Vlastnosti ultrafialového záření závisí na vlnové délce a ultrafialové záření z různých zdrojů se liší spektrem. Pojďme se podívat na to, jaké jsou zdroje ultrafialového záření a jak je aplikovat, abychom maximalizovali baktericidní účinek a minimalizovali rizika nežádoucích biologických účinků.
Obr. 1. Na fotografii není dezinfekce zářením UVC, jak by se mohlo zdát, ale trénink použití ochranného obleku s identifikací luminescenčních skvrn učebních tělních tekutin pod UVA světlem. UVA je měkké ultrafialové záření a neprojevuje baktericidní účinek. Zavřené oči jsou odůvodněným bezpečnostním opatřením, protože široké spektrum použité luminescenční lampy UVA překrývá UVB, což je nebezpečné pro zrak (zdroj Simon Davis/DFID).
Vlnová délka viditelného světla odpovídá energii kvanta, při které se právě začíná projevovat fotochemická činnost. Kvanta viditelného světla vyvolávají fotochemické reakce ve specifické fotocitlivé tkáni – v sítnici oka.
Ultrafialové záření je neviditelné, má kratší vlnovou délku, vyšší frekvenci a energii kvanta, tvrdší záření a větší rozmanitost fotochemických reakcí a biologických účinků.
Ultrafialové záření se dělí na:
- Dlouhovlnné/měkké/blízké UVA (400…315 nm);
- Středně tvrdé – UVB (315…280 nm);
- Krátkovlnné/dálné/tvrdé – UVC (280…100 nm).
Baktericidní účinek ultrafialového záření
Baktericidní účinek má tvrdé ultrafialové záření – UVC, a v menší míře ultrafialové záření střední tvrdosti – UVB. Z křivky baktericidní účinnosti je patrné, že výrazný baktericidní účinek vykazuje pouze úzké spektrum 230…300 nm, což je přibližně čtvrtina z rozsahu nazývaného ultrafialovým zářením.
Obr. 2 Křivky baktericidní účinnosti z []
Kvanta s vlnovými délkami v tomto rozsahu jsou pohlcována nukleovými kyselinami, což vede k destrukci struktury DNA a RNA. Kromě baktericidního, tedy zabíjejícího bakterie, má tento rozsah také virucidní (proti virům), fungicidní (proti houbám) a sporicidní (zabíjející spory) účinek. Mezi nimi je zabit i RNA obsahující virus SARS-CoV-2, který způsobil pandemii v roce 2020.
Baktericidní účinek slunečního světla
Baktericidní účinek slunečního světla je poměrně malý. Podívejme se na sluneční spektrum nad a pod atmosférou:
Obr. 3. Spektrum slunečního záření nad atmosférou a na úrovni moře. Nejvíce intenzivní část ultrafialového spektra se k povrchu Země nedostane (převzato z Wikipedie).
Je třeba si všimnout žlutě zvýrazněného nadatmosférického spektra. Energetické kvantum levého okraje spektra nadatmosférického slunečního záření s vlnovou délkou méně než 240 nm odpovídá energii chemické vazby 5,1 eV v molekule kyslíku "O2". Molekulární kyslík tyto kvanty absorbuje, chemická vazba se přetrhne, vzniká atomární kyslík "O", který se opět spojuje do molekul kyslíku "O2" a částečně do ozonu "O3".
Nadatmosférické UVC sluneční záření vytváří ve vrchních vrstvách atmosféry ozon, nazývaný ozonová vrstva. Energie chemické vazby v molekule ozonu je nižší než v molekule kyslíku, a proto ozon absorbuje kvanty s menší energií než kyslík. Zatímco kyslík absorbuje pouze UVC, ozonová vrstva absorbuje jak UVC, tak UVB. To znamená, že slunce na samém okraji ultrafialové části spektra generuje ozon, a tento ozon poté absorbuje většinu tvrdého slunečního ultrafialového záření, čímž chrání Zemi.
A teď opatrně, dbající na vlnové délky a měřítko, porovnejme sluneční spektrum se spektrem baktericidního účinku.
Obr. 4 Spektrum baktericidního účinku a spektrum slunečního záření.
