Egenskaberne ved ultraviolet lys afhænger af bølgelængden, og ultraviolet lys fra forskellige kilder adskiller sig i spektrum. Lad os diskutere, hvilke kilder til ultraviolet lys der findes, og hvordan man anvender dem for at maksimere den bakteriedræbende virkning samtidig med at minimere risikoen for uønskede biologiske effekter.
Fig. 1. På fotografiet ses ikke desinfektion med UVC-stråling, som man kunne tro, men træning i brugen af beskyttelsesdragt med identifikation af fluorescerende pletter fra undervisningsvæsker under UVA-stråler. UVA er blødt ultraviolet lys og har ingen bakteriedræbende effekt. Lukkede øjne er en berettiget sikkerhedsforanstaltning, da det brede spektrum af den anvendte fluorescerende UVA-lampe krydser med UVB, som er skadelig for synet (kilde: Simon Davis/DFID).
Bølgelængden af synligt lys svarer til energien af en kvante, hvor fotokemiske reaktioner netop bliver mulige. Kvantene af synligt lys exciterer fotokemiske reaktioner i specifikt lysfølsomt væv – i øjets nethinde.
Ultraviolet lys er usynligt, dets bølgelængde er kortere, frekvensen og energien af kvantene er højere, strålingen er mere intens, og mangfoldigheden af fotokemiske reaktioner og biologiske effekter er større.
Ultraviolet lys opdeles i:
- Langbølget/mild/nær UVA (400…315 nm);
- Mellemhård – UVB (315…280 nm);
- Kortbølget/langt/farligt – UVC (280…100 nm).
Den bakteriedræbende virkning af ultraviolet lys
Den bakteriedræbende virkning udøves af hårdt ultraviolet lys – UVC, og i mindre grad af ultraviolet lys af mellemhård styrke – UVB. I kurven for den bakteriedræbende effektivitet er det tydeligt, at den bakteriedræbende effekt kun udøves over et smalt område på 230…300 nm, hvilket svarer til cirka en fjerdedel af det område, der kaldes ultraviolet lys.
Fig. 2 Kurver for bakteriedræbende effektivitet fra []
Kvantene med bølgelængder inden for dette interval absorberes af nukleinsyrer, hvilket fører til nedbrydning af strukturen af DNA og RNA. Udover den bakteriedræbende effekt, som dræber bakterier, har dette interval også en virucid (mod virus), fungicid (mod svampe) og sporocid (dræber sporer) effekt. Blandt andet dræber det den RNA-bærende virus SARS-CoV-2, som forårsagede pandemien i 2020.
Den bakteriedræbende virkning af sollys
Den baktericidale virkning af sollys er forholdsvis begrænset. Lad os se på det sollige spektrum over atmosfæren og under atmosfæren:
Fig. 3. Spektrum af soludstråling over atmosfæren og på havniveau. Den mest aggressive del af ultravioletområdet når ikke jordens overflade (lånt fra Wikipedia).
Det er værd at bemærke det over-atmosfæriske spektrum, som er fremhævet i gult. Energi kvanten ved den venstre kant af spektret for solens stråler over atmosfæren med en bølgelængde på mindre end 240 nm svarer til energien for den kemiske binding 5.1 eV i iltmolekylet "O2". Molekylært oxygen absorberer disse kvanta, den kemiske binding brydes, atomært oxygen "O" dannes og binder sig igen til iltmolekylerne "O2" og delvist til ozon "O3".
Solens over-atmosfæriske UVC skaber ozon i lagene af atmosfæren, kaldet ozonlaget. Energi for den kemiske binding i ozonmolekylet er lavere end i iltmolekylet, og derfor absorberer ozon kvanta med mindre energi end ilt. Hvis ilt kun absorberer UVC, så absorberer ozonlaget både UVC og UVB. Det viser sig, at solen i den yderste del af det ultraviolette spektrum genererer ozon, og dette ozon absorberer derefter størstedelen af den hårde solens ultraviolet, der beskytter Jorden.
