Ultraviolett: tõhus desinfitseerimine ja ohutus

Ultraheli omadused sõltuvad lainepikkusest ning erinevate allikate ultraviolettkiirgus erineb spektriga. Arutame, millised on ultraviolettallikad ja kuidas neid rakendada bakteritsiidse toime maksimeerimiseks, minimeerides soovimatute bioloogiliste kõrvalmõjude riske.

Kujutis 1. Fotol ei toimu UVC kiirguse kaudu desinfitseerimist, nagu võiks arvata, vaid näidatakse kaitseriietuse kasutamise harjutust, mille käigus tuvastatakse UVA kiirtega luminesseeruvaid plekke katse kehalistes vedelikes. UVA on pehme ultraviolettkiirgus ja ei oma bakteritsiidset toimet. Suletud silmad on põhjendatud turvameede, kuna laia spektriga UVA luminofoorlampide kasutamine kattub UVB-ga, mis on nägemisele ohtlik (allikas: Simon Davis/DFID).

Nähtava valguse lainepikkus vastab kvandi energiale, mille juures fotokeemilised protsessid just hakkavad toimuma. Nähtava valguse kvandid aktiveerivad fotokeemilised reaktsioonid spetsiifilises fotosensitiivses koes – silma võrkkestas.
Ultraviolettkiirgus on nähtamatu, selle lainepikkus on lühem, kvandi sagedus ja energia on kõrgem, kiirgus on tugevam ning fotokeemiliste reaktsioonide ja bioloogiliste efektide mitmekesisus on suurem.

Ultraviolett jaguneb järgmiselt:

• Nähtavale valgusele sarnane lühikese lainepikkusega/pehme/lähenev UVA (400…315 nm);
• Keskmise tugevusega – UVB (315…280 nm);
• Lühikese lainepikkusega/kaugus/jõhker – UVC (280…100 nm).

Ultravioletti bakteritsiidne toime

Bakteritsiidset toimet omab tugev ultraviolett – UVC, ja vähemal määral keskmise tugevusega ultraviolett – UVB. Bakteritsiidse efektiivsuse kõverast nähtub, et selget bakteritsiidset toimet omab ainult kitsas vahemik 230…300 nm, mis on umbes veerand kogu ultraviolettkiirguse vahemikust.

Kujutis 2 Bakteritsiidse efektiivsuse kõverad allikast [CIE 155:2003]

Selle vahemiku lainepikkustel kvandid imenduvad nukleiinhapetesse, mis viib DNA ja RNA struktuuri hävitamiseni. Peale bakteritsiidse, st baktereid tapva toime, omab see vahemik viirusetõrje (viirusevastane), seenetõrje (seentevastane) ja spooridehävitamise toimet. Sealhulgas hävitatakse 2020. aasta pandeemia põhjustanud RNA-sisalduv SARS-CoV-2 viirus.

Päikesevalguse bakteritsiidne toime

Päikesekiirguse antibakteriaalne toime on suhteliselt väike. Vaatame päikesespektrit atmosfääri kohal ja atmosfääri all:

Joonis 3. Päikesekiirguse spekter atmosfääri kohal ja merepinnal. Kõige intensiivsem UV-bandaal ei jõua maapinnale (laenatud Vikipeediast).

Tasub tähelepanu pöörata kollasega esile tõstatud atmosfääri ülemise spektri osale. Vasakpoolse spektri quanta energia, mille lainepikkus on alla 240 nm, vastab 5,1 eV keemilise sideme energiaga molekulis hapniku "O2". Molekulaarne hapnik neelab neid kvante, keemiline side laguneb, moodustub aatomaarne hapnik "O", mis seondub uuesti hapniku molekulidega "O2" ja osaliselt osooniga "O3".

Päikeseline atmosfääri ülemine UVC moodustab atmosfääri ülemistes kihtides osooni, mida nimetatakse osoonikihiks. Osooni molekuli keemiline side energia on madalam kui hapniku molekuli puhul, seega neelab osoon madalama energia kvante kui hapnik. Ja kui hapnik neelab ainult UVC, siis osoonikihil on UVC ja UVB neeldumise võime. Tulemuseks on see, et päike genereerib osooni UV-spektri servas ning see osoon neelab enamik karmist päikeselisest ultraviolettkiirgusest, kaitstes Maad.

Nüüd olge ettevaatlik, pöörates tähelepanu lainepikkustele ja skalale, sobitage päikesespektrit antibakteriaalsete mõju spektriga.

Joonis 4. Antibakteriaalse mõju spekter ja päikesekiirguse spekter.

