Ultraviolett: tõhus desinfitseerimine ja ohutus

Ultraviolettte omadused sõltuvad lainepikkusest ning erinevate allikate ultraviolettkiirgus erineb spektrilt. Arutame, milliseid ultraviolettallikaid kasutatakse ja kuidas neid rakendada, et maksimeerida bakteritsiidset toimet, vähendades samal ajal soovimatute bioloogiliste mõjude riske.

Joon. 1. Fotol ei ole UVC kiirgusega desinfitseerimine, nagu võib arvata, vaid kaitseülikonna kasutamise treening, kus UVA kiirtel tuvastatakse õppetegevuste kehavedelike fluorestsentsilaigud. UVA on pehme ultraviolett, mis ei oma bakteritsiidset toimet. Silmad on kinni – see on põhjendatud ettevaatusabinõu, kuna laia spektriga fluorestseeruv lamp UVA töötlemine kattub UVB-ga, mis on ohtlik nägemisele (allikas Simon Davis/DFID).

Nähtava valguse lainepikkus vastab kvandi energiale, mille juures fotokeemilised toimingud just alata saavad. Nähtava valguse kvandid ergastavad fotokeemilisi reaktsioone spetsiifilistes valgutundlike kudede korral – 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 on jagatud:

• Ainult veidi nähtavale valgusele sarnane, pikk- ja pehme UVA (400…315 nm);
• Keskmise tugevusega – UVB (315…280 nm);
• Lühikesed lainepikkused/ääreline/karm – UVC (280…100 nm).

Ultraviolettkiirguse bakteritsiidne toime

Bakteritsiidset toimet avaldab tugev ultraviolett – UVC, ja vähemal määral keskmise tugevusega ultraviolett – UVB. Bakteritsiidse efektiivsuse kõverast on näha, et selge bakteritsiidne toime on ainult kitsas vahemikus 230…300 nm, mis on umbes neljandik kogu ultraviolettkiirguse vahemikust.

Joon. 2 Bakteritsiidse efektiivsuse kõverad [CIE 155:2003]

Selles spektri vahemikus olevad kvandid neelavad nukleiinhapped, põhjustades DNA ja RNA struktuuri kahjustumise. Lisaks bakteritsiidsele, st baktereid tapvale korrale, on sellel vahemikul viiruseid hävitav (antiviirus), seenepüüdja (antifungal) ja spooride hävitamine (spooride tapmine). Sealhulgas hävitatakse ka 2020. aastal pandeemia põhjustanud RNA-d sisaldav viirus SARS-CoV-2.

Päikesevalguse bakteritsiidne toime

Päikesevalguse bakteritsiidne toime on suhteliselt väike. Vaatame päikesespektrit atmosfääri kohal ja atmosfääris:

Joon. 3. Päikesekiirguse spekter atmosfääri kohal ja merepinnal. Kõige intensiivsem osa ultraviolettkiirgusest ei jõua maa pinnale (laenatud Wikipediast).

Tasub tähele panna kollaselt esile toodud atmosfääriväline spekter. Vasaku kandi kvandi energia atmosfäärivälistest päikesepruunidest kiirte lainepikkusega alla 240 nm vastab keemilise sideme energiaga 5.1 eV hapniku molekulis "O2". Molekulaarne hapnik neelab neid kvante, keemiline side puruneb, moodustub aatom-hapnik "O", mis seondub tagasi hapnikumolekulide "O2" ja osaliselt osooni "O3".

Päikese atmosfääriväline UVC moodustab atmosfääri ülemistes kihtides osooni, mida nimetatakse osoonikihiks. Osooni molekuli keemilise sideme energia on madalam kui hapniku molekuli oma, seetõttu neelab osoon madalama energiaga kvante kui hapnik. Ja kui hapnik neelab ainult UVC, siis osoonikihk neelab nii UVC kui ka UVB. Selgub, et päike genereerib osooni ultraviolettspektri äärmisel osal ning see osoon neelab seejärel suure osa agressiivsest päikesekiirgusest, kaitstes Maad.

Ja nüüd ettevaatlikult, tähelepanu pöörates lainepikkustele ja skaalale, sobitage päikesespekter bakteritsiidsest toimimisest saadud spektriga.

Joon. 4 Bakteritsiidse toime spekter ja päikese kiirguse spekter.