Og nu skal vi forsigtigt, med opmærksomhed på bølgelængder og skala, sammenligne det solrige spektrum med spektret for baktericid virkning.
Fig. 4. Spektret for baktericid virkning og spektrummet for soludstråling.
Det ses, at den baktericidale virkning af sollys er beskeden. Den del af spektret, der kan have en baktericid virkning, er næsten helt absorberet af atmosfæren. Situationer varierer en smule afhængigt af årets tid og geografiske breddegrader, men er kvalitativt ens.
Faren ved ultraviolet lys
Lederen af et af de store lande foreslog: "For at helbrede COVID-19 skal vi bringe sollys ind i kroppen". Men baktericid UV ødelægger RNA og DNA, inklusive menneskeligt DNA. Hvis man "bringer sollys ind i kroppen" – vil personen dø.
Epidermis, primært det hornede lag af døde celler, beskytter det levende væv mod UVC. Under epidermislaget trænger kun mindre end 1% af UVC-strålingen igennem [WHO]. Længere bølger som UVB og UVA trænger dybere ind.
Hvis der ikke havde været solens ultravioletlys, ville menneskene måske ikke have haft epidermis og hornlag, og kroppens overflade ville have været slimagtig, som hos snegle. Men eftersom mennesker har udviklet sig under solen, er det kun de beskyttede overflader, der er slimede. Den mest sårbare slimede overflade er øjets slimhinde, delvist beskyttet mod solens ultravioletlys af øjenlåg, øjenvipper, øjenbryn, ansigtsmuskler og vanen med ikke at kigge direkte ind i solen.
Da man først lærte at erstatte linsen med en kunstig, stødte øjenlægerne på problemet med forbrændinger af nethinden. De begyndte at undersøge årsagerne og fandt ud af, at den levende menneskelige linse er uigennemsigtig for ultravioletlys og beskytter nethinden. Derefter begyndte man at gøre de kunstige linser uigennemsigtige for ultravioletlys.
Billedet af øjet i ultravioletlys illustrerer linsens uigennemsigtighed for ultravioletlys. Det er ikke en god idé at udsætte sit eget øje for ultravioletlys, da linsen med tiden bliver uklar, herunder på grund af den dosis ultravioletlys, man har fået gennem årene, og derfor skal den måske erstattes. Så lad os tage erfaringen fra de modige mennesker, der tog chancer med sikkerheden, og belyste deres øjne med en ultraviolet lommelygte på en bølgelængde på 365 nm og delte resultatet på YouTube.
Fig. 5 Stills fra videoen på YouTube-kanalen "Kreosan".
Luminiscensfremkaldende ultraviolet lommelygter med en bølgelængde på 365 nm (UVA) er populære. De købes af voksne, men havner uundgåeligt i hænderne på børn. Børn lyser sig selv i øjnene med disse lommelygter, og kigger opmærksomt og længe på den lysende krystal. Dette bør man helst forhindre. Hvis det er sket, kan man berolige sig selv med, at katarakt i forskning på mus konsekvent fremkaldes ved bestråling af linsen med UVB, men den katarogenetiske effekt af UVA er ustabil [].
Og alligevel er det nøjagtige spektrum af ultravioletlysets indvirkning på linsen ukendt. Og når man tager i betragtning, at katarakt er en stærkt forsinket effekt, kræver det en vis forstand ikke at udsætte sig selv for ultravioletlys i øjnene på forhånd.
Slimhinderne i øjnene bliver relativt hurtigt betændte under ultraviolet lys, dette kaldes fotokeratitis og fotokonjunktivitis. Slimhinderne bliver røde, og der opstår en følelse af "sand i øjnene". Effekten forsvinder efter et par dage, men gentagne forbrændinger kan føre til udvikling af grå stær.
Bølgelængderne, der forårsager disse effekter, svarer omtrent til den vægtede funktion for UV-fare angivet i standarden for fotobiologisk sikkerhed [IEC 62471] og falder omtrent sammen med området for baktericid virketræ.
Fig. 6 Spektra for ultraviolet lys, der forårsager fotokonjunktivitis og fotokeratitis fra [] og den vægtede funktion for aktinisk UV-fare for hud og øjne fra [].