On näha, et päikesekiirte antibakteriaalne toime on ebaoluline. Spektri osa, mis suudab avaldada antibakteriaalset toimet, on peaaegu täielikult atmosfääri poolt neeldunud. Erinevatel aastaaegadel ja erinevates laiuskraadides on olukord veidi erinev, kuid kvaliteetselt sarnane.

Ultraviolettkiirguse oht

Ühe suure riigi juht soovitas: "COVID-19 ravimiseks tuleb päikesekiirgust toimetada kehasse". Siiski hävitab antibakteriaalne UV RNA ja DNA, sealhulgas inimese. Kui "toimetada päikesekiirgus kehasse" – inimene hukkub.

Epidermis, eelkõige sarvkihi surnud rakud, kaitsevad elusat kude UVC eest. Epidermise kihist allapoole tungib ainult vähem kui 1% UVC kiirgusest [WHO]. Pikemad UVB ja UVA lained tungivad suuremasse sügavusse.

Kui päikese ultraviolettkiirgus puuduks, ei pruugi inimestel olla epidermist ja sarvkestast, ning keha pind oleks limane nagu hellitusel. Kuid kuna inimesed on evolueerunud päikese all, on limased ainult päikese eest kaitstud pinnad. Kõige haavatavam on silma limapind, mida kaitsevad tinglikult ultraviolettkiirguse eest sajandite jooksul silmalau, ripsmed, kulmud, näo liigutused ja harjumus mitte päikese poole vaatama.

Kui esmakordselt õpiti asendama läätses kunstlikud, seisid oftalmoloogid silmitsi võrkkesta põletuse probleemiga. Hakati uurima põhjuseid ja selgus, et elav inimlääts on ultraviolettkiirguse suhtes läbipaistev ja kaitseb võrkkesta. Pärast seda hakati ka kunstlikud läätsed ultraviolettkiirguse suhtes läbipaistmatuks tegema.

Silmade pilt ultraviolettkiirguses illustreerib läätsede läbipaistmatust ultraviolettkiirguse suhtes. Oma silmi ei tohiks ultraviolettkiirgusega valgustada, kuna aja jooksul läätsed hägustuvad, sealhulgas ultraviolettkiirguse tõttu, mida on aastate jooksul kogunenud, ja nad vajavad asendamist. Seetõttu kasutame julgelt inimesi, kes ignoreerisid ohutust, valgustasid end silma ultraviolettkiirega lainepikkusel 365 nm ja jagasid tulemusi YouTube'is.

Joon. 5 Kadreeritud hetk Youtube'i kanali "Kreosan" videost.

Luminofoorseid ultraviolettkiirguse taskulampe lainepikkusega 365 nm (UVA) on populaarsed. Need ostavad täiskasvanud, kuid need jõuavad paratamatult laste kätesse. Lapsed valgustavad end nende lampidega silma, uurivad tähelepanelikult ja kaua säravast kristallist. Selliseid tegevusi oleks soovitav ennetada. Kui see juhtus, võib ennast rahustada teadmisega, et katarakt uuringutes hiirtel on kindlalt põhjustatud UVB kiirgusest, kuid UVA katarogeensed efektid pole püsivad [WHO].
Ja siiski ei ole ultraviolettkiirguse täpne spectrum läätsedele teada. Kui arvestada, et katarakt on tugevalt edasilükatud efekt, on vajalik teatav targa mõtte omamine, et mitte valgustada end silma ultraviolettkiirgusega ette.

Ultraviolettkiirguse tõttu põletik tekib silma limaskestas üpris kiiresti, nimetatakse seda fotokeratiidiks ja fotokonjunktiviidiks. Limaskestad muutuvad punaseks ja tekib tunne, nagu silmades oleks „liiva”. Effekt möödub mõne päeva pärast, kuid korduv kokkupuude võib viia sarvkesta hägustumiseni.

Kuna lainepikkused, mis põhjustavad neid efekte, vastavad ligikaudu UV-ohu kaalutud funktsioonile, mis on toodud fotobioloogilise ohutuse standardis [IEC 62471], ja kattuvad бактерitsiidse toime ribaga.

Joon. 6 Ultravioletti spektrid, mis põhjustavad fotokonjunktiviiti ja fotokeratiiti [DIN 5031-10] ja aktini UV-ohu kaalutud funktsioon nahale ja silmadele [IEC 62471].

Fotokeratiidi ja fotokonjunktiviidi läviväärtus on 50-100 J/m2, see väärtus ei ületa desinfitseerimiseks kasutatavat annust. Silma limaskesta desinfitseerimine ultraviolettkiirgusega ilma põletikku esile kutsumata ei õnnestu.

