты бачнага святла ўзбуджаюць фотахімічныя рэакцыі ў спецыфічнай фотаадчувальнай тканіны - у сятчатцы вока.
Ультрафіялет нябачны, яго даўжыня хвалі менш, частата і энергія кванта вышэй, выпраменьванне больш жорсткім, разнастайнасць фотахімічных рэакцый і біялагічных эфектаў больш.
Ультрафіялет адрозніваецца на:
- Блізкі па ўласцівасцях да бачнага святла даўгахвалевы/мяккі/блізкі UVA (400…315 нм);
- Сярэдняй калянасці - UVB (315 ... 280 нм);
- Кароткахвалевы/далёкі/цвёрды UVC (280…100 нм).
Бактэрыцыднае дзеянне ўльтрафіялету
Бактэрыцыднае дзеянне аказвае жорсткі ультрафіялет - UVC, і ў меншай ступені ультрафіялет сярэдняй калянасці - UVB. Па крывой бактэрыцыднай эфектыўнасці відаць, што відавочнае бактэрыцыднае дзеянне аказвае толькі вузкі дыяпазон 230…300 нм, гэта значыць прыкладна чвэрць ад дыяпазону, званага ўльтрафіялетам.
Мал. 2 Крывыя бактэрыцыднай эфектыўнасці з []
Кванты з даўжынямі хваль у гэтым дыяпазоне паглынаюцца нуклеінавымі кіслотамі, што прыводзіць да разбурэння структуры ДНК і РНК. Апроч бактэрыцыднага, гэта значыць які забівае бактэрыі, гэты дыяпазон аказвае вирулицидное (супрацьвіруснае), фунгіцыднае (супрацьгрыбковае) і спороцидное (якая забівае спрэчкі) дзеянне. У тым ліку забіваецца які выклікаў пандэмію 2020 г. РНК-змяшчае вірус SARS-CoV-2.
Бактэрыцыднае дзеянне сонечнага святла
Бактэрыцыднае дзеянне сонечнага святла адносна невяліка. Паглядзім на сонечны спектр над атмасферай і пад атмасферай:
Мал. 3. Спектр сонечнага выпраменьвання над атмасферай і на ўзроўні мора. Найбольш жорсткая частка ультрафіялетавага дыяпазону да паверхні зямлі не даходзіць (запазычана з Вікіпедыі).
Варта звярнуць увагу на вылучаны жоўтым надатмасферны спектр. Энергія кванта левага краю спектра надатмасферных сонечных прамянёў з даўжынёй хвалі менш за 240 нм адпавядае энергіі хімічнай сувязі 5.1 эВ у малекуле кіслароду «O2». Малекулярны кісларод паглынае гэтыя кванты, хімічная сувязь рвецца, утвараецца атамарны кісларод "O", які злучаецца назад у малекулы кіслароду "O2" і, часткова, азону "O3".
Сонечны надатмасферны UVC утворыць у верхніх пластах атмасферы азон, званы азонавым пластом. Энергія хімічнай сувязі ў малекуле азону ніжэйшая, чым у малекуле кіслароду і таму азон паглынае кванты меншай энергіі, чым кісларод. І калі кісларод паглынае толькі UVC, то азонавы пласт паглынае UVC і UVB. Атрымліваецца, што сонца самым краёчкам ультрафіялетавай часткі спектру генеруе азон, і гэты азон затым паглынае большую частку жорсткага сонечнага ультрафіялету, абараняючы Зямлю.
А зараз акуратна, зважаючы на даўжыні хваль і маштаб, сумяшчальны сонечны спектр са спектрам бактэрыцыднага дзеяння.
Мал. 4 Спектр бактэрыцыднага дзеяння і спектр сонечнага выпраменьвання.
Відаць, што бактэрыцыднае дзеянне сонечнага святла малаважна. Частка спектру, здольная аказваць бактэрыцыднае дзеянне, амаль цалкам паглынута атмасферай. У розную пару года і ў розных шыротах сітуацыя крыху адрозніваецца, але якасна падобная.
Небяспека ультрафіялету
Кіраўнік адной з буйных краін прапанаваў: "для лячэння ад COVID-19 трэба даставіць сонечнае святло ўнутр арганізма". Аднак, бактэрыцыдны УФ разбурае РНК і ДНК, у тым ліку чалавечыя. Калі "даставіць сонечнае святло ўнутр арганізма" - чалавек загіне.
Эпідэрміс, у першую чаргу рагавы пласт адмерлых клетак, абараняе жывую тканіну ад UVC. Ніжэй эпідэрмальныя пласта пранікае толькі менш за 1% выпраменьвання UVC [СААЗ]. Больш за доўгія хвалі UVB і UVA пранікаюць на вялікую глыбіню.