Tærskeldoserne for fotokeratitis og fotokonjunktivitis er 50-100 J/m², denne værdi overstiger ikke de doser, der anvendes ved desinfektion. Det er ikke muligt at desinficere slimhinden i øjet med ultraviolet lys uden at forårsage betændelse.
Erytem, det vil sige "solskoldning", er farligt for ultraviolet lys i området op til 300 nm. Ifølge nogle kilder er den maksimale spektrale effektivitet for erytemer ved bølgelængder omkring 300 nm []. Minimumsdosis, der forårsager knap mærkbar erytem MED (Minimum Erytem Dosis) for forskellige hudtyper ligger mellem 150 og 2000 J/m². For indbyggere i det midterste bælte kan en typisk MED anses for at være omkring 200…300 J/m².
UVB i området 280-320 nm, med maksimum omkring 300 nm, forårsager hudkræft. Der er ikke nogen tærskeldosis, jo højere dosis – jo større risiko, og effekten er forsinket.
Fig. 7 Kurver for ultraviolet lys, der forårsager erytem og hudkræft.
Fotoinduceret hudældning forårsages af ultraviolet lys i hele området 200…400 nm. En kendt fotografi af en lastbilchauffør, der var udsat for solens ultraviolet lys hovedsageligt fra venstre side under kørslen. Chaufføren havde den vane at køre med vinduet nede, men højre side af hans ansigt var beskyttet mod solens ultraviolet lys af forruden. Forskellen i hudens aldringstilstand på højre og venstre side er imponerende:
Fig. 8 Fotografi af chaufføren, der i 28 år har kørt med vinduet nede [].
Hvis man groft vurderer, at alderen på huden på hver side af dette menneskes ansigt adskiller sig med tyve år, og at dette er resultatet af, at den ene side har været udsat for solen i omtrent disse tyve år, mens den anden ikke har, kan man forsigtigt konkludere, at en dag i åbent sollys ældes huden med en dag.
Fra referencemateriale [] er det kendt, at den minimale erytemdosis under direkte sollys i de mellemliggende breddegrader om sommeren er 200 J/m2 og opnås hurtigere end på en time. Sammenlignet med disse tal kan man lave endnu en konklusion – hudens ældning ved sporadisk og kortvarigt arbejde med ultraviolet lamper udgør ikke en betydelig fare.
Hvor meget ultraviolet lys er nødvendigt for desinfektion?
Antallet af overlevende mikroorganismer på overflader og i luften falder eksponentielt ved en stigning i dosis af ultraviolet lys. For eksempel er dosis, der dræber 90% af tuberkulosebakterierne – 10 J/m2. To sådanne doser dræber 99%, tre doser dræber 99,9% osv.
Fig. 9 Afhængighed af andelen af overlevende tuberkulosebakterier fra dosis af ultraviolet stråling ved en bølgelængde på 254 nm.
Den eksponentielle afhængighed er bemærkelsesværdig, fordi selv en lille dosis dræber størstedelen af mikroorganismerne.
Blandt de nævnte i [] patogene mikroorganismer er salmonella den mest resistente over for ultraviolet lys. Dosis, der dræber 90% af dens bakterier – 80 J/m2. Ifølge anmeldelsen [Kowalski2020] er det gennemsnitlige dosis, der dræber 90% af coronavirus, 67 J/m2. Men for langt størstedelen af mikroorganismerne overstiger denne dosis ikke 50 J/m2. Til praktiske formål kan man huske, at den standarddosis, der desinficerer med en effektivitet på 90%, er 50 J/m2.
I henhold til den gældende godkendte metode fra Ruslands sundhedsministerium til brug af ultraviolet lys til desinfektion af luft [] kræves den maksimale desinfektionseffektivitet på 'tre ni' eller 99,9% for operationssale, fødeafdelinger osv. For skoleklasseværelser, offentlige bygninger osv. er 'en ni' tilstrækkelig, det vil sige 90% af de dræbte mikroorganismer. Det betyder, at afhængigt af rumkategorien er det tilstrækkeligt med en til tre standarddoser på 50…150 J/m2.