Je vidět, že baktericidní účinek slunečního světla je zanedbatelný. Část spektra, schopná vykazovat baktericidní účinek, je téměř zcela absorbována atmosférou. V různých ročních obdobích a na různých zeměpisných šířkách se situace mírně liší, ale kvalitativně zůstává podobná.
Nebezpečí ultrafialového záření
Vedoucí jedné z velkých zemí navrhl: "Pro uzdravení z COVID-19 je třeba dopravit sluneční světlo do organismu." Nicméně, baktericidní UV ničí RNA a DNA, včetně lidských. Pokud by se "sluneční světlo dopravilo do organismu" – člověk by zemřel.
Epidermis, především rohová vrstva odumřelých buněk, chrání živou tkáň před UVC. Pod epidermální vrstvou proniká jen méně než 1 % záření UVC [WHO]. Delší vlny UVB a UVA pronikají do větší hloubky.
Kdyby sluneční ultrafialové záření neexistovalo, možná by lidé neměli epidermis a rohovou vrstvu, a povrch těla by byl slizký jako u slimáků. Ale protože lidé evolučně vyrostli pod sluncem, slizký je pouze povrch chráněný před sluncem. Nejdůležitější je slizký povrch oka, který je podmíněně chráněn před slunečním ultrafialovým zářením víčky, řasami, obočím, mimikou obličeje a zvyklostí se na slunce nedívat.
Když se poprvé naučili nahrazovat čočku umělou, oftalmologové se setkali s problémem popálenin sítnice. Začali se zabývat příčinami a zjistili, že živá lidská čočka je pro ultrafialové záření neprůhledná a chrání sítnici. Poté začali vyrábět i umělé čočky neprůhledné pro ultrafialové záření.
Obraz oka v ultrafialových paprscích ilustruje neprůhlednost čočky pro ultrafialové záření. Není dobré osvětovat vlastní oko ultrafialovým zářením, protože čočka se časem zakaluje, částečně i kvůli nahromaděné dávce ultrafialového záření za léta, a potřebuje výměnu. Proto využijeme zkušenosti odvážných lidí, kteří ignorovali bezpečnost, nasvítili si oči ultrafialovou svítilnou na vlnové délce 365 nm a zveřejnili výsledek na YouTube.
Obr. 5 Záběr z videa YouTube kanálu „Kreosan“.
Svítící ultrafialové svítilny s vlnovou délkou 365 nm (UVA) jsou oblíbené. Kupují je dospělí, ale nevyhnutelně se dostávají do rukou dětí. Děti si svítí těmito svítilnami do očí a pozorně a dlouho se dívají na světelný krystal. Takovým činnostem je vhodné se vyhnout. Pokud k tomu došlo, můžete se uklidnit tím, že katarakta v experimentech na myších je spolehlivě způsobena ozářením čočky UVB, ale katarogenní účinek UVA je nestabilní [].
A přesto přesné spektrum účinku ultrafialového záření na čočku není známo. A pokud vezmeme v úvahu, že katarakta je silně zpožděný efekt, vyžaduje to určité množství rozumu, abychom si předem nesvítili do očí ultrafialovým zářením.
Relativně rychle jsou pod ultrafialovým zářením zanícené sliznice očí, což se nazývá fotokeratitida a fotokonjunktivitida. Sliznice zčervenají a objevuje se pocit „písku v očích“. Efekt ustupuje během několika dnů, ale opakované popáleniny mohou vést k zakalení rohovky.
Délky vln, které vyvolávají tyto účinky, přibližně odpovídají vážené funkci UV nebezpečnosti uvedené ve standardu pro fotobiologickou bezpečnost [IEC 62471] a přibližně se shodují s rozsahem bakteriálního účinku.
Obr. 6 Spektra účinků ultrafialového záření vyvolávajícího fotokonjunktivitidu a fotokeratitidu z [] a vážená funkce aktinické UV nebezpečnosti pro kůži a oči z [].
Prahové dávky pro fotokeratitidu a fotokonjunktivitidu jsou 50-100 J/m2, tato hodnota nepřekračuje dávku používanou při dezinfekci. Dezinfikovat sliznici oka ultrafialovým zářením, aniž by došlo k zánětu, není možné.