Päikesepõletuse ehk erüteemiga on ohtlik ultraviolettkiirgus lainepikkustega kuni 300 nm. Mõnede allikate kohaselt on maksimaalne spektriline efektiivsus erüteemile lainepikkustel umbes 300 nm [WHO]. Minimaalne annus, mis põhjustab vaevumärgatavat erüteemi (MED - Minimaalne Erüteemne Annus) erinevate nahatüüpide jaoks varieerub 150–2000 J/m2. Keskmise laiuskraadi elanike jaoks võib tüüpiline MED olla ligikaudu 200…300 J/m2.

UVB lainepikkusega 280–320 nm, mille maksimum jääb ligikaudu 300 nm kanti, põhjustab nahavähki. Läviväärtust ei ole, suurem annus – kõrgem risk, ja efekt kumuleerub.

Joon. 7 Ultravioletti kõverad, mis põhjustavad erüteemi ja nahavähki.

Fotoindutseeritud naha vananemine toimub ultraviolettkiirguse tõttu kogu vahemikus 200…400 nm. Tunnetakse fotot, kus kaugtööline sai sõites päikesekiirgusele kuivalt irvitades naha enamasti vasakule poole. Juhtil oli komme sõita avatud aknaga, kuid parempoolne näo osa oli ultraviolettkiirguse eest kaitstud tuuleklaasi poolt. Vananemise seisundi erinevus paremal ja vasakul pool on muljetavaldav:

Joon. 8 Fotograafia juhist, kes sõitis 28 aastat avatud aknaga [Nejm].

Kui julgesti hinnata, et selle isiku näo erinevatel külgedel on naha vanus erinev kahekümne aasta võrra ja see tuleneb sellest, et umbes nende samade kahekümne aasta jooksul oli üks näo külg päikesevalguse käes, teine aga mitte, võib teha ettevaatliku järelduse, et päev avatud päikese käes vanendab nahka ühe päevaga.

Viidatud andmetest [WHO] on teada, et keskmistes laiuskraadides suvel otse päikese all saavutatakse minimaalne erüteemidoos 200 J/m2 kiiremini kui tunni jooksul. Kui võrrelda neid numbreid tehtud järeldusega, võib teha veel ühe järelduse – naha vananemine perioodilise ja lühiajalise töö käigus ultraviolettlampidega ei ole märkimisväärne oht.

Kui palju ultraviolettvalgust on vajalik desinfektsiooniks

Ellujäänud mikroorganismide arv pindadel ja õhus väheneb eksponentsiaalselt ultraviolettdoosi suurenedes. Näiteks annus, mis tapab 90% tuberkuloosi mükobakteritest, on 10 J/m2. Kaks sellist annust tapavad 99%, kolm annust tapavad 99,9% jne.

Joon. 9 Tartu tuberkuloosi mükobakterite ellujäänud osakaalu sõltuvus ultraviolettkiirguse doosist lainepikkusel 254 nm.

Eksponentsiaalne sõltuvus on tähelepanuväärne, kuna isegi väike annus tapab suure osa mikroorganismidest.

Loetletud [CIE 155:2003] patogeensete mikroorganismide seas on kõige ultraviolettkiirgusele vastupidavam salmonella. Annus, mis tapab 90% selle bakteritest, on 80 J/m2. Uuringu [Kowalski2020] andmetel on keskmine annus, mis tapab 90% koronaviirustest, 67 J/m2. Kuid enamikule mikroorganismidest ei ületa see annus 50 J/m2. Praktikas võib meeles pidada, et standardne annus, mis desinfitseerib 90% efektiivsusega, on 50 J/m2.

Vastavalt Venemaa tervishoiuministeeriumi heakskiidetud meetodile ultraviolettkiirguse kasutamiseks õhu desinfektsiooniks [P 3.5.1904-04] on maksimaalne desinfektsiooni efektiivsus "kolm üheksat" või 99,9% vajalik operatsiooniruumides, sünnitusmajas jne. Kooliklasside, avalike hoonete jne puhul piisab "ühest üheksast", st 90% hävitatud mikroorganismidest. See tähendab, et sõltuvalt ruumi kategooriast on piisav ühe kuni kolme standardannuse 50…150 J/m2 mõõtmine.

Näide vajaliku kiirgusaja hindamisest: oletame, et on vaja desinfitseerida õhku ja pindu toas, mille mõõdud on 5 × 7 × 2,8 meetrit, milleks kasutatakse ühte avatud lampi Philips TUV 30W.