Калі б сонечнага ўльтрафіялету не было, магчыма, людзі б не мелі эпідэрмісу і рагавога пласта, і паверхня цела была слізістай, як у смаўжоў. Але паколькі людзі эвалюцыянавалі пад сонцам, слізістымі з'яўляюцца толькі абароненыя ад сонца паверхні. Найбольш уразлівая слізістая паверхня вочы, умоўна абароненая ад сонечнага ўльтрафіялету стагоддзямі, вейкамі, бровамі, маторыкай асобы, і звычкай не глядзець на сонца.
Калі ўпершыню навучыліся замяняць крышталік на штучны, афтальмолагі сутыкнуліся з праблемай апёкаў сятчаткі. Сталі разбірацца ў прычынах і высветлілі, што жывы чалавечы крышталік для ўльтрафіялету непразрысты і абараняе сятчатку. Пасля гэтага сталі рабіць непразрыстымі для ўльтрафіялету і штучныя крышталікі.
Выява вока ў ультрафіялетавых прамянях ілюструе непразрыстасць крышталіка для ультрафіялету. Уласнае вока асвятляць ультрафіялетам не варта, бо з часам крышталік мутнее, у тым ліку з-за набранай з гадамі дозы ультрафіялету, і мае патрэбу ў замене. Таму скарыстаемся досведам адважных людзей, якія грэбавалі бяспекай, пасвяцілі сабе ў вочы ўльтрафіялетавым ліхтарыкам на даўжыні хвалі 365 нм, і выклалі вынік у YouTube.
Мал. 5 Кадр з роліка Youtube-канала «Kreosan».
Якія выклікаюць люмінесцэнцыю ўльтрафіялетавыя ліхтарыкі з даўжынёй хвалі 365 нм (UVA) папулярныя. Купляюцца дарослымі, але непазбежна пападаюць у рукі дзецям. Дзеці свецяць сабе гэтымі ліхтарыкамі ў вочы, уважліва і падоўгу разглядаюць які свеціцца крышталь. Такія дзеянні пажадана прадухіліць. Калі гэта адбылося, можна супакоіць сябе тым, што катаракта ў даследаваннях на мышах упэўнена выклікаецца апрамяненнем крышталіка UVB, але катарагенозны эфект UVA няўстойлівы].
І ўсё ж дакладны спектр дзеяння ўльтрафіялету на крышталік невядомы. А калі ўлічыць, што катаракта - моцна адкладзены эфект, трэба некаторая колькасць розуму, каб не свяціць сабе ў вочы ультрафіялетам загадзя.
Адносна хутка пад ультрафіялетам запаляюцца слізістыя абалонкі вока, гэта называецца фотакератыт і фотакан'юктывіт. Слізістыя становяцца чырвонымі, і з'яўляецца адчуванне "пяску ў вачах". Эфект праходзіць праз некалькі дзён, але шматразовыя апёкі могуць прывесці да памутнення рагавіцы.
Даўжыні хваль, якія выклікаюць гэтыя эфекты, прыкладна адпавядаюць узважанай функцыі УХ-небяспекі, прыведзенай у стандарце па фотабіялагічнай бяспецы [IEC 62471] і прыкладна супадаюць з дыяпазонам бактэрыцыднага дзеяння.
Мал. 6 Спектры дзеяння ультрафіялету, які выклікае фотакан'юктывіт і фотакератыт з [] і ўзважаная функцыя актынічным УФ небяспекі для скуры і вачэй з [].
Парогавыя дозы для фотакератыту і фотакан'юктывіту 50-100 Дж/м2, гэтае значэнне не перавышае дозы, якія выкарыстоўваюцца пры дэзінфекцыі. Прадэзінфікаваць слізістую вочы ультрафіялетам, не выклікаўшы запалення, не атрымаецца.
Эрытэма, гэта значыць «сонечным апёкам» небяспечны ўльтрафіялет у дыяпазоне да 300 нм. Па некаторых крыніцах максімальная спектральная эфектыўнасць эрыцемы на даўжынях хваль каля 300 нм.]. Мінімальная доза, якая выклікае ледзь прыкметную эрітема МЭД (Мінімальная Эритемная Доза) для скуры розных тыпаў вагаецца ад 150 да 2000 Дж/м2. Для жыхароў сярэдняй паласы тыпавой МЭД можна лічыць велічыню каля 200…300 Дж/м2.
UVB ў дыяпазоне 280-320 нм, з максімумам каля 300 нм выклікае рак скуры. Парогавай дозы няма, больш доза - вышэй рызыка, і эфект адкладзены.
Мал. 7 Крывыя дзеянні ультрафіялету, якія выклікаюць эрыцему і рак скуры.