On näha, et päikesevalgusel on bakteritsiidne toime vaid vähesel määral. Atmosfäär neelab peaaegu täielikult spektri, mis suudab avaldada bakteritsiidset toimet. Aastaajal ja erinevatel laiuskraadidel on olukord veidi erinev, kuid kvaliteetselt sarnane.

Ultraviolettkiirguse oht

Ühe suure riigi juht märkis: „COVID-19 ravimiseks tuleb tuua päikesevalgus kehasse“. Siiski hävitab bakteritsiidne UV RNA-d ja DNA-d, sealhulgas inimeste omi. Kui „toimetada päikesevalgus kehasse“ – inimene sureb.

Epidermis, ennekõike sarvkiht surnud rakkudest, kaitseb elusat kude UVC eest. Epidermise kihist tungib läbi vähem kui 1% UVC kiirgusest [WHO]. Pikemad UVB ja UVA lained tungivad suuremale sügavusele.

Kui päikese ultraviolettkiirgust ei oleks, ei pruugiks inimestel olla epidermist ja sarvkesta, ning keha pind oleks limane nagu tigudel. Kuid kuna inimesed on arenenud päikese all, on limased ainult päikese eest kaitstud pinnad. Kõige haavatavam limane pind on silma pind, mida on tinglikult kaitstud päikese ultraviolettkiirguse eest sajandeid, silmalaugude, ripsmete, kulmude, näo liikumise ja harjumuse tõttu mitte päikesele vaatamises.

Kui esmakordselt õpiti asendama läätse kunstlikuga, seisid oftalmoloogid silmitsi võrkkesta põletuste probleemiga. Hakati uurima põhjuseid ja selgus, et elav inimläätse ultraviolettkiirguse jaoks ei ole läbipaistev ja kaitseb võrkkesta. Pärast seda hakati valmistama kunstläätse, mis on ultraviolettkiirguse jaoks läbipaistmatud.

Silmade ultraviolettkiirte all illustreerib objektiivi opaki kummalisus ultraviolettkiirte suhtes. Oma silma ei tohi ultraviolettkiirtega valgustada, kuna objektiiv hägune koos ajaga, sealhulgas aastate jooksul kogunenud ultraviolettdoosist, ja vajab vahetust. Seetõttu kasutame julgete inimeste kogemust, kes ignoreerisid ohutust, valgustasid end ultravioletttaskulampiga lainepikkusel 365 nm ja postitasid tulemuse YouTube'i.

Joon. 5 Kaader Youtube'i kanalilt "Kreosan".

365 nm lainepikkusega (UVA) luminofoorlambid on populaarsed. Need ostavad täiskasvanud, kuid satuvad paratamatult ka laste kätte. Lapsed suunavad nende lampidega endale silma, jälgivad hoolikalt ja pikalt säravat kristalli. Selliseid toiminguid on soovitatav vältida. Kui see on juhtunud, võib end rahustada sellega, et kataraak, nagu uuringud hiirtel näitavad, kutsutakse kindlalt esile objektiivi UVB kiirgusega, kuid UVA katarogeenset efekti ei peeta stabiilseks.WHO].
Ja siiski ei ole ultraviolettkiirguse täpne mõju silmakristallile teada. Kuna katarakt on tugevasti edasi lükatud efekt, on vaja natuke mõistust, et mitte ultraviolettkiirgusele ohtu seada.

Ultraviolettkiirguse all ärrituvad kiiresti silma limaskestad, seda nimetatakse fotokeratiidiks ja fotokonjunktiviidiks. Limaskestad muutuvad punaseks ja tekib tunne nagu oleks „liiva silmades”. Efekt möödub pärast mõnda päeva, kuid korduvad põletused võivad viia sarvkesta udulemiseni.

Sellel efektilt tekitavad lainepikkused vastavad umbkaudselt ultraviolettkiirguse ohtlikkuse kaalutud funktsioonile, mis on esitatud fotobioloogilise ohutuse standardis [IEC 62471] ja langevad enam-vähem kokku bakteritsiidse toime ulatusega.

Joon. 6 Ultraviolettkiirguse spektrid, mis põhjustavad fotokonjunktiviiti ja fotokeratiiti rohkem [DIN 5031-10] ja kaalutud aktiinse ultraviolettkiirguse ohtlikkuse funktsiooni jaoks nahale ja silmadele [IEC 62471].

Fotokeraatiti ja fotokonjunktiviidi läveannus on 50-100 J/m²; see väärtus ei ületa desinfektsiooniks kasutatavaid doose. Silma limaskesta desinfitseerimine ultraviolettvalgustusega ilma põletikku tekitamata ei ole võimalik.