Eksempel på beregning af nødvendige bestrålingstid: Antag, at det er nødvendigt at desinficere luften og overfladerne i et rum med dimensionerne 5 × 7 × 2,8 meter, hvori der bruges en åben Philips TUV 30W lampe.
I den tekniske beskrivelse af lampen er den baktericidale stråleflom angivet til 12 W []. I det ideelle tilfælde går hele flomen strengt mod de desinficerede overflader, men i en reel situation vil halvdelen af flomen gå tabt uden nytte, for eksempel vil den for meget intensivt oplyse væggen bag lampen. Derfor vil vi regne med en nyttig stråleflom på 6 W. Den samlede bestrålte overflade i rummet – gulv 35 m2 + loft 35 m2 + vægge 67 m2, i alt 137 m2.
I gennemsnit falder der en baktericidal stråleflom på overfladerne på 6 W/137m2 = 0,044 W/m2. Over en time, det vil sige over 3600 sekunder, vil dosis på disse overflader være 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, eller rundt regnet 150 J/m2. Dette svarer til tre standarddoser på 50 J/m2 eller 'tre niere' – 99,9 % baktericid effektivitet, dvs. kravene til operationssale. Og da den beregnede dosis, før den landede på overfladerne, gik gennem rummets volumen, blev luften desinficeret med ikke mindre effektivitet.
Hvis kravene til sterilitet er beskedne og det er tilstrækkeligt med 'én nier', kræves der i det betragtede eksempel tre gange kortere bestrålingstid – rundt regnet 20 minutter.
Beskyttelse mod ultraviolet stråling
Den primære beskyttelsesforanstaltning under desinfektion med ultraviolet lys er at forlade rummet. At være i nærheden af en arbejdende UV-lampe, men at kigge væk hjælper ikke; slimhinderne i øjnene bliver stadig bestrålet.
En delvis beskyttelse for slimhinderne i øjnene kan være briller med glas. Det kategoriske udsagn 'glas blokerer ikke ultraviolet' er forkert; det tillader det delvist, og forskellige typer glas tillader det i varierende grad. Men generelt falder transmissionskoefficienten med en reduktion i bølgelængden, og UVC tillades effektivt kun af kvartsglas. Brilleglas er under alle omstændigheder ikke kvartsglas.
Det kan med sikkerhed siges, at linserne til briller med UV400 mærkning ikke tillader ultraviolet lys.
Fig. 10 Transmissionsspektret for brillestel med UV380, UV400 og UV420 indekser. Billede fra siden []
En også beskyttelsesforanstaltning er brugen af UVC-baktericidkilder, der ikke udsender potentielt farlige, men ineffektive UVB- og UVA-områder til desinfektion.
Ultravioletkilder
UV-dioder
De mest almindelige ultravioletdioder er 365 nm (UVA), der er beregnet til 'politilommelygter', som forårsager luminescens til at opdage usynlige forureninger uden ultraviolet lys. Desinfektion med disse dioder er umulig (se fig. 11).
Til desinfektion kan kortbølgede UVC-dioder med en bølgelængde på 265 nm anvendes. Omkostningerne til en diode modul, der skulle erstatte kvikksølv baktericidlampe, overstiger omkostningerne ved lampen med tre ordener, så sådanne løsninger til desinfektion af store områder bruges ikke i praksis. Men der kommer kompakte enheder med UV-dioder til desinfektion af små områder - værktøjer, telefoner, steder med hudskader osv.
Lavtryks kvikksølvlamper
En lavtryks kvikksølvlygte er en standard, som alle andre kilder sammenlignes med.
Den største del af strålingen fra kvikksølvdampe ved lavtryk i en elektrisk udladning falder på en bølgelængde på 254 nm, hvilket er ideelt til desinfektion. En lille del af energien udsendes ved en bølgelængde på 185 nm, som intensivt genererer ozon. Og meget lidt energi udsendes ved andre bølgelængder, inklusive det synlige område.