Фотоиндуцированное старэнне скуры выклікаецца ўльтрафіялетам ва ўсім дыяпазоне 200…400 нм. Вядомая фатаграфія дальнабойшчыка, які падвяргаўся за рулём апраменьванню сонечным ультрафіялетам пераважна з левага боку. Вадзіцель меў звычку ездзіць з апушчаным шклом вадзіцельскага акна, але правая частка асобы была абаронена ад сонечнага ультрафіялету лабавым шклом. Розніца ўзроставага стану скуры на правым і левым баку ўражвае:
Мал. 8 Фатаграфія вадзіцеля, які на працягу 28 гадоў ездзіў з апушчаным шклом вадзіцельскага акна [].
Калі груба ацаніць, што ўзрост скуры з рознага боку твару гэтага чалавека адрозніваецца на дваццаць гадоў і гэтае следства таго, што прыкладна гэтыя ж дваццаць гадоў адзін бок асобы асвятлялася сонцам, а другі няма, можна зрабіць асцярожную выснову, што дзень пад адчыненым сонцам на адзін дзень і старыць скуру.
З даведачных дадзеных [] вядома, што ў сярэдніх шыротах улетку пад прамым сонцам мінімальная эритемная доза 200 Дж/м2 набіраецца хутчэй чым за гадзіну. Параўнаўшы гэтыя лічбы са зробленай высновай, можна зрабіць яшчэ адну выснову, - старэнне скуры пры перыядычнай і недоўгачасовай працы з ультрафіялетавымі лямпамі не з'яўляецца значнай небяспекай.
Колькі трэба ультрафіялету для дэзінфекцыі
Колькасць тых, хто выжыў мікраарганізмаў на паверхнях і ў паветры пры павелічэнні дозы ультрафіялету зніжаецца па экспаненце. Напрыклад, доза, якая забівае 90% мікабактэрый туберкулёзу - 10 Дж/м2. Дзве такіх дозы забіваюць 99%, тры дозы забіваюць 99,9% і т.д.
Мал. 9 Залежнасць долі тых, хто выжыў мікабактэрый туберкулёзу ад дозы ультрафіялетавага выпраменьвання на даўжыні хвалі 254 нм.
Экспанентная залежнасць характэрна тым, што нават малая доза забівае большую частку мікраарганізмаў.
Сярод пералічаных у [] патагенных мікраарганізмаў найбольш устойлівая да ўльтрафіялету сальманела. Доза, якая забівае 90% яе бактэрый - 80 Дж/м2. Па дадзеных агляду [Kowalski2020] сярэдняе значэнне дозы, якая забівае 90% каранавірусы – 67 Дж/м2. Але для большай часткі мікраарганізмаў гэтая доза не перавышае 50 Дж/м2. Для практычных мэт можна запомніць, што стандартная доза, якая дэзінфікуе з эфектыўнасцю 90%, – гэта 50 Дж/м2.
Па дзеючай зацверджанай Міністэрствам аховы здароўя Расіі методыцы выкарыстання ультрафіялету для абеззаражання паветра [] максімальная эфектыўнасць дэзінфекцыі «тры дзявяткі» або 99,9% патрабуецца для аперацыйных, радзільных дамоў і г.д. Для школьных класаў, памяшканняў грамадскіх будынкаў і т.д. дастатковая "адна дзявятка", гэта значыць 90% знішчаных мікраарганізмаў. Гэта значыць, што ў залежнасці ад катэгорыі памяшкання дастаткова ад адной да трох стандартных доз 50…150 Дж/м2.
Прыклад адзнакі неабходнага часу апрамянення: дапушчальны, неабходна дэзінфікаваць паветра і паверхні ў пакоі памерам 5 × 7 × 2,8 метра, для чаго выкарыстоўваецца адна адчыненая лямпа Philips TUV 30W.
У тэхнічным апісанні лямпы паказаны бактэрыцыдны струмень 12 Вт []. У ідэальным выпадку ўвесь струмень ідзе строга на якія дэзінфікуюцца паверхні, але ў рэальнай сітуацыі палова струменя знікне без карысці, напрыклад будзе залішне інтэнсіўна асвятляць сценку за свяцільняй. Таму будзем разлічваць на карысны струмень 6 аў. Агульны апрамяняльны пляц паверхняў у памяшканні – падлога 35 м2 + столь 35 м2 + сцены 67 м2, усяго 137 м2.
У сярэднім на паверхні падае паток бактэрыцыднага выпраменьвання 6 Вт/137м2 = 0,044 Вт/м2. За гадзіну, гэта значыць за 3600 секунд на гэтыя паверхні давядзецца доза 0,044 Вт/м2 × 3600 с = 158 Дж/м2, або акруглена 150 Дж/м2. Што адпавядае тром стандартным дозам 50 Дж/м2 або "тром дзявяткам" - 99,9% бактэрыцыднай эфектыўнасці, г.зн. патрабаванням да аперацыйных. А бо разлічаная доза, перш чым зваліцца на паверхні, мінула праз аб'ём пакоя, з не меншай эфектыўнасцю прадэзінфікаванае і паветра.