Erytém, tedy „sluneční popálení“, je nebezpečný v ultrafialovém rozsahu do 300 nm. Podle některých zdrojů je maximální spektrální účinnost erytému při vlnových délkách kolem 300 nm []. Minimální dávka, která vyvolává jen nepatrný erytém MED (Minimální Erytematická Dávka) pro různé typy kůže se pohybuje od 150 do 2000 J/m2. Pro obyvatele středního pásu lze typickou MED považovat za hodnotu kolem 200…300 J/m2.
UVB v rozsahu 280-320 nm, s maximem kolem 300 nm, způsobuje rakovinu kůže. Neexistuje žádná prahová dávka, čím větší dávka, tím vyšší riziko, a efekt je odložený.
Obr. 7 Křivky účinků ultrafialového záření vyvolávající erytém a rakovinu kůže.
Fotoindukované stárnutí pleti je způsobeno ultrafialovým zářením v celém rozsahu 200…400 nm. Je známa fotografie řidiče kamionu, který byl vystaven slunečnímu ultrafialovému záření zejména z levé strany. Řidič měl zvyk jezdit s otevřeným bočním oknem, ale pravá část obličeje byla chráněna před slunečním ultrafialovým zářením čelním sklem. Rozdíl ve stavu pleti na pravé a levé straně je ohromující:
Obr. 8 Fotografie řidiče, který 28 let jezdil s otevřeným oknem řidiče [].
Pokud hrubě odhadneme, že věk pleti na různých stranách obličeje této osoby se liší o dvacet let a je to důsledek toho, že přibližně těchto dvacet let byla jedna strana obličeje vystavena slunci a druhá ne, můžeme učinit opatrný závěr, že den na otevřeném slunci stárne pleť o jeden den.
Z referenčních údajů [] je známo, že ve středních zeměpisných šířkách v létě pod přímým sluncem se minimální erytematická dávka 200 J/m2 získává rychleji než za hodinu. Porovnáním těchto čísel s uvedeným závěrem lze učinit další závěr – stárnutí pleti při periodické a krátkodobé práci s ultrafialovými lampami neznamená výrazné nebezpečí.
Kolik UV záření je potřeba pro dezinfekci
Počet přežitých mikroorganismů na površích a ve vzduchu při zvyšování dávky UV záření klesá exponenciálně. Například dávka, která zabíjí 90 % Mycobacterium tuberculosis – 10 J/m2. Dvě takové dávky zabijí 99 %, tři dávky zabijí 99,9 % atd.
Obr. 9 Závislost podílu přežitých mykobakterií tuberkulózy na dávce ultrafialového záření o vlnové délce 254 nm.
Exponenciální závislost je zajímavá tím, že i malá dávka zabíjí velkou část mikroorganismů.
Mezi uvedenými v [] patogenními mikroorganismy je nejodolnější vůči UV záření salmonela. Dávka, která zabíjí 90 % jejích bakterií – 80 J/m2. Podle přehledu [Kowalski2020] je průměrná hodnota dávky, která zabíjí 90 % koronavirů – 67 J/m2. Ale pro většinu mikroorganismů tato dávka nepřesahuje 50 J/m2. Pro praktické účely si lze zapamatovat, že standardní dávka, která dezinfikuje s účinností 90 %, je 50 J/m2.
Podle aktuální metodiky schválené Ministerstvem zdravotnictví Ruska pro použití ultrafialového záření k dezinfekci vzduchu [] maximální účinnost dezinfekce "tři devítky" nebo 99,9 % vyžaduje pro operační sály, porodnice atd. Pro školní třídy, prostory veřejných budov atd. stačí "jedna devítka", tedy 90 % zničených mikroorganismů. To znamená, že v závislosti na kategorii místnosti je dostatečné od jedné do tří standardních dávek 50…150 J/m2.
Příklad hodnocení potřebného času ozáření: předpokládejme, že je potřeba dezinfikovat vzduch a povrchy v místnosti o velikosti 5 × 7 × 2,8 metru, k čemuž se používá jedna otevřená lampa Philips TUV 30W.