I almindelige kvikksølv lysstofrør med hvidt lys slipper kolben ikke igennem den ultraviolette stråling, der udsendes af kvikksølvdampe. Men fosforen, det hvide pulver på kolbens vægge, lyser i det synlige område under virkningen af ultraviolet lys.
UVB- eller UVA-lamper er konstrueret på lignende måde; kolben slipper ikke for toppene ved 185 nm og 254 nm, men fosforen udsender usynligt lys under virkningen af kortbølget ultraviolet lys, samt langbølget ultraviolet lys. Dette er lamper til teknisk brug. Da spektret af UVA-lamper ligner solens, anvendes sådanne lamper også til solbadning. Sammenligningen af spektret med kurven for bakteriedræbende effektivitet viser, at det er uhensigtsmæssigt at bruge UVB-lamper og især UVA-lamper til desinfektion.
Figur 11 Sammenligning af den baktericidale effektkurve, UVB-lampe spektret, 'solbad' UVA-lampe spektret og 365 nm diode spektrum. Lampe spektre er taget fra den amerikanske forening af malingproducenter [].
Det skal bemærkes, at spektret af den fluorescerende UVA lampe er bredt og dækker UVB spektret. 365 nm diodespektret er betydeligt smalere, dette er 'ægte UVA'. Hvis UVA kræves for at fremkalde luminescens til dekorative formål eller til at opdage forurening, er brugen af dioden sikrere end brugen af en ultraviolet fluorescerende lampe.
Lavtryks kviksølv baktericid lampe UVC adskiller sig fra fluorescerende, ved at der ikke er noget fosfor på kolben, og kolben tillader ultraviolet lys. Grundlinjen på 254 nm er altid tilladt, mens den ozon-genererende linje på 185 nm kan være til stede i lampe spektret eller fjernet af en glas kolbe med selektiv transmission.
Figur 12 Udsendelsesområdet er angivet på mærkningen af de ultraviolette lamper. UVC baktericid lampen kan identificeres ved fraværet af fosfor på kolben.
Ozon udøver en yderligere baktericid effekt, men er et kræftfremkaldende stof, derfor for at undgå at vente på udluftning af ozon efter desinfektion, anvendes lamper der ikke genererer ozon uden 185 nm linjen i spektret. Disse lamper har et næsten ideelt spektrum — grundlinjen med høj baktericid effektivitet på 254 nm, meget svag udsendelse i ikke-baktericid ultraviolet områder, og en lille 'signal' udsendelse i det synlige område.
Figur 13. Spektret af lavtryks kviksølv UVC lampe (leveret af lumen2b.ru) er kombineret med spektret af sollys (fra Wikipedia) og kurven for baktericid effektivitet (fra ESNA Lighting Handbook []).
Det blå lys fra baktericid lamper gør det muligt at se, at kviksølv lampen er tændt og fungerer. Lyset er svagt, og det skaber et misvisende indtryk af, at det er sikkert at kigge på lampen. Vi føler ikke, at udsendelsen i UVC-området udgør 35…40% af den samlede effekt, lampen forbruger.
Figur 14 En lille del af energien fra kviksølv dampenes udsendelse falder inden for det synlige område og ses som et svagt blåt lys.
Den baktericidale kviksølvslampe med lavt tryk har samme socket som en almindelig lysstofrør, men den laves i en anden længde, så den baktericidale lampe ikke kan indsættes i almindelige armaturer. Armaturet til den baktericidale lampe adskiller sig, udover størrelsen, ved at alle plastikdele er UV-bestandige, kablerne er beskyttede mod UV-stråling, og der er ingen spredere.
Til hjemlige baktericidale behov bruger forfatteren en baktericidal lampe på 15 W, der tidligere blev brugt til at desinficere næringsopløsningen i en hydroponisk anordning. En tilsvarende lampe kan findes under søgningen "aquarium uv sterilizer". Under driften udsender lampen ozon, hvilket ikke er ideelt, men til desinfektion, for eksempel af sko, er det nyttigt.