Калі патрабаванні да стэрыльнасці невялікія і дастаткова "адной дзявяткі", для разгледжанага прыкладу трэба ў тры разы меншы час апрамянення - акруглена 20 хвілін.
Абарона ад ультрафіялету
Асноўная мера абароны падчас дэзінфекцыі ўльтрафіялетам - сыходзіць з памяшкання. Знаходзіцца побач з працавальнай УХ-лямпай, але адводзіць погляд не дапаможа, слізістыя вочы ўсё роўна апрамяняюцца.
Частковай мерай абароны слізістых вочы могуць быць шкляныя акуляры. Катэгарычная заява «шкло не прапускае ўльтрафіялет» няслушна, у нейкай ступені прапускае, прычым розныя маркі шкла па-рознаму. Але ў цэлым з памяншэннем даўжыні хвалі каэфіцыент прапускання зніжаецца, і UVC эфектыўна прапускаецца толькі кварцавым шклом. Ачковае шкло ў любым выпадку не кварцавыя.
Упэўнена можна сказаць, што не прапускаюць ультрафіялет лінзы ачкоў з маркіроўкай UV400.
Мал. 10 Спектр прапускання ачковага шкла з індэксамі UV380, UV400 і UV420. Выява з сайта []
Таксама мерай абароны з'яўляецца выкарыстанне крыніц бактэрыцыднага дыяпазону UVC, якія не выпраменьваюць патэнцыйна небяспечныя, але не эфектыўныя для дэзінфекцыі дыяпазоны UVB і UVA.
Крыніцы ультрафіялету
УФ-дыёды
Найбольш распаўсюджаныя ультрафіялетавыя дыёды 365 нм (UVA) прызначаны для «паліцэйскіх ліхтарыкаў», якія выклікаюць люмінесцэнцыю для выяўлення нябачных без ультрафіялету забруджванняў. Дэзінфекцыя такімі дыёдамі немагчымая (гл. Мал. 11).
Для дэзінфекцыі можна выкарыстоўваць караткахвалевыя UVC-дыёды з даўжынёй хвалі 265 нм. Кошт модуля на дыёдах, які замяніў бы ртутную бактэрыцыдную лямпу, пераўзыходзіць кошт лямпы на тры парадку, таму на практыцы такія рашэнні для дэзінфекцыі вялікіх пляцаў не выкарыстоўваюцца. Але з'яўляюцца кампактныя прылады на ЎХ-дыёдах для дэзінфекцыі малых пляцаў – прылад, тэлефонаў, месцаў пашкоджанняў скуры і т.д.
Ртутныя лямпы нізкага ціску
Ртутная лямпа нізкага ціску - гэта стандарт, з якім параўноўваюцца ўсе іншыя крыніцы.
Асноўная доля энергіі выпраменьвання пары ртуці пры нізкім ціску ў электрычным разрадзе прыпадае на даўжыню хвалі 254 нм, ідэальна прыдатную для дэзінфекцыі. Невялікая частка энергіі выпраменьваецца на даўжыні хвалі 185 нм, інтэнсіўна генеравальнай азон. І зусім невялікая колькасць энергіі выпраменьваецца на іншых даўжынях хваль, у тым ліку бачны дыяпазон.
У звычайных ртутных люмінесцэнтных лямпах белага святла шкло колбы не прапускае выпраменьваны парамі ртуці ўльтрафіялет. Але люмінафор, парашок белага колеру на сценках колбы, пад дзеяннем ультрафіялету свеціцца ў бачным дыяпазоне.
Лямпы UVB або UVA уладкованыя падобнай выявай, шкляная колба не прапускае пікі 185 нм і пік 254 нм, але люмінафор пад дзеяннем караткахвалевага ўльтрафіялету выпраменьвае не бачнае святло, а даўгахвалевы ўльтрафіялет. Гэта лямпы тэхнічнага прызначэння. А бо спектр лямпаў UVA падобны на сонечны, такія лямпы выкарыстоўваюцца яшчэ і для загару. Параўнанне спектру з крывой бактэрыцыднай эфектыўнасці паказвае, што выкарыстоўваць лямпы UVB і тым больш UVA для дэзінфекцыі немэтазгодна.
Мал. 11 Параўнанне крывой бактэрыцыднай эфектыўнасці, спектру лямпы UVB, спектру лямпы UVA "для загару" і спектру дыёда 365 нм. Спектры лямпаў узяты з сайта амерыканскай асацыяцыі вытворцаў фарбаў.].