V technickém popisu lampy je uveden baktericidní výkon 12 W []. V ideálním případě by celý výkon směřoval přímo na dezinfikované povrchy, ale v reálné situaci polovina výkonu zanikne zbytečně, například bude nadměrně intenzivně osvětlená stěna za svítidlem. Proto budeme počítat s užitečným výkonem 6 W. Celková ozářená plocha povrchů v místnosti – podlaha 35 m² + strop 35 m² + stěny 67 m², celkem 137 m².
Průměrně na povrch dopadá tok baktericidního záření 6 W/137 m² = 0,044 W/m². Za hodinu, tedy za 3600 sekund, na tyto povrchy přijde dávka 0,044 W/m² × 3600 s = 158 J/m², tedy přibližně 150 J/m². Což odpovídá třem standardním dávkám 50 J/m² nebo "třem devítkám" – 99,9% baktericidní účinnosti, tj. požadavkům na operační. A protože vypočítaná dávka, než dopadne na povrchy, prošla objemem místnosti, s neméně efektivní dezinfikací se také vzduch.
Pokud jsou požadavky na sterilitu malé a stačí "jedna devítka", pro uvedený příklad je potřeba třikrát méně času ozáření – přibližně 20 minut.
Ochrana před ultrafialovým zářením
Hlavním opatřením ochrany během dezinfekce ultrafialovým zářením je opustit místnost. Být poblíž pracující UV lampy, ale odvracet pohled, nepomůže, sliznice očí jsou stejně ozářeny.
Částečnou ochranou sliznic očí mohou být skleněné brýle. Kategorické tvrzení "sklo nepropouští ultrafialové záření" je nesprávné, určitou mírou propouští, přičemž různé značky skla propouštějí různě. Ale obecně s klesající délkou vlny koeficient propustnosti klesá, a UVC efektivně propouští pouze křemenné sklo. Skleněné brýle nejsou v žádném případě křemenné.
S jistotou lze říci, že ultrafialové záření nepropouští čočky brýlí s označením UV400.
Obr. 10 Spektrum propustnosti brýlových skel s indexy UV380, UV400 a UV420. Obrázek z webu []
Dalším ochranným opatřením je použití zdrojů baktericidního rozsahu UVC, které nevydávají potenciálně nebezpečné, ale neúčinné UVB a UVA záření pro dezinfekci.
Zdroj ultrafialového záření
UV diody
Nejčastěji se používají ultrafialové diody 365 nm (UVA) určené pro „policejní svítilny“, které vyvolávají luminescenci pro detekci neviditelných znečištění bez ultrafialového záření. Dezinfekce těmito diodami je nemožná (viz obr. 11).
Pro dezinfekci lze použít krátkovlnné UVC diody s vlnovou délkou 265 nm. Cena modulu na diodách, který by nahradil rtuťovou baktericidní lampu, přesahuje cenu lampy o tři řády, proto se taková řešení pro dezinfekci velkých ploch v praxi nepoužívají. Objevují se však kompaktní zařízení na UV diodách pro dezinfekci malých ploch – nástrojů, telefonů, míst poranění kůže atd.
Rtuťové lampy nízkého tlaku
Rtuťová lampa nízkého tlaku je standard, se kterým se srovnávají všechny ostatní zdroje.
Hlavní část energie vyzařování párů rtuti při nízkém tlaku v elektrickém výboji připadá na vlnovou délku 254 nm, která je ideální pro dezinfekci. Malá část energie je vyzařována na vlnové délce 185 nm, která intenzivně generuje ozon. A jen malé množství energie je vyzařováno na jiných vlnových délkách, včetně viditelného rozsahu.
V běžných rtuťových fluorescenčních lampách bílého světla sklo baňky nepropouští ultrafialové záření vyzařované páry rtuti. Ale fluorescenční prášek, bílý prášek na stěnách baňky, pod vlivem ultrafialového záření svítí v viditelném rozsahu.