Fig. 15 Kviksølvslamper med lavt tryk med forskellige sokkeltyper. Billeder fra Aliexpress.
Kviksølvslamper med mellem- og højt tryk
Øgning af trykket af kviksølvdamp fører til en mere kompleks spektrum, spektret udvides, og der kommer flere linjer, herunder på de bølgelængder, der genererer ozon. Indførelsen af tilsætningsstoffer til kviksølv fører til endnu større kompleksitet i spektret. Der er mange varianter af sådanne lamper, og hvert spektrum er unikt.
Fig. 16 Eksempler på spektra for kviksølvslamper med mellem- og højt tryk
Trykforøgelse reducerer lampens effektivitet. For eksempel udsender Aquafineuv-lamper med mellemtryk i UVC-området kun 15-18% af den forbrugte effekt, ikke 40% som lavtrykslamper. Og omkostningerne ved udstyret pr. watt UVC-strøm er højere.].
Reduceret effektivitet og højere omkostninger for lampen kompenseres for af kompakthed. For eksempel kræver desinfektion af strømmende vand eller tørring af lak, der påføres med høj hastighed i trykkeribranchen, kompakte og kraftige kilder; enhedsomkostningerne og effektiviteten er ikke vigtige. Men det er ukorrekt at bruge en sådan lampe til desinfektion.
UV-sterilisator fra DRL-burner og DRT-lampe
Der er en "folkelig" måde at få en effektiv UV-lyskilde på til en forholdsvis lav pris. Brugt, men stadig tilgængelige, er DRL-lamper med hvidt lys fra 125 til 1000 W. I disse lamper er der en "brænder" inde i den ydre kolbe – en kviksølvlampe med højtryk. Den udsender bredbåndet ultraviolet lys, som tilbageholdes af den ydre glasbeholder, men får fosforen på dens vægge til at lyse. Hvis den ydre kolbe går i stykker, og brænderen tilsluttes til netværket via den medfølgende ballast, opnås en kraftig bredbånds UV-stråler.
En sådan håndlavet lyskilde har sine ulemper: en lavere effektivitet sammenlignet med lavtrykslamper, en stor del af UV-lyset uden for det bakteriedræbende område, og der må ikke opholdes i lokalet i noget tid efter lampen slukkes, indtil ozon er nedbrudt eller forduftet.
Men der er også uomtvistelige fordele: lav pris og stor effekt ved kompakte størrelser. Fordelene inkluderer også ozonproduktion. Ozon vil desinficere skyggefulde overflader, som UV-strålerne ikke når.
Fig. 17 Ultraviolet bestrålingsenhed lavet af DRL-lamper. Fotografiet offentliggøres med tilladelse fra forfatteren, en bulgarsk tandlæge, der bruger denne enhed som supplement til standard bakteriedræbende lampe Philips TUV 30W.
Lignende UV-kilder til desinfektion i form af kviksølvlamper med højtryk anvendes i bestrålingsapparater som OUFK-01 "Solnysko".
For eksempel offentliggør producenten ikke spektret for den populære "DRT 125-1" lampe, men i dokumentationen angives parametrene: bestrålingsintensitet på 1 m afstand fra lampen UVA – 0,98 W/m², UVB – 0,83 W/m², UVC – 0,72 W/m², bakteriedræbende strøm 8 W, og der kræves ventilation af rummet for ozon []. I et direkte spørgsmål om forskellen mellem DRL-lampen og DRL-brænderen svarede producenten i sin blog, at DRT har et isolerende grønt dæksel på katoderne.
Fig. 18 Bredbånds UV-kilde – DRT-125 lampe
If we look at the stated characteristics, it is clear that the spectrum is broadband, with almost equal shares of radiation in the soft, medium, and hard ultraviolet, including the hard UVC that generates ozone. The bactericidal output is 6.4% of the consumed power, meaning the efficiency is six times lower than that of a low-pressure tubular lamp.