Адзначым, што спектр люмінесцэнтнай лямпы UVA шырокі і захоплівае UVB-дыяпазон. Спектр дыёда 365 нм значна ўжо, гэта сумленны UVA . Калі патрабуецца UVA каб выклікаць люмінесцэнцыю ў дэкаратыўных мэтах або для выяўлення забруджванняў, выкарыстанне дыёда бяспечней выкарыстання ультрафіялетавай люмінесцэнтнай лямпы.
Ртутная бактэрыцыдная лямпа нізкага ціску UVC адрозніваецца ад люмінесцэнтных тым, што на сценках колбы няма люмінафора, і колба прапускае ўльтрафіялет. Асноўная лінія 254 нм прапускаецца заўсёды, а генеравальная азон лінія 185 нм можа быць пакінута ў спектры лямпы або прыбрана колбай са шкла з селектыўным прапусканнем.
Мал. 12 Дыяпазон выпраменьвання паказаны на маркіроўцы ультрафіялетавых лямпаў. Бактэрыцыдную лямпу UVC можна пазнаць па адсутнасці люмінафора на колбе.
Азон аказвае дадатковае бактэрыцыднае дзеянне, але з'яўляецца канцерогеном, таму каб не чакаць выветрывання азону пасля дэзінфекцыі, выкарыстоўваюць не ўтвараюць азон лямпы без лініі 185 нм у спектры. Гэтыя лямпы маюць амаль ідэальны спектр - асноўная лінія з высокай бактэрыцыднай эфектыўнасцю 254 нм, вельмі слабое выпраменьванне ў небактэрыцыдных дыяпазонах ультрафіялету, і невялікае "сігнальнае" выпраменьванне ў бачным дыяпазоне.
Мал. 13. Спектр ртутнай лямпы нізкага ціску UVC (паданы часопісам lumen2b.ru) сумешчаны са спектрам сонечнага выпраменьвання (з Вікіпедыі) і крывой эфектыўнасці бактэрыцыднага дзеяння (з ESNA Lighting Handbook []).
Сіняе свячэнне бактэрыцыдных лямпаў дазваляе ўбачыць, што ртутная лямпа ўключана і працуе. Свячэнне слабое, і гэта стварае зманлівае ўражанне, што глядзець на лямпу бяспечна. Мы не адчуваем, што выпраменьванне ў UVC дыяпазоне складае 35…40% поўнай спажыванай лямпай магутнасці.
Мал. 14 Малая доля энергіі выпраменьвання пары ртуці прыпадае на бачны дыяпазон і бачная як слабое блакітнае свячэнне.
Бактэрыцыдная ртутная лямпа нізкага ціску мае той жа цокаль, што і звычайная люмінесцэнтная, але робіцца іншай даўжыні, каб бактэрыцыдную лямпу не ўстаўлялі ў звычайныя свяцільні. Свяцільня для бактэрыцыднай лямпы, апроч габарытаў, адрозніваецца тым, што ўсе пластыкавыя дэталі ўстойлівыя да ўльтрафіялету, правады ад ультрафіялету зачыненыя, і няма рассейвальніка.
Для хатніх бактэрыцыдных запатрабаванняў аўтар выкарыстоўвае бактэрыцыдную лямпу 15 Вт, раней якая выкарыстоўвалася для абеззаражання пажыўнага раствора гідрапоннай усталёўкі. Яе аналаг можна знайсці па запыце "aquarium uv sterilisator". Пры працы лямпы вылучаецца азон, што не добра, але для дэзінфекцыі, да прыкладу, абутку, карысна.
Мал. 15 Ртутныя лямпы нізкага ціску з цокалем розных тыпаў. Выявы з сайта Aliexpress.
Ртутныя лямпы сярэдняга і высокага ціску
Павышэнне ціску пароў ртуці прыводзіць да ўскладнення спектру, спектр пашыраецца і ў ім з'яўляецца больш ліній, у тым ліку на генерыруючых азон даўжынях хваль. Увядзенне ў ртуць дабавак прыводзіць да яшчэ большага ўскладнення спектру. Разнавіднасцяў падобных лямпаў шмат, і спектр кожнай асаблівы.
Мал. 16 Прыклады спектраў ртутных лямпаў сярэдняга і высокага ціску
Падвышэнне ціску змяншае ККД лямпы. На прыкладзе маркі Aquafineuv лямпы сярэдняга ціску ў вобласці UVC выпраменьваюць ужо 15-18% ад спажыванай магутнасці, а не 40% як лямпы нізкага ціску. І кошт абсталявання з разліку на адзін ват патоку UVC атрымліваецца вышэй [].