Erüteem, ehk "päikesepõletus", on ohtlik ultraviolettvalgustusele vahemikus kuni 300 nm. Mõnede allikate kohaselt on erüteemi maksimaalne spektraalne efektiivsus lainete pikkustes umbes 300 nm [WHO]. Minimaalne annus, mis põhjustab vaevu märgatavat erüteemi (MAD - minimaalne erütööndusdoos) erinevate nahatüüpide jaoks varieerub 150–2000 J/m². Kesk-Eestis võib tüüpiliseks MAD-ks pidada väärtust umbes 200...300 J/m².

UVB vahemikus 280-320 nm, maksimaalsega umbes 300 nm, kutsub esile nahavähi. Läveannust ei ole; suurem annus – suurem risk ja efekt on viivitusega.

Joon. 7 Ultraviolettkiirguse mõjude kõverad, mis põhjustavad erüteemi ja nahavähki.

Fotoindutseeritud naha vananemine on põhjustatud ultraviolettkiirgusest vahemikus 200…400 nm. Tuntud on foto kaugjuhtimist, kelle seeeni alluvusest on peamiselt vasakult poolt. Juht oli harjunud sõitma autos avatud juhtimisakna kaudu, kuid parempoolne näo osa oli ultraviolettkiirguse eest kaitstud tuuleklaasi tõttu. Vanusevahe nahal paremal ja vasakul poolel on muljetavaldav:

Joon. 8 Foto juhist, kes 28 aastat sõitis avatud juhtimisakna kaudu [Nejm].

Kui üldiselt hinnata, et naha vanus selle inimese näo erinevates külgedes erineb kakskümmend aastat ja see on tagajärg sellele, et umbes sama palju kakskümmend aastat on üks näo külg päikesevalguse käes olnud, samas kui teine ei ole, võib olla ettevaatlikult järeldada, et päev avatud päikese all vanandab nahka ühe päeva võrra.

Viidatud andmed [WHO] on teada, et keskmistes laiuskraadides suvel otsese päikesevalguse käes saavutatakse minimaalne erytematoosne annus 200 J/m2 kiiremini kui tunni jooksul. Kui võrrelda neid numbreid saadud järeldusega, võib teha veel ühe järelduse – naha vananemine perioodiliste ja lühiajaliste UV-lampide kasutamise korral ei kujuta endast märkimisväärset ohtu.

Kui palju ultraviolettkiirgust on vaja desinfitseerimiseks

Elutute mikroorganismide arv pindadel ja õhus väheneb eksponentsiaalselt ultraviolettkiirguse annuse suurenedes. Näiteks annus, mis tapab 90% tuberkuloosi mikroobidest – 10 J/m2. Kaks sellist annust tapavad 99%, kolm annust tapavad 99,9% jne.

Joon. 9 Tuberkuloosi mikroobide ellujäämise osa sõltuvus ultraviolettkiirguse annusest lainepikkusel 254 nm.

Eksponentsiaalne sõltuvus on tähelepanuväärne selle poolest, et isegi väike annus tapab suure osa mikroorganismidest.

Nende hulgas [CIE 155:2003] patogeenseid mikroorganisme on kõige resistentsemad ultraviolettvalgusele sarnane. Annus, mis tapab 90% tema bakteritest, on 80 J/m². [Kowalski2020] uuringu andmetel on 90% koronaviirustest tapva annuse keskmine väärtus 67 J/m². Suurema osa mikroorganismide jaoks ei ületa see annus 50 J/m². Praktiliste eesmärkide jaoks võib meeles pidada, et standardne annus, mis desinfitseerib 90% efektiivsusega, on 50 J/m².

Vastavalt Venemaa tervishoiuministeeriumi heakskiidetud meetodile ultraviolettvalguse kasutamiseks õhu desinfitseerimiseks [R 3.5.1904-04] maksimaalne desinfitseerimise efektiivsus, kolme üheksiku ehk 99,9% nõutakse operatsiooniruumides, sünnitusmajades jne. Kooliklasside, avalike hoonete jne puhul on piisav «üks üheksik», st 90% hävitatud mikroorganismidest. See tähendab, et sõltuvalt ruumi kategooriast on piisav üks kuni kolm standardset annust 50…150 J/m².