The manufacturer does not publish the spectrum of this lamp, and the same image of a spectrum from a certain DRT circulates on the internet. The source is unknown, but the energy ratio in the UVC, UVB, and UVA ranges does not match the claims for the DRT-125 lamp. For DRT, a roughly equal ratio is claimed, whereas the spectrum shows that the energy of UVB is significantly higher than the energy of UBC. Furthermore, the energy in UVA is considerably higher than in UVB.
Fig. 19. Spectrum of a high-pressure mercury arc lamp, which most often illustrates the spectrum widely used for medical purposes DRT-125.
It is clear that lamps with different pressures and additives in mercury emit somewhat differently. It is also evident that an uninformed consumer is inclined to imagine the desired characteristics and properties of the product themselves, gain a confidence based on their own assumptions, and make a purchase. The publication of the spectrum of a specific lamp will provoke discussions, comparisons, and conclusions.
The author once purchased a UFK-01 setup with a DRT-125 lamp and used it for several years to test the UV resistance of plastic products. Two products were exposed simultaneously, one of which was a control made of UV-resistant plastic, and he observed which one yellowed faster. For such application, knowing the exact shape of the spectrum is not essential; it is only important that the emitter is broadband. But why use broadband ultraviolet when disinfection is required?
In the designation of UFK-01, it is indicated that the emitter is used in cases of acute inflammatory processes. Thus, in situations where the positive effect of skin disinfection outweighs the possible harm of broadband ultraviolet. It is obvious that even in this case it is better to use narrowband ultraviolet, without wavelengths in the spectrum that have effects other than bactericidal.
Disinfection of air
UV-lys anses for at være utilstrækkeligt til desinfektion af overflader, da strålerne ikke kan trænge ind de steder, hvor eksempelvis alkohol kan. Men UV-lys desinficerer effektivt luften.
Når man nyser eller hoster, dannes dråber på størrelse med flere mikrometer, som hænger i luften fra flere minutter til flere timer [] Forskning om tuberkulose har vist, at det er nok med ét aerosoldråbe for at smitte.
Udendørs er vi relativt sikre på grund af den enorme mængde og bevægelse af luften, der kan sprede og desinficere enhver nys gennem tid og solens stråler. Selv i metroen, så længe andelen af smittede personer er lav, er den samlede luftvolumen pr. smittet person stor, og god ventilation gør risikoen for at sprede infektionen lille. Det farligste sted under pandemier af luftbårne sygdomme er elevatoren. Derfor bør dem, der nyser, sidde i karantæne, og luften i offentlige rum med utilstrækkelig ventilation har brug for desinfektion.
Recirkulatorer
En af metoderne til at desinficere luften er lukkede UV-recirkulatorer. Lad os diskutere en sådan recirkulator – "Dezar 7", som er kendt for at være set selv i kontoret hos statens første person.
I beskrivelsen af recirkulatoren står der, at den blæser 100 m3 i timen og er designet til at behandle et rum på 100 m3 (ca. 5 × 7 × 2,8 meter).
Men muligheden for at desinficere 100 m3 luft i timen betyder ikke, at luften i et rum på 100 m3 vil blive behandlet lige så effektivt på en time. Den behandlede luft fortyndes med den snavsede luft, og i denne form kommer den gang på gang tilbage i recirkulatoren. Det er ikke svært at bygge en matematisk model og beregne effektiviteten af en sådan proces:
Fig. 20 Indflydelse fra UV-recirkulatorens arbejde på mængden af mikroorganismer i luften i et rum uden ventilation.
For at reducere koncentrationen af mikroorganismer i luften med 90% skal recirkulatoren arbejde i mere end to timer. I mangel af ventilation i rummet er det muligt. Men der er normalt ikke rum med mennesker og uden ventilation. For eksempel, [] foreskriver et minimumsforbrug af udeluft ved ventilation på 3 m3 i timen pr. m2 af lejlighedens overflade. Dette svarer til en fuld udskiftning af luften en gang i timen og gør recirkulatorens funktion unødvendig.
Hvis vi betragter en model med ufuldstændig blanding, men laminarstrømme, der bevæger sig langs en etableret kompleks bane i rummet og går til ventilationen, er fordelen ved desinfektion af en sådan strøm endnu mindre end i modellen med fuld blanding.