Зніжэнне ККД і павышэнне кошту лямпы кампенсуецца кампактнасцю. Да прыкладу, абеззаражанне праточнай вады ці сушка які наносіцца на высокай хуткасці лаку ў паліграфіі патрабуюць кампактных і магутных крыніц, удзельная кошт і эфектыўнасць няважныя. Але выкарыстоўваць такую лямпу для дэзінфекцыі некарэктна.
УФ-апрамяняльнік з гарэлкі ДРЛ і лямпы ДРТ
Ёсць «народны» спосаб адносна нядорага атрымаць магутную крыніцу ўльтрафіялету. Выходзяць з ужытку, але ўсё яшчэ прадаюцца лямпы ДРЛ белага святла 125…1000 Вт. У гэтых лямпах, усярэдзіне вонкавай колбы варта гарэлка ртутная лямпа высокага ціску. Яна выпраменьвае шырокапалосны ўльтрафіялет, які затрымоўваецца вонкавай шкляной колбай, але прымушае свяціцца люмінафор на яе сценках. Калі разбіць вонкавую колбу і падлучыць гарэлку да сеткі праз штатны дросель, атрымаецца магутны выпраменьвальнік шырокапалоснага ўльтрафіялету.
У такога саматужна вырабленага выпраменьвальніка ёсць недахопы: нізкі ў параўнанні з лямпамі нізкага ціску ККД, вялікая дзель ультрафіялета па-за бактэрыцыдным дыяпазону, і ў памяшканні нельга знаходзіцца некаторы час пасля выключэння лямпы, пакуль не распадзецца ці не выветрае азон.
Але бясспрэчныя і плюсы: нізкі кошт і вялікая магутнасць пры кампактных памерах. Да плюсаў можна аднесці і генерацыю азону. Азон прадэзінфікуе зацененыя паверхні, на якія не трапяць прамяні ўльтрафіялету.
Мал. 17 Ультрафіялетавы апрамяняльнік, зроблены з лямпаў ДРЛ. Фатаграфія публікуецца з дазволу аўтара, балгарскага стаматолага, які выкарыстоўвае гэты апрамяняльнік у дадатку да стандартнай бактэрыцыднай лямпы Philips TUV 30W.
Аналагічныя крыніцы ўльтрафіялету для дэзінфекцыі ў выглядзе ртутных лямпаў высокага ціску выкарыстоўваюць у апрамяняльніках тыпу ОУФК-01 «Сонейка».
Да прыкладу, для папулярнай лямпы "ДРТ 125-1" вытворца не публікуе спектр, але ў дакументацыі прыводзіць параметры: інтэнсіўнасць апрамянення на адлегласці 1 м ад лямпы UVA - 0,98 Вт/м2, UVB - 0,83 Вт/м2, UVC - 0,72 Вт/м2, бактэрыцыдны струмень 8 Вт, і пасля выкарыстання патрабуецца вентыляцыя памяшкання ад азону []. На прамое пытанне аб розніцы паміж лямпай ДРТ і гарэлкай ДРЛ, вытворца ў сваім блогу адказаў, што ДРТ мае якое ўцяпляе зялёнае пакрыццё на катодах.
Мал. 18 Крыніца шырокапалоснага ўльтрафіялету — лямпа ДРТ-125
Па заяўленых характарыстыках відаць, што спектр шырокапалосны з амаль роўнай дзеллю выпраменьвання ў мяккім, сярэднім, і цвёрдым ультрафіялеце, у тым ліку захоплівае генеравальны азон цвёрды UVC. Бактэрыцыдны струмень складае 6,4% ад спажыванай магутнасці, гэта значыць ККД у 6 разоў менш, чым у трубчастай лямпы нізкага ціску.
Вытворца не публікуе спектру гэтай лямпы, а ў інтэрнэце цыркулюе адна і тая ж карцінка са спектрам нейкай з ДРТ. Першакрыніца невядомы, але суадносіны энергіі ў UVC, UVB і UVA дыяпазонах не адпавядае заяўленым для лямпы ДРТ-125. Для ДРТ заяўлена прыкладна роўныя суадносіны, а па спектры відаць, што энергія UVB кратна больш энергіі UBC. А у UVA кратна вышэй, чым у UVB.
Мал. 19. Спектр дугавой ртутнай лямпы высокага ціску, найболей часта якая ілюструе спектр шырока ўжывальных у медыцынскіх мэтах ДРТ-125.
Зразумела, што лямпы з розным ціскам і дадаткамі ў ртуць выпраменьваюць некалькі па-рознаму. Таксама зразумела, што неінфармаваны спажывец схільны самастойна ўявіць жаданыя характарыстыкі і ўласцівасці прадукта, набыць заснаваную на ўласных здагадках упэўненасць, і здзейсніць куплю. А публікацыя спектра канкрэтнай лямпы выкліча абмеркаванні, параўнанні і высновы.