Lambi tehnilises kirjelduses on toodud bakteritsiidne voog 12 W [TUV]. Ideaalsetes tingimustes läheb kogu voog rangelt desinfitseeritavatele pinnale, kuid tegelikus olukorras kaob pool voogu kasulikult, näiteks valgustab see ülekaalukalt valgusallika taga olevat seina. Seega arvutame kasuliku voolu 6 W. Kokku desinfitseeritavad pinnad toas – põrand 35 m² + lagi 35 m² + seinad 67 m², kokku 137 m².

Keskmiselt langeb pinnale bakteritsiidse kiirguse voog 6 W/137 m² = 0,044 W/m². Tunniga, st 3600 sekundi jooksul, peab nendele pinnale langema doos 0,044 W/m² × 3600 s = 158 J/m², või ümmarguselt 150 J/m². See vastab kolmele standardannusele 50 J/m² või „kolmele üheksale” – 99,9% bakteritsiidne efektiivsus, st operatsioonitoodetele kehtestatud nõuded. Ja kuna arvutatud doos, enne kui see jõuab pindadele, läbib ruumi mahtu, desinfitseeritakse ka õhk sama tõhusalt.

Kui steriilsuse nõuded on madalad ja piisab „ühest üheksast”, siis antud näite puhul on vajalik kiirgusaja kolme kordselt vähem – umbes 20 minutit.

Kaitse ultraviolettkiirguse eest

Peamine kaitsemeede desinfitseerimise ajal ultraviolettkiirgusega – ruumist lahkuda. Olemasolek töötava UV-lambi läheduses, kuid pilgu kõrvale pööramine ei aita, silmade limaskestad saavad ikkagi kiirgust.

Osaliseks kaitseks silmade limaskestadele võivad olla klaasprillid. Kategooriline väide „klaas ei lase ultraviolettkiirgust läbi” ei ole õige, teatud määral laseb see siiski läbi, ning erinevad klaasitooted lasevad läbi erinevalt. Kuid üldiselt väheneb läbilaske koefitsient lainepikkuse vähenedes ja UVC läbib tõhusalt ainult kvartsklaasi. Prilliklaasid ei ole igal juhul kvartsklaasist.

Usaldusväärselt võib öelda, et UV400 tähistusega prilliläätsed ei lase ultraviolettkiirgust läbi.

Joon. 10 Prilliklaaside läbilaskespekter UV380, UV400 ja UV420 indeksitega. Pilt veebisaidilt [Mitsuichemicals]

Kaitsemeetmena kasutatakse ka UVC ultraviolettallikaid, mis ei kiirga potentsiaalselt ohtlikke, kuid desinfitseerimise osas ebatõhusate UVB ja UVA spektrivahemikke.

Ultraviolettallikad

UV-diodid

Kõige levinumad on 365 nm (UVA) ultraviolettdiodid, mida kasutatakse "politseivalgustes", need tekitavad luminestsentsi, et avastada ultraviolettideta nähtamatud saasteained. Selliste diodide abil desinfitseerimine ei ole võimalik (vt joonis 11).
Desinfitseerimiseks võib kasutada lühilaine UVC-dioode lainepikkusega 265 nm. Dioodide mooduli hind, mis asendaks elavhõbeda bakteritsiidse lambi, ületab lambi hinna kolmekordselt, seega ei kasutata praktikas selliseid lahendusi suurte alade desinfitseerimiseks. Kuid turule tuleb kompaktsed UV-dioodide seadmed väikeste alade desinfitseerimiseks – nagu tööriistad, telefonid, nahakahjustuste kohad jne.

Madala rõhu elavhõbelaambid

Madala rõhu elavhõbelaamp on standard, millega võrreldakse kõiki teisi allikaid.
Enamik energia kiirgamist madala rõhu elavhõbivaporite puhul elektrilises nõrkuses on lainepikkusega 254 nm, mis sobib suurepäraselt desinfitseerimiseks. Väike osa energiat kiirgatakse lainepikkusel 185 nm, mis genereerib intensiivselt osooni. Väike kogus energiat kiirgatakse ka teistel lainepikkustel, sealhulgas nähtaval alal.

Tavapärastel valgete valgusallikatega elavhõbipirnidel ei lase klaaspuhast mudelis elavhõbeda aurude kiirgatud ultraviolett seal. Aga luminofoor, valge pihustus kolbi seintel, särab nähtavas vahemikus ultravioletti mõjutatuna.

UVB või UVA lambid on sarnase süsteemiga, klaaspered ei lase läbi kõrgusi 185 nm ja 254 nm, kuid luminofoor kiirgab lühilaine ultraviolette mõjutatuna mitte nähtavat valgust, vaid pikkade lainepikkustega ultraviolettkiirgust. Need on tehnilised lambid. Ja kuna UVA lampide spekter sarnaneb päikesevalgusega, kasutatakse selliseid lampe ka päevitamiseks. Spektri võrreldamine bakteritsiidse efektiivsuse kõveraga näitab, et UVB ja eriti UVA lampide kasutamine desinfitseerimiseks ei ole otstarbekas.