I ethvert tilfælde er en UV-recirkulator ikke mere nyttig end et åbent vindue.
En af årsagerne til den lave effektivitet af recirkulatorer er, at den bakteriedræbende effekt pr. watt UV-strøm er ekstremt lille. Strålen trænger cirka 10 centimeter ind i enheden, hvorefter den reflekteres af aluminium med en koefficient på omkring k=0,7. Det betyder, at den effektive afstand for strålen inde i enheden er omkring en halv meter, hvorefter den absorberes uden nytte.
Fig. 21. Et billede fra en video på Youtube, der analyserer recirkulatoren. De bakteriedræbende lamper og den aluminiumreflekterende overflade er synlige, som reflekterer UV-stråling meget dårligere end synligt lys [].
En bakteriedræbende lampe, der hænger åbent på væggen i receptionslokalet og tændes af lægen efter tidsplan, er mange gange mere effektiv. Strålerne fra den åbne lampe bevæger sig flere meter, desinficerer først luften og derefter også overfladerne.
Luftbestrålere i den øverste del af rummet
I hospitalssenge, hvor der konstant er sengeliggende patienter, anvendes der nogle gange UV-enheder, der bestråler de cirkulerende luftstrømme under loftet. Hovedproblemet med sådanne enheder er, at nettet, der dækker lampene, kun tillader stråler, der går i en strengt bestemt retning, hvilket absorberer mere end 90% af den resterende strøm uden nytte.
Man kan yderligere blæse luft gennem en sådan bestråler, så man samtidig får en recirkulator, men det gøres sandsynligvis ikke, fordi man ikke ønsker at skabe en støvsamler i rummet.
Fig. 22. Loftmonteret UV-luftbestråler, billede fra webstedet [].
Gitterne beskytter mennesker i lokaler mod direkte ultraviolette stråler, men den stråle, der passerer gennem gitteret, rammer loftet og væggene og reflekteres diffus, med en refleksionskoefficient på ca. 10%. Lokalet fyldes med omnidirektionel ultraviolet stråling, og mennesker får en dosis ultraviolet lys, der er proportional med tiden brugt i lokalet.
Anmeldere og forfatter
Anmeldere:
Artem Balabanov, elektronikingeniør, udvikler af UV-hærdningssystemer;
Rumen Vasilev, PhD, belysningsingeniør, Interlux Ltd., Bulgarien;
Vadim Grigorov, biofysiker;
Stanislav Lermontov, belysningsingeniør, Kompleksnye Sistemy LLC;
Alexey Pankrashkin, PhD, lektor, halvlederbelysning og fotonik, INTEKH Engineering LLC;
Andrey Khamov, specialist i lysdesign til sundhedsinstitutioner;
Vitaly Tsvyorko, leder af belysningsprøvningslaboratoriet ved CSOT NAN i Hviderusland
Forfatter: Anton Sharakshané, PhD i fysik og matematik, belysningsingeniør og biofysiker, Første MGMU ved I.M. Sechenov
Links
Links
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLET AIR DISINFECTION
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Optisk strålingsfysik og lysdesign. Del 10: Fotobiologisk effektiv stråling, mængder, symboler og handlingsspektrer. Fysik af optiske stråler og belysningsdesign. Fotobiologisk aktiv stråling. Målinger, betegnelse og handlingsspektrer
[ESNA] ESNA Lighting Handbook, 9. udgave. red. Rea M.S. Belysningsingeniørsamfundet i Nordamerika, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lamper og lamsystemer. Lysbiologisk sikkerhed
[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]
[WHO] Verdenssundhedsorganisationen. Ultraviolet stråling: Officiel videnskabelig gennemgang af virkningen af UV-stråling på miljøet og sundheden med omtale af den globale udtømning af ozonlaget.
[Dezar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Anvendelse af ultraviolet baktericid stråling til desinfektion af luft i lokaler
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Opvarmning, ventilation og klimaanlæg.
Kilde: habr.com