Lampy UVB nebo UVA jsou konstruovány podobně, skleněná baňka nepropouští vrcholy 185 nm a vrchol 254 nm, ale fluorescenční prášek pod vlivem krátkovlnného ultrafialového záření vyzařuje neviditelné světlo a dlouhovlnné ultrafialové záření. Jsou to lampy technického určení. A protože spektrum lamp UVA je podobné slunečnímu, tyto lampy se používají také pro opalování. Srovnání spektra s křivkou baktericidní účinnosti ukazuje, že použití lamp UVB a zvláště UVA pro dezinfekci není smysluplné.
Obrázek 11 Porovnání křivky baktericidní účinnosti, spektra lampy UVB, spektra lampy UVA „na opalování“ a spektra diody 365 nm. Spektra lamp jsou převzata z webu americké asociace výrobců barev [].
Je třeba poznamenat, že spektrum fluorescenční lampy UVA je široké a zahrnuje UVB oblast. Spektrum diody 365 nm je mnohem užší, to je „čisté UVA“. Pokud je potřeba UVA ke vyvolání luminescence pro dekorativní účely nebo pro detekci znečištění, použití diody je bezpečnější než použití ultra-violetní fluorescenční lampy.
Rtuťová baktericidní lampa nízkého tlaku UVC se od fluorescenčních liší tím, že na stěnách baňky není luminofor a baňka propouští ultrafialové záření. Hlavní linie 254 nm je vždy propouštěna, zatímco ozonovou linii 185 nm může baňka ze skla s selektivním propouštěním buď ponechat ve spektru lampy, nebo ji odstranit.
Obrázek 12 Rozsah vyzařování je uveden na označení ultrafialových lamp. Baktericidní lampa UVC se pozná podle absence luminoforu na baňce.
Ozon má dodatečný baktericidní účinek, ale je karcinogenní, proto aby se nečekalo na vyvětrání ozonu po dezinfekci, používají se lampy bez ozonu bez linie 185 nm ve spektru. Tyto lampy mají téměř ideální spektrum — hlavní linie s vysokou baktericidní účinností 254 nm, velmi slabé vyzařování v nebaktericidních oblastech ultrafialového záření a malé „signální“ vyzařování v viditelném rozsahu.
Obrázek 13. Spektrum rtuťové lampy nízkého tlaku UVC (poskytl časopis lumen2b.ru) je spojeno se spektrem slunečního záření (z Wikipedie) a křivkou účinnosti baktericidního účinku (z ESNA Lighting Handbook []).
Modré svícení baktericidních lamp umožňuje vidět, že rtuťová lampa je zapnutá a funguje. Světlo je slabé, což vytváří mylný dojem, že se na lampu dá dívat bezpečně. Nevnímáme, že vyzařování v UVC oblasti tvoří 35…40% celkového výkonu, který lampa spotřebovává.
Obrázek 14 Malý podíl energie vyzařování par rtuťi připadá na viditelný rozsah a je vidět jako slabé modré svícení.
Baktericidní rtuťová lampa s nízkým tlakem má stejný sokl jako běžná fluorescenční lampa, ale je vyrobena v jiné délce, aby se baktericidní lampa nemohla vkládat do běžných svítidel. Svítidlo pro baktericidní lampu se kromě rozměrů odlišuje tím, že všechny plastové části jsou odolné vůči ultrafialovému záření, vodiče jsou kryté před ultrafialovým zářením a není zde difuzor.
Pro domácí baktericidní potřeby autor používá baktericidní lampu 15 W, která byla dříve používána k dezinfekci výživového roztoku v hydroponické instalaci. Její analog můžete nalézt pod názvem „aquarium uv sterilisator“. Při provozu lampy se uvolňuje ozón, což není ideální, ale pro dezinfekci, například obuvi, je to užitečné.
Obr. 15 Rtuťové lampy s nízkým tlakem se soklem různých typů. Obrázky ze stránky Aliexpress.
Rtuťové lampy středního a vysokého tlaku
Zvyšování tlaku par rtuti vede k složitějšímu spektru, spektrum se rozšiřuje a objevuje se v něm více čar, včetně těch, které generují ozón. Přidání přísad do rtuti ještě více komplikuje spektrum. Existuje mnoho variant těchto lamp a spektrum každé z nich je jedinečné.