Näidis vajaliku kiirgusaja hindamiseks: oletame, et tuleb desinfitseerida õhk ja pindade suuruses toas 5 × 7 × 2,8 meetrit, mille jaoks kasutatakse ühte avatud lampi Philips TUV 30W.

Lampide tehnilises kirjelduses on bakteritsiidsest voolust 12 W [TUV]. Ideaalses olukorras suunatakse kogu vool rangelt desinfitseeritavatele pindadele, kuid tegelikkuses kaob pool voolust kasutult, näiteks liiga intensiivne valgustus lampi taga olevale seintele. Seetõttu arvutame kasuliku voolu 6 W. Üldine kiiritatud pindade ala ruumis – põrand 35 m² + lae 35 m² + seinad 67 m², kokku 137 m².

Keskmiselt langeb bakteritsiidsest kiirgusest pindadele vool 6 W/137 m² = 0,044 W/m². Tunni, st 3600 sekundi jooksul, langeb nendele pindadele annus 0,044 W/m² × 3600 s = 158 J/m², või ümardatult 150 J/m². See vastab kolmele standardsele annusele 50 J/m² või „kolmele üheksale“ – 99,9% bakteritsiidsest efektiivsusest, s.t. operatsiooninõuetele. Ja kuna arvutatud annus, enne kui see pindadele langeb, läbis ruumi mahu, desinfitseeriti õhk sama tõhusalt.

Kui steriilsuse nõuded on madalad ja piisab „ühe üheksa” saavutamisest, on arvestatud juhtumi korral vaja kolm korda lühemat kiiritusaega – ümardatult 20 minutit.

Ultraviolettkiirguse kaitse

Põhimeede desinfitseerimise ajal ultraviolettkiirgusega on ruumist lahkumine. Läheduses viibimine töötava UV-lambi juures ilma pilku pööramata ei aita, limaskesta silmad saavad ikkagi kiiritust.

Osaliseks hoidumiseks limaskestade kaitsmisel võivad olla klaassegmendid. Kategooriline väide, et "klaas ei lase ultraviolettkiirgust läbi", on vale; see laseb seda mingil määral läbi, erinevate klaassimarkide puhul erinevalt. Üldiselt väheneb läbiv koefitsient lainepikkuse vähenedes ning UVC läbib efektiivselt vaid kvartsklaasi. Prillide läätsed ei ole igal juhul kvartsist.

Kindel on, et UV400 märgistusega prillide läätsed ei lase ultraviolettkiirgust läbi.

Joon. 10 Prillide klaaside spektri läbilaskvuse graafik UV380, UV400 ja UV420 indeksitega. Pilt saidilt [Mitsuichemicals]

Kaitsemeetmena on ka bakteritsiidse UVC-indeksi allika kasutamine, mis ei kiirga potentsiaalselt ohtlikke, kuid desinfitseerimise jaoks ebaefektiivseid UVB ja UVA kiirgusi.

Ultraviolettallikad

UV-diodid

Kõige levinumad on 365 nm (UVA) ultravioletsed dioodid, mida kasutatakse "politseifonadel", mis põhjustavad nähtamatute saasteainete tuvastamiseks luminoossust. Selliste dioodidega desinfitseerimine ei ole võimalik (vt joonis 11).
Desinfitseerimiseks saab kasutada lühikese lainepikkusega UVC dioode, mille lainepikkus on 265 nm. Dioodide mooduli hind, mis asendaks elavhõbeda bakteritsiidse lambi, ületab lambi hinda kolme korda, seetõttu ei kasutata selliseid lahendusi suurte pindade desinfitseerimiseks. Kuid ilmuvad kompaktsed UV-dioodidel põhinevad seadmed väikeste pindade desinfitseerimiseks – tööriistade, telefonide, nahakahjustuste jms jaoks.

Madala rõhuHg lambid

Madala rõhuHg lamp on standard, millega võrreldakse kõiki teisi allikaid.
Peamine elavhõbeda aurude kiirgusenergia madalal rõhul elektrilises välgus langeb lainepikkusele 254 nm, mis on ideaalne desinfitseerimiseks. Väike osa energiast kiirgub lainepikkusel 185 nm, mis genereerib intensiivselt osooni. Väga väike kogus energiat kiirgub muudel lainepikkustel, sealhulgas nähtavas spektris.