Joonis 11 Bakteritsiidse efektiivsuse, UVB lambi spektri, päikesetõmbelambi UVA spektri ja 365 nm dioodi spektri võrdlemine. Lampide spektrid on saadud Ameerika värvitootjate assotsiatsiooni veebisaidilt [Värv].

Tuleb märkida, et UVA luminofoorlambi spekter on lai ja katab UVB vahemiku. 365 nm dioodi spekter on oluliselt kitsam, see on „aus UVA“. Kui UVA-d on vajalik, et esile kutsuda luminoresents, kaunistamise eesmärkidel või saasteainete tuvastamiseks, on dioodi kasutamine ohutum kui ultraviolettluminofoorlambi kasutamine.

Madala rõhu UVC elavhõbakteritsiidne lamp erineb luminofoorlamptest sellega, et pirni seinatel ei ole luminofoori ja pirn laseb läbi ultravioletti. Peamine joon 254 nm lastakse alati läbi, samas kui osooni genereeriv joon 185 nm võib spektris olla või eemaldatakse selektiivset läbipääsu omava klaaspirni kaudu.

Joonis 12 Kiirgusvahemik on näidatud ultraviolettlampide märgistusel. UVC bakteritsiidset lampi saab tuvastada selle puudumise põhjal pirnis luminofoorist.

Osoon avaldab täiendavat bakteritsiidset mõju, kuid on kantserogeen, seetõttu kasutatakse pärast desinfitseerimist osooni mittetootvaid lampe ilma 185 nm jooneta spektris, et ei peaks ootama osooni ära hajumist. Need lambid omavad peaaegu ideaalset spektrit – peamine joon koos kõrge bakteritsiidse efektiivsuse 254 nm-ga, väga nõrk kiirgus mittebakteritsiidsetes ultraviolettvahemikes ja väike 'signaal' kiirgus nähtavas vahemikus.

Joonis 13. Madala rõhu UVC elavhõbmainlampi spekter (esitatud väljaandega lumen2b.ru) on kombineeritud päikesekiirguse spektriga (Wikipediast) ja bakteritsiidse toime efektiivsuse kõveraga (ESNA Lighting Handbook [ESNA]).

Bakteritsiidsete lampide sinine kiirgus võimaldab näha, et elavhõblamp on sisse lülitatud ja töötab. Kiirgus on nõrk, ja see loob vale mulje, et lambi vaatamine on ohutu. Me ei tunne, et UVC vahemikus kiirgamine moodustab 35…40% kogu lambiga tarbitavast energiast.

Joonis 14 Väike osa elavhõbeda aurude kiirgusenergiast langeb nähtavasse vahemikku ja paistab nõrga sinise kiirgusena.

Bakteritsiidne elavhõbedalamp madala rõhu all omab sama soklit nagu tavaline luminofoorlamp, kuid on erineva pikkusega, et bakteritsiidset lampi ei saaks paigaldada tavaliselt valgustitesse. Bakteritsiidse lambi valgusti, peale mõõtmete, erineb ka selle poolest, et kõik plastdetailid on UV-kiirguse suhtes vastupidavad, juhtmed on UV-kiirgusest kaitstud ning hajuti puudub.

Koduste bakteritsiidsete vajaduste jaoks kasutab autor 15 W bakteritsiidset lampi, mida varem kasutati hüdropooniliste seadmete toitainelahuse desinfitseerimiseks. Selle analooge saab leida otsinguga "akvaarium UV sterilisator". Lambi töö ajal eraldub osoon, mis ei ole hea, kuid näiteks kingade desinfitseerimiseks on see kasulik.

Joon. 15 Elavhõbedalambid madala rõhu all erinevate soklitega. Pildid Aliexpressi veebisaidilt.

Elavhõbedalambid keskmise ja kõrge rõhu all

Elavhõbeda auru rõhu tõus toob kaasa spektri keerukuse suurenemise, spekter laieneb ja selles ilmub rohkem jooni, sealhulgas osooni genereerimise lainepikkustes. Elavhõbedale lisandite lisamine toob veelgi suurema spektri keerukuse. Selliseid lampe on palju sorte ja iga spektri erilialus.