Obr. 16 Příklady spekter rtuťových lamp středního a vysokého tlaku
Zvyšování tlaku snižuje účinnost lampy. Na příkladu značky Aquafineuv lampy středního tlaku v oblasti UVC vyzařují již 15-18% z spotřebované energie, spíše než 40% jako lampy s nízkým tlakem. A náklady na zařízení na jeden watt UVC toku jsou vyšší [].
Snížení účinnosti a zvýšení nákladů na lampu je kompenzováno kompaktností. Například dezinfekce průtokové vody nebo sušení lakovaného materiálu nanášeného vysokou rychlostí v polygrafii vyžaduje kompaktní a silné zdroje, specifická cena a účinnost nejsou důležité. Ale použití takové lampy pro dezinfekci není správné.
UV zářič z hořáku DRL a lampy DRT
Existuje "lidový" způsob, jak relativně levně získat výkonný zdroj ultrafialového záření. Vycházejí z používání, ale stále se prodávají lampy DRL bílého světla 125…1000 W. V těchto lampách, uvnitř vnější skleněné baňky, je umístěna "hořák" — rtuťová lampa vysokého tlaku. Ta vyzařuje širokopásmové ultrafialové záření, které je zadržováno vnější skleněnou baňkou, ale způsobuje, že luminofor na jejích stěnách vyzařuje světlo. Pokud se rozbije vnější baňka a hořák se připojí k síti přes standardní tlumivku, vznikne silný zdroj širokopásmového ultrafialového záření.
Tento amatérsky vyrobený zdroj má nevýhody: nízkou účinnost ve srovnání s lampami nízkého tlaku, vysoký podíl ultrafialového záření mimo baktericidní rozsah a v místnosti se nesmí nacházet po určitou dobu po vypnutí lampy, dokud se nerozpadne nebo nevyvětrá ozón.
Ale nesporné jsou i výhody: nízká cena a vysoký výkon při kompaktních rozměrech. K výhodám patří také generace ozónu. Ozón dezinfikuje zastíněné plochy, na které nedopadnou paprsky ultrafialového záření.
Obr. 17 Ultrafialový zářič vyrobený z lamp DRL. Fotografie je publikována se svolením autora, bulharského zubaře, který používá tento zářič jako doplněk ke standardní baktericidní lampě Philips TUV 30W.
Podobné zdroje ultrafialového záření pro dezinfekci ve formě rtuťových lamp vysokého tlaku se používají v zářičích typu OUFK-01 "Sluníčko".
Například pro populární lampu "DRT 125-1" výrobce nezveřejňuje spektrum, ale v dokumentaci uvádí parametry: intenzita záření ve vzdálenosti 1 m od lampy UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, baktericidní tok 8 W, a po použití je nutná ventilace místnosti od ozónu []. Na přímou otázku o rozdílu mezi lampou DRT a hořákem DRL odpověděl výrobce ve svém blogu, že DRT má izolační zelenou vrstvu na katodách.
Obr. 18 Zdroj širokopásmového ultrafialového záření — lampa DRT-125
Podle uvedených vlastností je patrné, že spektrum je širokopásmové s téměř stejným podílem záření v měkkém, středním a tvrdém ultrafialovém záření, včetně generujícího ozon tvrdého UVC. Baktericidní výkon představuje 6,4 % z consumed power, což znamená, že účinnost je šestkrát nižší než u trubkové lampy nízkého tlaku.
Výrobce nezveřejňuje spektrum této lampy, a na internetu koluje stejný obrázek se spektrem nějaké DRT. Původní zdroj není znám, ale poměr energie v UVC, UVB a UVA pásmech neodpovídá tomu, co je uváděno pro lampu DRT-125. Pro DRT je uvedeno přibližně stejné rozložení, a podle spektra je patrné, že energie UVB je několikanásobně vyšší než energie UBC. A v UVA je několikanásobně vyšší než v UVB.
Obr. 19. Spektrum obloukové rtuťové lampy vysokého tlaku, nejčastěji ilustrující spektrum široce používané pro lékařské účely DRT-125.