Tavapärastes valge valguse elavhõbedalampides ei lase kausi klaas elavhõbeda aurudest kiirgavat ultraviolettkiirgust läbi. Kuid fosfor, valge pulber kausi seintel, kiirgab ultraviolettkiirguse toimel nähtavas spektris.

UVB- või UVA-lampide ehitus on sarnane, kausi klaas ei lase läbi 185 nm ja 254 nm tippu, kuid fosfor kiirgab lühikese laineulatuvuse ultraviolettkiirguse toimel mitte nähtavat valgust, vaid pikema laineulatuses ultraviolettkiirgust. Need on tehnilise otstarbega lambid. Kuna UVA-lampide spekter sarnaneb päikese spektriga, kasutatakse neid ka päevitamiseks. Spektri ja bakteriotsustava efektiivsuse kõveraga võrdlemine näitab, et UVB- ja eriti UVA-lampe desinfitseerimiseks ei ole otstarbekas kasutada.

Joonis 11. Bakteritsiidse efektiivsuse kõverate, UVB lambi spektri, „päevitus” UVA lambi spektri ja 365 nm dioodi spektri võrdlus. Lampide spektrid on saadud Ameerika värvitootjate assotsiatsiooni veebisaidilt [Paint].

Tuleb märkida, et UVA luminofoorlambi spekter on lai ja katab UVB ulatuse. 365 nm dioodi spekter on märgatavalt kitsam, see on „aus UVA”. Kui UVA-d on vaja dekoratiivsete eesmärkide saavutamiseks või saasteainete tuvastamiseks, on dioodi kasutamine ohutum kui ultraviolett luminofoorlambi kasutamine.

Elavhõbeda madala rõhu UVC bakteritsiidne lamp erineb luminofoorlamptest selle poolest, et lampide seinte peal ei ole luminofoori ning lamp laseb ultraviolettkiirgust läbi. Peamine 254 nm rida läbib alati, samas kui osooni tekitav 185 nm rida võib lampi spektris jääda või eemalduda selektiivse läbilaskega klaasi kaudu.

Joonis 12. Kiirguse ulatus on näidatud ultraviolettlampide märgistusel. UVC bakteritsiidne lamp on tuvastatav luminofoori puudumise järgi lambi korpusel.

Osoon omab lisabakteritsiidset toimet, kuid on kantserogeen, seetõttu ei oodata osooni kadumist pärast desinfitseerimist. Kasutatakse osooni mittetootvaid lampide, millel ei ole 185 nm lainetust. Need lambid omavad peaaegu ideaalset spektrit — peamine joon, millel on kõrge bakteritsiidne efektiivsus 254 nm, väga nõrk kiirgus mitte-bakteritsiidsetes ultraviolettide vahemikes ning väike „signaal” kiirgus nähtavas vahemikus.

Joon. 13. Madalrõhu UVC elavhõblampe spekter (pakutud ajakirja lumen2b.ru poolt) on koondatud päikesekiirguse spektriga (Vikipeediast) ja bakteritsiidse efektiivsuse kõveraga (ESNA Lighting Handbook [ESNA]).

Bakteritsiidsete lampide sinine kuma aitab näha, et elavhõbeli lamp on sisse lülitatud ja töötamas. Kuma on nõrk, mis loob vale mulje, et lambile on ohutu vaadata. Me ei tunne, et UVC vahemikus kiirgus on 35…40% lambi koguvõimsusest.

Joon. 14 Väike osa elavhõhuauru kiirgusest on nähtavas vahemikus ning on nähtav kui nõrk sinine kuma.

Bakteritsiidne madalpõhjaline elavhõblamp on sama sokliga nagu tavaline luminofoorlamp, kuid selle pikkus on erinev, et bakteritsiidset lampi ei saaks paigaldada tavapärastesse valgustitesse. Bakteritsiidse lambi valgusti erineb mitte ainult mõõtmetelt, vaid ka sellega, et kõik plastosad on ultraviolettkiirguse suhtes vastupidavad, juhtmed on ultraviolettkiirguse eest kaitstud ja hajuti puudub.

Kodu bakteritsiidsete vajaduste jaoks kasutab autor 15 W bakteritsiidset lampi, mida varem kasutati hüdroponiliste seadmete toitaine lahuse desinfitseerimiseks. Selle analooge võib leida otsingus „akvaariumi UV sterilisaator“. Lambi töötamise ajal eraldub osoon, mis ei ole hea, kuid desinfitseerimiseks, näiteks jalatsite puhul, on see kasulik.