Joon. 16 Keskmise ja kõrge rõhu elavhõbedalampide spektrite näited

Rõhu tõus vähendab lambi efektiivsust. Näiteks Aquafineuv kaubamärgi keskmise rõhu lamp uvC piirkonnas kiirgab juba 15-18% tarbitud energiast, mitte 40%, nagu madala rõhu lampides. Ja seadmete hind ühe vatti uvC voolu kohta osutub kõrgemaks [Aquafineuv].
Efektiivsuse vähenemine ja lambi hinna tõus kompenseeritakse kompaktsusega. Näiteks voolava vee desinfitseerimine või kiiresti kantud laki kuivatamine trükitööstuses nõuab kompakte ja võimsaid allikaid, erikulusus ja efektiivsus ei ole olulised. Kuid sellise lambi kasutamine desinfitseerimiseks on vale.

UV-kiirgaja DRI lambist ja DRT lambist

On olemas „rahva“ meetod suhteliselt odavalt saada võimas ultraviolettallikas. Üha vähem kasutatakse, kuid müüakse endiselt DРL valge valguse lambid vahemikus 125…1000 W. Nendes lampides, välise klaaskupli sees on „põletaja“ — kõrge rõhu elavhõblilamp. See kiirgab laia spektriga ultraviolettvalgust, mis jääb kinni välises klaaskuplies ja paneb fosfori selle seintel helendama. Kui klaaskupli purustada ja põletaja ühendada võrguga läbi tavapärase ballastiga, saab võimsa laia spektriga ultraviolettkiirguri.

Sellise käsitööna valmistatud kiirguri puudused on: madal võrreldes madala rõhu lampidega efektiivsus, suur osa ultraviolettkiirgusest, mis jääb bakteritsiidse vahemiku välja, ja pärast lambitöö lõpetamist ei tohi ruumis mõnda aega viibida, kuni osoon laguneb või kaob.

Aga plussid on ka kahtlemata olemas: madal hind ja suur võimsus kompaktses suuruses. Plusside hulka kuulub ka osooni genereerimine. Osoon desinfitseerib varjulisi pindu, kuhu ultraviolettkiirgus ei ulatu.

Joonis 17 Ultraviolettkiirguri, mis on valmistatud DРL lampidest. Foto avaldatakse autori, Bulgaaria hambaarsti, loal, kes kasutab seda kiirgurit koos standardsete bakteritsiidsete lampidega Philips TUV 30W.

Sarnaseid ultraviolettallikaid desinfitseerimiseks, nagu kõrge rõhu elavhõblilambid, kasutatakse põlemise seadmetes tüüpi ОУФК-01 „Päike”.

Näiteks populaarse lambi „ДРТ 125-1” puhul tootja spektrit ei avalda, kuid dokumentatsioonis on toodud parameetrid: kiirguse intensiivsus 1 m kauguselt lambist UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, bakteritsiidne vool 8 W, ja pärast kasutamist on vajalik ruumi ventilatsioon osooni [Lisma]. Otsesele küsimusele erinevuse kohta DРТ lambi ja DРL põletaja vahel, vastas tootja oma blogis, et DРТ-l on katoodidel isoleeriv roheline kattekiht.

Joonis 18 Laia spektriga ultraviolettallikas — lamp DРТ-125

Kinnitatud omadustest on näha, et spekter on laiapindne, jagunedes peaaegu võrdselt pehmest, keskmisest ja kõvast ultravioletsest kiirgusest, sealhulgas hõlmates osoonigeneerivat kõva UVC-d. Bakteritsiidi voog moodustab 6,4% tarbitud võimsusest, mis tähendab, et efektiivsus on 6 korda madalam kui madalrõhulampide puhul.

Tootja ei avalda selle lambi spektrit ja internetis ringleb sama pilt mingi DRT spektrist. Esmase allika päritolu on teadmata, kuid UVC, UVB ja UVA vahemike energia suhe ei vasta DRT-125 lampi omadustele. DRT puhul on väidetud ligikaudu võrdset suhet, kuid spektrist on selge, et UVB energia on oluliselt suurem kui UBC energia. Ja UVA on oluliselt kõrgem kui UVB.

Joon. 19. Kõrgsurve kaarkHõbe lampi spekter, mis kõige sagedamini illustreerib meditsiinilistel eesmärkidel laialdaselt kasutatava DRT-125 spektrit.

On selge, et erineva rõhu ja lisanditega elavate lampide kiirgus on veidi erinev. Samuti on selge, et informeerimata tarbija kaldub ise soovitud omadusi ja toote omadusi ette kujutama, arendades põhinedes oma oletustel usaldust ja teostades ostu. Teatud lambi spektri avaldamine kutsuks esile arutelusid, võrreldes ja järeldusi.