Je jasné, že lampy s různým tlakem a přísadami do rtuti vyzařují mírně odlišně. Také je zřejmé, že neinformovaný spotřebitel má tendenci si sám představit požadované vlastnosti a charakteristiky produktu, získat na základě vlastních předpokladů konečné přesvědčení a uskutečnit nákup. Publikace spektra konkrétní lampy vyvolá diskuze, srovnání a závěry.
Autor jednou zakoupil zařízení OUFK-01 s lampou DRT-125 a několik let ho používal k testování UV odolnosti plastových výrobků. Osvětloval současně dva výrobky, z nichž jeden byl kontrolní z UV odolného plastu, a sledoval, který zežloutne rychleji. Pro takové použití není znalost přesného tvaru spektra nezbytná, důležité je pouze to, aby byl vyzařovač širokopásmový. Ale k čemu je širokopásmový ultrafialový záření, pokud je vyžadována dezinfekce?
V určení OUFK-01 je uvedeno, že vyzařovač se používá při akutních zánětlivých procesech. Tedy v případech, kdy pozitivní účinek dezinfekce pleti převyšuje možná poškození způsobená širokopásmovým ultrafialovým zářením. Je zřejmé, že i v takovém případě je lepší používat úzkopásmové ultrafialové záření, bez vlnových délek ve spektru, které mají jiný účinek než baktericidní.
Dezinfekce vzduchu
Ultrafialové záření je považováno za nedostatečný prostředek pro dezinfekci povrchů, protože paprsky nedosáhnou tam, kam naopak dosáhne například alkohol. Ale ultrafialové záření účinně dezinfikuje vzduch.
Při kýchání a kašlání se vytvářejí kapky o velikosti několika mikrometrů, které visí v ovzduší několik minut až několik hodin []. Studie tuberkulózy ukázaly, že k nákaze stačí jedna aerosolová kapka.
Venku jsme relativně v bezpečí díky obrovským objemům a pohyblivosti vzduchu, který dokáže rozptýlit a dezinfikovat jakékoli kýchání časem a slunečním zářením. I v metru, dokud je podíl infikovaných lidí malý, je celkový objem vzduchu na jednoho infikovaného velký a dobré větrání činí riziko šíření infekce nízkým. Nejnebezpečnějším místem během pandemií nemocí přenášených vzdušnými kapénkami je výtah. Proto by kýchající lidé měli být v karanténě a vzduch ve veřejných prostorách s nedostatečným větráním vyžaduje dezinfekci.
Recirkulátory
Jednou z možností dezinfekce vzduchu jsou uzavřené UV recirkulátory. Pojďme probrat jeden z těchto recirkulátorů – „Dezar 7“, který je známý tím, že byl spatřen dokonce i v kanceláři prvního státního úředníka.
V popisu recirkulátoru je uvedeno, že provzdušňuje 100 m3 za hodinu a je určen pro zpracování prostoru o objemu 100 m3 (přibližně 5 × 7 × 2,8 metru).
Avšak schopnost dezinfikovat 100 m3 vzduchu za hodinu neznamená, že vzduch v místnosti o objemu 100 m3 bude za hodinu zpracován stejně efektivně. Zpracovaný vzduch ředí znečištěný vzduch a v tomto stavu se znovu a znovu dostává do recirkulátoru. Není těžké vytvořit matematický model a spočítat účinnost takového procesu:
Obr. 20 Vliv činnosti UV recirkulátoru na počet mikroorganismů ve vzduchu místnosti bez větrání.
Aby se snížila koncentrace mikroorganismů ve vzduchu o 90%, musí recirkulátor pracovat více než dvě hodiny. Při nedostatku větrání v místnosti je to možné. Ale místnosti s lidmi a bez větrání normálně neexistují. Například [] stanovuje minimální spotřebu venkovního vzduchu při větrání 3 m3 za hodinu na 1 m2 plochy bytu. Co odpovídá plné výměně vzduchu jednou za hodinu a činí práci recirkulátoru zbytečnou.