Joon. 15 Madalpõhjalised elavhõblambid erinevat tüüpi soklitega. Pildid saidilt Aliexpress.

Keskmise ja kõrge rõhu elavhõblambid

Elavendusega elavate aurude rõhk muudab spektrit keeruliseks; spekter laieneb ja ilmub rohkem jooni, sealhulgas oosooni genereerimise lainepikkustes. Elavhõbeda lisamine toob veelgi suurema spektri keerukuse. Tüüpe selliseid lampe on palju ja igaühe spekter on eriline.

Joon. 16 Näiteks keskmise ja kõrge rõhu elavhõbulampide spektritest

Rõhu tõus vähendab lambi tõhusust. Keskmise rõhuga Aquafineuv lambi näitel kiirgavad UVC alal tooted juba 15-18% tarbitud võimsusest, mitte 40% nagu madala rõhuga lambid. Ja seadmete hind ühe vati UVC voolu arvutamisel on kõrgem [Aquafineuv].
Tõhususe vähenemine ja lambi hinna tõus kompenseerivad kompaktsus. Näiteks voolava vee desinfitseerimine või kõrge kiirusel kantud laki kuivamine trükikojas nõuavad kompaktsed ja võimsad allikad, seega ei ole ühe võrgu hind ja efektiivsus olulised. Kuid sellise lambi kasutamine desinfitseerimiseks ei ole korrektne.

UV-kiirgaja DRL-süütelambist ja DRТ lambist

On olemas „rahvapärane“ viis suhteliselt soodsalt saada võimas ultraviolettallikas. Müügis on endiselt DRI valge valguse lambid 125…1000 W, kuigi need on kasutusest kõrvaldatud. Nendes lampides on välimise kolvi sees „kütus“ — kõrgsurve elavhõbeda lamp. See kiirgab laiaulatuslikku ultraviolettvalgust, mis jääb kinni välimisse klaaskolvisse, kuid paneb selle seinte peal fluorestsentsmaterjali helendama. Kui välimine kolb purustada ja kütuse korralikult elektrivõrku ühendada, saab võimsa laiaulatusliku ultraviolettkiirguri.

Käsitsi valmistatud kiirgajal on puudusi: madalam efektiivsus võrreldes madalama rõhu lampidega, suur osa ultraviolettkiirgusest jääb bakteritsiidse spektri välisse, ja ruumis ei tohi viibida mõnda aega pärast lambi väljalülitamist, kuni osoon laguneb või välja tuulutatakse.

Kuid eelised on vaieldamatud: madalad kulud ja suur jõud kompaktsetes mõõtmetes. Eeliste hulka kuulub ka osooni genereerimine. Osoon desinfitseerib varjatud pindasid, kuhu ultraviolettkiired ei ulatu.

Kujundus 17. UV-kiirgaja, mis on valmistatud DРL lampidest. Fotograafia on avaldatud autori, Bulgaaria hambaarsti, loal, kes kasutab seda kiirgajat koos Philips TUV 30W standardse bakteritsiidi lambiga.

Sarnased UV-desinfitseerimisallikad, milleks on kõrgsurve elavhõbeda lambid, kasutatakse OУФК-01 «Г päikese» tüüpi kiirgajates.

Näiteks populaarse lambi «ДРТ 125-1» tootja ei avalda spektrit, kuid dokumentatsioonis toob välja järgmised parameetrid: kiirenduse intensiivsus 1 m kauguselt lambist UVA – 0,98 W/m², UVB – 0,83 W/m², UVC – 0,72 W/m², bakteritsiidi vool 8 W, ja pärast kasutamist on vajalik ruumi ventilatsioon osooni [Lisma]. Otsese küsimuse peale erinevuse kohta DРT lambi ja DРL põletiga vastas tootja oma blogis, et DРT-l on katoodidel soojust hoidja roheline kate.

Kujundus 18. Laialdase UV-allika — lambi DРT-125

Tehniliste andmete kohaselt on spekter laiaulatuslik, kusjuures kiirgus jaotub võrdselt pehme, keskmise ja kõva ultraviolettkiirguse vahel, sealhulgas hõlmab see ka osooni genereerivat kõva UVC-d. Bakteritsiidne voog moodustab 6,4% tarbimisest, mis tähendab, et efektiivsus on 6 korda väiksem kui madala rõhu torulampidel.