Аўтар аднойчы купіў усталёўку ОУФК-01 з лямпай ДРТ-125 і некалькі гадоў выкарыстаў для выпрабаванняў на ЎХ-устойлівасць пластыкавых вырабаў. Апрамяняў адначасова два вырабы, адно з якіх кантрольнае з устойлівага да ўльтрафіялету пластыка, і глядзеў якое пажоўкне хутчэй. Для такога ўжывання веданне дакладнай формы спектру не абавязкова, важна толькі, каб выпраменьвальнік быў шырокапалосным. Але для чаго ўжываць шырокапалосны ўльтрафіялет, калі патрабуецца дэзінфекцыя?
У прызначэнні ОУФК-01 паказана, што апрамяняльнік прымяняецца пры вострых запаленчых працэсах. Гэта значыць у выпадках, калі станоўчы эфект дэзінфекцыі скуры перавышае магчымую шкоду шырокапалоснага ўльтрафіялету. Відавочна, што і ў такім выпадку лепш выкарыстоўваць вузкапалосны ўльтрафіялет, без даўжынь хваль у дыяпазоне, якія аказваюць іншае дзеянне акрамя бактэрыцыднага.
Дэзінфекцыя паветра
Ультрафіялет прызнаецца недастатковым сродкам для дэзінфекцыі паверхняў, бо прамяні не могуць пракрасціся туды, куды пранікае, напрыклад, спірт. Але ўльтрафіялет эфектыўна дэзінфікуе паветра.
Пры чханні і кашлі ўтвараюцца кропелькі памерам некалькі мікраметраў, якія вісяць у паветры ад некалькіх хвілін да некалькіх гадзін.]. Даследаванні туберкулёзу паказалі, што для заражэння дастаткова адной аэразольнай кроплі.
На вуліцы мы ў адноснай бяспецы з-за велізарных аб'ёмаў і рухомасці паветра, здольнага развеяць і абеззаразіць часам і сонечнай радыяцыяй любой чых. Нават у метро, пакуль доля заражаных людзей малая, агульны аб'ём паветра ў пераліку на аднаго заражанага вялікі, і добрая вентыляцыя робіць рызыку распаўсюджвання інфекцыі малым. Самае небяспечнае месца падчас пандэмій захворванняў, якія перадаюцца паветрана-кропельным шляхам, - гэта ліфт. Таму якія чхаюць павінны сядзець на карантыне, а паветра ў грамадскіх памяшканнях пры недастатковай вентыляцыі мае патрэбу ў абеззаражанні.
Рэцыркулятары
Адзін з варыянтаў абеззаражання паветра - зачыненыя ЎХ-рэцыкулятары. Абмяркуем адзін з такіх рэцыркулятараў - «Дэзар 7», вядомы тым, што заўважаны нават у кабінеце першай асобы дзяржавы.
У апісанні рэцыркулятара сказана, што ён прадзьмухвае 100 м3 у гадзіну і прызначаны для апрацоўкі памяшкання аб'ёмам 100 м3 (прыблізна 5 × 7 × 2,8 метра).
Аднак, здольнасць прадэзінфікаваць 100 м3 паветра ў гадзіну не азначае, што паветра ў пакоі аб'ёмам 100 м3 за гадзіну будзе апрацаваны гэтак жа эфектыўна. Апрацаванае паветра разводзіць бруднае паветра, і ў такім выглядзе зноў і зноў трапляе ў рэцыркулятар. Нескладана пабудаваць матэматычную мадэль і палічыць эфектыўнасць такога працэсу:
Мал. 20 Уплыў працы ЎХ-рэцыркулятара на колькасць мікраарганізмаў у паветры пакоя без вентыляцыі.
Каб знізіць канцэнтрацыю мікраарганізмаў у паветры на 90% рэцыркулятару неабходна працаваць больш за дзве гадзіны. Пры адсутнасці вентыляцыі ў памяшканні гэта магчыма. Але памяшканняў з людзьмі і без вентыляцыі няма. Напрыклад, [] загадвае мінімальны выдатак вонкавага паветра пры вентыляцыі 3 м3 у гадзіну на 1 м2 пляцы кватэры. Што адпавядае поўнай замене паветра раз у гадзіну і робіць бескарыснай працу рэцыркулятара.
Калі разглядаць мадэль не поўнага мяшання, а ламінарных бруй, якія праходзяць па ўсталяванай складанай траекторыі ў пакоі і сыходзяць у вентыляцыю, карысць дэзінфекцыі адной з такіх бруй яшчэ менш, чым у мадэлі поўнага мяшання.
У любым выпадку УХ-рэцыркулятар не карысней адкрытай фортачкі.