Autor ostis kunagi OUFK-01 seadme koos DRT-125 lambiga ja kasutas seda mitu aastat plasttoodete UV-kindluse testimiseks. Samuti kiirgustati kahte toodet, millest üks oli kontrolltoode UV-kindlast plastikust ja jälgiti, kumb kollaseks muutub kiiremini. Sellise rakenduse korral ei ole spektri täpne kuju vajalik; oluline on, et kiirgustaja oleks laiapindne. Kuid milleks kasutada laiapindset ultraviolettkiirgust, kui vajalik on desinfitseerimine?

OUFK-01 määratletud otstarbe kohaselt kasutatakse kiirgajat ägedate põletikuliste protsesside korral. See tähendab, et juhtudel, kui naha desinfitseerimise positiivne mõju ületab laiapindse ultraviolettkiirguse võimalikku kahju. On ilmselge, et isegi sellisel juhul on parem kasutada kitsaspektrilist ultraviolettkiirgust, ilma lainepikkusi spektris, mis võib avaldada muud mõju peale bakteritsiidi.

Õhu desinfitseerimine

Ultraviolett on tunnustatud ebapiisava vahendina pindade desinfitseerimiseks, kuna kiired ei suuda tungida sinna, kuhu näiteks alkohol jõuab. Kuid ultraviolett desinfitseerib õhku tõhusalt.

Aevastamisel ja köhides moodustuvad mikroosakesed, mille suurus on mitmeid mikromeetreid, mis jäävad õhku mitmest minutist kuni mitme tunnini [CIE 155:2003]. Tuberkuloosi uuringud on näidanud, et nakatumiseks piisab ühest aerosooltilgast.

Väljas oleme suhteliselt ohutud tohutute õhumasside ja õhu liikuvuse tõttu, mis suudavad hajutada ja desinfitseerida igasugust aevastust ajaga ning päikese kiirguse abil. Isegi metroos, kuni nakatunud inimeste osakaal on väike, on üldine õhu maht nakatunu kohta suur ja hea ventilatsioon vähendab nakkuse leviku riski. Ohtlikum koht ülemääraste õhu- ja tilgahaiguste puhangute ajal on lift. Seega peaksid aevastavad inimesed olema karantiinis ja õhk avalikes ruumides, kus ventilatsioon on ebapiisav, vajab desinfitseerimist.

Ringkäivad puhastajad

Üks võimalus õhu desinfitseerimiseks on suletud UV-retsirkulaatorid. Räägime ühest sellisest retsirkulaatorist – „Dezar 7“, mida on märgatud isegi riigi juhtkonna kabinetis.

Retsirkulaatori kirjelduses on öeldud, et see puhub 100 m³ tunnis ja on mõeldud 100 m³ ruumi töötlemiseks (ligikaudu 5 × 7 × 2,8 meetrit).
Kuid 100 m³ õhu desinfitseerimise võime tunnis ei tähenda, et 100 m³ ruumi õhk oleks tunni jooksul töötlemisel sama tõhus. Töödeldud õhk lahjendab musta õhku ja sellisel kujul siseneb see korduvalt retsirkulaatorisse. Matemaatilise mudeli loomine ja sellise protsessi efektiivsuse arvutamine ei ole keeruline:

Joon. 20 UV-retsirkulaatori töö mõju mikroorganismide arvule õhus ventileerimata ruumis.

Mikroorganismide kontsentratsiooni vähendamiseks õhus 90% võrra peab retsirkulaator töötama üle kahe tunni. Ilma ventilatsioonita ruumis on see võimalik. Kuid normaalselt ei ole ruume, kus on inimesi ja ventileerimist ei ole. Näiteks [SP 60.13330.2016] nõuab minimaalset välisõhu tarbimist ventilatsiooniks 3 m3 tunnis 1 m2 korteri pinna kohta. See vastab õhu täieliku vahetuse vajadusele üks kord tunnis ja muudab ringlusseadmestiku töö kasutuks.

Kui vaadata mitte täieliku segunemise mudelit, vaid laminaarvoolikut, mis kulgeb seadustatud keerulisel trajektooril toas ja pääseb ventilatsiooni, on ühe sellise voolu desinfitseerimise kasu veel väiksem kui täieliku segunemise mudelis.

Igatahes ei ole UV-ringlusseade kasulikum kui avatud aknenurk.

Üks põhjusi ringlusseadmete madalale efektiivsusele on see, et bakteritsiidne mõju on väga vähene võrreldes iga UV-voo vatti. Kiir läbib umbes 10 sentimeetrit seadme sees ja seejärel peegeldub alumiiniumist umbes k=0,7 koefitsiendiga. See tähendab, et kiirguse efektiivne ulatus seadmes on umbes pool meetrit, pärast mida see neelatakse ilma kasuta.