Tootja ei avalda selle lambi spektrit, kuid Internetis ringleb pidevalt sama pilt mingi DRD spektraaliga. Algallikas on teadmata, kuid UVC, UVB ja UVA vahemikes energia suhe ei vasta DRD-125 lambi jaoks nimetatule. DRD jaoks on väljatoodud ligikaudu võrdsed suhted, kuid spektri põhjal on näha, et UVB energia on mitu korda suurem kui UBC energia. Samuti on UVA energia mitu korda kõrgem kui UVB.

Joon. 19. Kõrgsurve elavhõbulambi spekter, mis kõige paremini illustreerib laialdaselt meditsiinilistel eesmärkidel kasutatavat DRD-125 spektrit.

On selge, et erineva rõhu ja elavhõbeda lisanditega lambid kiirgavad veidi erinevalt. Samuti on selge, et teavitamata tarbija on kalduv ise ette kujutama soovitud toote omadusi ja omadusi, omandama oma oletustele põhineva kindluse ning ostma toote. Kui aga avaldatakse konkreetse lambi spekter, tekitab see arutelusid, võrdlusi ja järeldusi.

Autor ostis kunagi OUFK-01 seadme koos DRT-125 lambiga ja kasutas seda mitu aastat plasttoodete UV-kindluse testimiseks. Ta kiirgas korraga kahte toodet, millest üks oli kontrollimiseks UV-kindlast plastmassist ja vaatas, kumb kollaseks muutub kiiremini. Sellise rakenduse jaoks ei ole täpse spektri kuju teadmine vajalik, oluline on, et kiirgaja oleks laia sagedusvahemikuga. Kuid milleks kasutada laia sagedusvahemikuga UV-kiirgust, kui on vajalik desinfektsioon?

OÜFК-01 määruses on märgitud, et seadme kasutamine on soovitatav teravate põletikuliste protsesside korral. See tähendab, et olukordades, kus nahadezinfektsiooni positiivne mõju ületab laiaulatusliku ultraviolettkiirguse võimaliku kahju. On selge, et ka sellistes olukordades on parem kasutada kitsariba ultravioltti, ilma spektris olevate pikkuste, mis avaldavad muud mõju peale bakteritsiidse.

Õhu desinfitseerimine

Ultraviolet kiiritust peetakse pinnakate desinfitseerimisel ebapiisavaks vahendiks, kuna kiired ei pääse sinna, kuhu pääseb näiteks alkohol. Kuid ultraviolettkiirgus desinfitseerib õhku tõhusalt.

Aevastamisel ja köhimisel tekivad tilgad, mille suurus on mitu mikromeetrit, mis jäävad õhku paarist minutist kuni mitme tunnini [CIE 155:2003]. Tuberkuloosi uuringud on näidanud, et nakkamiseks piisab ühest aerosooltilgast.

Vabas õhus oleme suhteliselt turvalised tänu suurtele õhuhulkadele ja liikuvusele, mis suudavad hajutada ja desinfitseerida mistahes aevastuse ajaga ja päikesekiirgusega. I even metroo, while the share of infected people is small, the overall air volume per infected individual is high, and good ventilation makes the risk of infection spread low. The most dangerous place during airborne disease pandemics is the elevator. Therefore, those who sneeze must be quarantined, and air in public places with insufficient ventilation needs disinfection.

Ringkonverterid

Üks õhu desinfitseerimise võimalusi on suletud UV-ringkonverterid. Arutame ühte sellist konverterit – "Dezar 7", mis on tuntud selle poolest, et on nähtud isegi riigi juhataja kabinetis.

Ringkonverteri kirjelduses on öeldud, et see puhub välja 100 m³ tunnis ja on mõeldud 100 m³ ruumi töötlemiseks (umbes 5 × 7 × 2,8 meetrit).
Kuid 100 m³ õhu desinfitseerimise võimekus tunnis ei tähenda, et 100 m³ ruumi õhk töödeldaks tunnis sama tõhusalt. Töödeldud õhk lahjendab musta õhu ja satub sellisena korduvalt tagasi ringlusse. Matemaatilise mudeli koostamine ja sellise protsessi efektiivsuse arvutamine ei ole keeruline.

Joon. 20 UV-ringlusseadmestiku mõju mikroorganismide arvule ruumis, kus ventilatsiooni pole.