Pokud uvažujeme o modelu neúplného míchání, ale laminar-prolivající proudech, které procházejí ustálenou složitou trajektorií v místnosti a odcházejí do ventilace, přínos dezinfekce jedné z těchto proudů je ještě menší než v modelu úplného míchání.
V každém případě UV recirkulátor není účinnější než otevřené okno.
Jedním z důvodů nízké účinnosti recirkulátorů je velmi malý bakteriální efekt na každý watt UV toku. Paprsek prochází přibližně 10 centimetrů uvnitř zařízení a poté se odráží od hliníku s koeficientem kolem k=0,7. To znamená, že efektivní dráha paprsku uvnitř zařízení je asi půl metru, po čemž je bez užitku absorbován.
Obr. 21. Záběr z videa na YouTube, ve kterém rozebírají recirkulátor. Jsou viditelné baktericidní lampy a hliníkový odražený povrch, který odráží ultrafialové světlo výrazně hůře než viditelné světlo [].
Baktericidní lampa, která otevřeně visí na stěně v ordinaci a je lékařem zapínána podle rozvrhu, je mnohonásobně účinnější. Paprsky z otevřené lampy procházejí několik metrů, dezinfikují nejprve vzduch a poté i povrchy.
Ozařovače vzduchu v horní části místnosti
V pokojích nemocnic, kde jsou trvale ležící pacienti, se někdy používají UV zařízení, která ozáří cirkulující proudy vzduchu pod stropem. Hlavní nevýhodou těchto zařízení je mřížka zakrývající lampy, která umožňuje procházet pouze paprskům, které jdou přesně jedním směrem, a bez užitku absorbují více než 90% ostatního toku.
Lze dodatečně proud vzduchu protlačit přes takový ozařovač, aby vznikl i recirkulátor, ale tak se to nedělá, pravděpodobně kvůli neochotě mít v pokoji sběrač prachu.
Obr. 22 Podstropní UV ozařovač vzduchu, obrázek ze stránky [].
Mřížky chrání lidi uvnitř před přímým UV zářením, avšak tok, který prošel mřížkou, dopadá na strop a stěny a difuzně se odráží s koeficientem odrazu přibližně 10 %. Místnost se naplní UV zářením ve všech směrech a lidé dostávají dávku UV záření úměrnou času strávenému uvnitř.
Recenzenti a autor
Recenzenti:
Artyom Balabanov, elektroinženýr, vývojář systémů UV vytvrzování;
Rumen Vasilev, Ph.D., osvětlovací technik, OOD "Interlux", Bulharsko;
Vadim Grigorov, biofyzič;
Stanislav Lermontov, inženýr osvětlovací techniky, ООО "Komplexní Systémy";
Alexey Pankrashkin, Ph.D., docent, polovodičová osvětlovací technika a fotonika, ООО "INTEH Engineering";
Andrey Khamov, specialista na navrhování osvětlení ve zdravotnických zařízeních;
Vitaly Tsvyrko, vedoucí osvětlovací zkušební laboratoře "CSOT NAN Běloruska"
Autor: Anton Sharakshané, K.F.-M.N., osvětlovací technik a biofyzič, První MGU im. I.M. Sečenov
Odkazy
Odkazy
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAFIALOVÁ DEZINFEKCE VZDUCHU
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fyzika optického záření a osvětlovací technika. Část 10: Fotobiologicky účinné záření, veličiny, symboly a akční spektra. Fyzika optických záření a osvětlovací technika. Fotobiologicky aktivní záření. Velikosti, standardní označení a spektra účinku.
[ESNA] ESNA Lighting Handbook, 9. vydání. red. Rea M.S. Osvětová technická společnost Severní Ameriky, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampy a lampové systémy. Světelnobiologická bezpečnost
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Koronavirus Ultravioletní náchylnost, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[WHO] Světová zdravotnická organizace. Ultrafialové záření: Oficiální vědecký přehled o vlivu UV záření na životní prostředí a zdraví s odkazem na globální ztenčování ozonové vrstvy.
[Dezar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Použití ultrafialového baktericidního záření k dezinfekci vzduchu v místnostech.
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Vytápění, ventilace a klimatizace.
Zdroj: habr.com