Адна з прычын малой эфектыўнасці рэцыркулятараў ў тым, што вельмі малы бактэрыцыдны эфект у пераліку на кожны ват УФ-струменю. Прамень праходзіць каля 10 сантыметраў усярэдзіне ўсталёўкі, а потым адлюстроўваецца ад алюмінія з каэфіцыентам каля k=0,7. Гэта азначае, што эфектыўны прабег прамяня ўнутры ўстаноўкі каля паўметра, пасля чаго ён без карысці паглынаецца.
Мал. 21. Кадр з роліка на Youtube, на якім разбіраюць рэцыкулятар. Бачныя бактэрыцыдныя лямпы і алюмініевая якая адлюстроўвае паверхня, значна горш якая адлюстроўвае ўльтрафіялет, чым бачнае святло.].
Бактэрыцыдная лямпа, якая адчынена вісіць на сцяне ў кабінеце паліклінікі і па раскладзе ўключаецца лекарам, шматкроць эфектыўней. Прамяні ад адкрытай лямпы праходзяць некалькі метраў, дэзінфікуючы спачатку паветра, а затым яшчэ і паверхні.
Апрамяняльнікі паветра ў верхняй частцы памяшкання
У палатах бальніц, у якіх увесь час знаходзяцца ляжачыя хворыя, часам выкарыстоўваюць УХ-усталёўкі, якія апрамяняюць цыркулявалыя струмені паветра пад столлю. Асноўны недахоп такіх усталёвак – рашотка, якая зачыняе лямпы, дазваляе праходзіць толькі прамяням, якія ідуць строга ў адным кірунку, паглынаючы без карысці больш 90% астатняга струменя.
Можна дадаткова прадзьмухваць паветра праз такі апрамяняльнік, каб заадно атрымаўся рэцыркулятар, але так не робіцца, верагодна з-за нежадання атрымаць у палаце пыленазапашвальнік.
Мал. 22 Падстоечны УХ-апрамяняльнік паветра, малюнак з сайта [].
Рашоткі абараняюць людзей у памяшканні ад прамога струменя ўльтрафіялету, але той струмень, што мінуў праз рашотку, пападае на столь і сцены і дыфузна адлюстроўваецца, з каэфіцыентам адлюстравання каля 10%. Памяшканне запаўняецца ўсёнакіраваным ультрафіялетавым выпраменьваннем і людзі атрымліваюць дозу ультрафіялету, прапарцыйную праведзенаму ў памяшканні часу.
Рэцэнзенты і аўтар
Рэцэнзенты:
Арцём Балабанаў, інжынер-электроншчык, распрацоўшчык сістэм УФ-отверждения;
Румэн Васілеў, к.т.н., святлатэхнік, КАД «Інтэрлукс», Балгарыя;
Вадзім Грыгараў, біяфізік;
Станіслаў Лермантаў, інжынер-святлатэхнік, ТАА "Комплексныя Сістэмы";
Аляксей Панкрашкін, к.т.н., дацэнт, паўправадніковая святлатэхніка і фатоніка, ТАА «ІНТЭХ Інжынірынг»;
Андрэй Храмаў, спецыяліст па праектаванні асвятлення медыцынскіх устаноў;
Віталь Цвірко, начальнік святлотэхнічнай выпрабавальнай лабараторыі "ЦСОТ НАН Беларусі"
Аўтар: Антон Шаракшанэ, к.ф.-м.н, святлатэхнік і біяфізік, Першы МДМУ ім. І.М. Сечанава
Спасылкі
Спасылкі
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLET AIR DISINFECTION
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Optical radiation physics and illuminating engineering. Part 10: Photobiologically effective radiation, quantities, symbols and action spectra. Фізіка аптычных выпраменьванняў і святлатэхніка. Фотабіялагічна актыўнае выпраменьванне. Памеры, умоўныя абазначэнні і спектры дзеяння
[ESNA] ESNA Lighting Handbook, 9th Edition. ed. Rea MS Illuminating Engineering Society of North America, Нью-Ёрк, 2000
[IEC 62471] ДАСТ Р МЭК 62471-2013 Лямпы і лямпавыя сістэмы. Святлобіялагічная бяспека
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Coronavirus Ultraviolet Susceptibility, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[СААЗ] Сусветная арганізацыя аховы здароўя. Ультрафіялетавае выпраменьванне: Афіцыйны навуковы агляд па ўздзеянні ЎХ выпраменьвання на навакольнае асяроддзе і стан здароўя са згадваннем аб глабальным знясіленні азонавага пласта.
[Дэзар]
[Р 3.5.1904-04] Р 3.5.1904-04 Выкарыстанне ультрафіялетавага бактэрыцыднага выпраменьвання для абеззаражання паветра ў памяшканнях
[СП 60.13330.2016] СП 60.13330.2016 Ацяпленне, вентыляцыя і кандыцыянаванне паветра.
Крыніца: habr.com