Joon. 21. Kaader Youtube'i videost, kus uuritakse ringlusseadet. Näha on bakteritsiidseid lampe ja alumiiniumist peegelpinda, mis peegeldab ultraheli vähem efektiivselt kui nähtav valgus [Dezar].

Bakteritsiidne lamp, mis ripub avatud kujul kliiniku seinal ja lülitatakse arsti poolt graafiku alusel sisse, on korduvalt efektiivsem. Avatud lambi kiired ulatuvad mitme meetri kaugusele, desinfitseerides esmalt õhku ja seejärel ka pindu.

Õhu kiirendid ruumi ülemises osas

Haigla palatites, kus pidevalt viibivad lamavad patsiendid, kasutatakse mõnikord UV-seadmeid, mis kiirgavad tsirkuleerivaid õhuvooge lae all. Peamine puudus sellistes seadmetes on see, et lambid kattev võrkkate lubab läbi ainult kiiri, mis liiguvad rangelt ühes suunas, neelates kasutu enam kui 90% ülejäänud voost.

Õhku võib lisaks puhuriga läbi sellise kiirendi suunata, et sellest saaks ringlusseade, kuid seda ei tehta, ilmselt seetõttu, et ei soovita, et palatisse kujuneks tolmuakumulaator.

Joon. 22. Lakke paigaldatud UV-õhu kiirendi, pilt saidilt [Airsteril].

Ribad kaitsevad inimesi ruumis otsese ultraviolettkiirguse eest, kuid see kiirgus, mis on läbi ribade pääsenud, jõuab lae ja seinte juurde ning peegeldub difuuselt, peegeldumisfaktoriga umbes 10%. Ruum täitub igas suunas toimiva ultraviolettkiirgusega ning inimesed saavad ultraviolettkiirte doosi, mis on proportsionaalne ruumis viibimise ajaga.

Arvustajad ja autor

Arvustajad:
Artyom Balabanov, elektroonikainženere, UV-kovandussüsteemide arendaja;
Rumen Vasilev, PhD, valgustehnik, OÜ «Interlux», Bulgaaria;
Vadim Grigorov, biofüüsik;
Stanislav Lermontov, valgustehnik, OÜ «Kompleks süsteemid»;
Aleksei Pankrashkin, PhD, dotsent, pooljuhtvalguse ja fotonika, OÜ «INTEH Engineering»;
Andrei Khamov, meditsiiniasutuste valgustuse projekteerimise spetsialist;
Vitaly Tsvirko, valgustehnilise katsetamise labori juhataja «CSOT NAN Valgevenes»
Autor: Anton Sharakshan, PhD, valgustehnik ja biofüüsik, I.M. Sechenovi nimeline Esimene Meditsiinikõrgkool

Viidatud lingid

Viidatud lingid

[Airsteril] www.airsteril.com.hk/en/products/UR460
[Aquafineuv] www.aquafineuv.com/uv-lamp-technologies
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLET AIR DISINFECTION
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Optiline kiirgus füüsika ja valgustehnika. Osa 10: Fotobioloogiliselt efektiivne kiirgus, suurused, sümbolid ja tegevuse spektrid. Optiliste kiirguste füüsika ja valgustehnika. Fotobioloogiliselt aktiivne kiirgus. Suurused, tingimuslikud tähised ja tegevuse spektrid.
[ESNA] ESNA Valgustuse käsiraamat, 9. väljaanne. koostaja Rea M.S. Valgustuse inseneride ühing Põhja-Ameerikas, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampide ja lampide süsteemide. Valgusebioloogiline ohutus
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski jt, 2020 COVID-19 koronaviiruse ultraviolettkiirguse vastuvõtlikkus, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma] lisma.su/en/strategiya-i-razvitie/bactericidal-lamp-drt-ultra.html
[Mitsuichemicals] jp.mitsuichemicals.com/en/release/2014/141027.htm
[Nejm] www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMicm1104059
[Paint] www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/analytical-series-principles-of-accelerated-weathering-evaluations-of-coatings
[TUV] www.assets.signify.com/is/content/PhilipsLighting/fp928039504005-pss-ru_ru
[WHO] Maailma Terviseorganisatsioon. Ultraviolettkiirgus: ametlik teaduslik ülevaade UV-kiirguse mõjust keskkonnale ja tervisele, märkides globaalse osoonikihi kahanemise.
[Désar] youtu.be/u6kAe3bOVVw
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Ultraviolett-bakteritsiidse kiirguse kasutamine õhu desinfitseerimiseks ruumides
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Küte, ventilatsioon ja õhukonditsioneerimine.

Allikas: habr.com