Kuna mikroorganismide kontsentratsiooni õhus on võimalik vähendada 90% võrra, peab ringlusseade töötama kauem kui kaks tundi. Ilma ventilatsioonita siseruumis on see võimalik. Kuid inimesi sisaldavaid ja ventilatsioonita ruume normaalses olukorras ei eksisteeri. Näiteks, [SP 60.13330.2016] määrab minimaalse õhuvahetuse määra ventilatsioonis 3 m³ tunnis iga 1 m² korteri pindala kohta. See vastab täielikule õhuvahetusele iga tunni järel, mis muudab ringlusseadmise töö kasutuks.

Kui vaadelda mudelit, mis ei põhine täielikul segunemisel, vaid laminaarsetel voogudel, mis järgivad toas kehtestatud keerulist trajektoori ja suunduvad ventilatsiooni, on ühe sellise voolu desinfitseerimise kasu veelgi väiksem kui täieliku segunemise mudelis.

Igatahes ei ole UV-ringlus seade kasulikum kui avatud aken.

Üks põhjusi, miks ringlus seadmetel on madala efektiivsusega, on see, et bakteritsiidne efekt on igasuguste UV-voogude kohta äärmiselt väike. Kiir läbib seadme sees umbes 10 sentimeetrit, pärast mida peegeldub see alumiiniumilt, mille peegeldustegur on umbes k=0,7. See tähendab, et kiirguse efektiivne läbitavus seadme sees on umbes pool meetrit, pärast mida see neelatakse kasulikult.

Joon. 21. Kaader Youtube'i videost, kus uuritakse ringlusseadet. Näha on bakteritsiidseid lampe ja alumiiniumist peegelduvat pinda, mis peegeldab ultraviolettkiirgust oluliselt halvemini kui nähtav valgus [Dezar].

Bakteritsiidlamp, mis ripub avalikult polikliiniku seinal ja lülitatakse arsti poolt ajakava järgi sisse, on kordi tõhusam. Avatud lambi kiired ulatuvad mitme meetrini, desinfitseerides esmalt õhu ja seejärel veel ka pinnad.

Õhupuhastajad ruumi ülaosas

Haiglate palatites, kus pidevalt viibivad lamavad patsiendid, kasutatakse mõnikord UV-seadmeid, mis kiirgavad ringluses olevat õhku lae all. Peamine puudus sellistest seadmetest on see, et lambid katvad võred lubavad läbi pääseda vaid kiirte, mis liiguvad rangelt ühes suunas, neelates kasutu osa üle 90% ülejäänud voost.

Lisaks saab õhku puhastada läbi sellise kiirgaja, et samal ajal oleks see ka ringlussevõtja, kuid seda ei tehta, tõenäoliselt seetõttu, et ei soovita, et palatisse koguneks tolm.

Joon. 22 Lagede UV-õhupuhastaja, pilt saidilt [Airsteril].

Ribid kaitsevad inimesi siseruumides otsese ultraviolettkiirguse eest, kuid ribidest mööda pääsenud kiirgus jõuab laeni ja seintele, peegeldudes hajusalt, peegeldumise koefitsiendiga umbes 10%. Ruumi täidab igas suunas liikuv ultraviolettkiirgus ja inimesed saavad ultraviolettkiirguse doosi, mis on proportsionaalne ruumis veedetud ajaga.

Arvustajad ja autor

Arvustajad:
Artyom Balabanov, elektroonikainsener, UV-kindlate süsteemide arendaja;
Rumen Vasilev, tehnikakandidaat, valgusinsener, OOD "Interlux", Bulgaaria;
Vadim Grigorov, biofüüsik;
Stanislav Lermontov, valgusinsener, OÜ "Kompleksed Süsteemid";
Aleksei Pankrashkin, tehnikakandidaat, dotsent, pooljuhtehnika ja fotonika, OÜ "INTEKH Inseneriteenus";
Andrei Kramov, meditsiiniliste asutuste valgustuse projekteerimise spetsialist;
Vitaliy Tsvirko, valgustehnika katsetamise laboratooriumi juhataja "CSOT NAN Belarus"
Autor: Anton Sharakshane, filosoofiateaduste doktor, valgusinsener ja biofüüsik, Esimene MGUMU nim. I.M. Sečenov

Lingid

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 Optilise kiirguse füüsika ja valgustehnika. Osa 10: Fotobioloogiliselt efektiivne kiirgus, suurused, sümbolid ja tegevusspetktrid. Optiliste kiirguste füüsika ja valgustehnika. Fotobioloogiliselt aktiivne kiirgus. Suurused, tingimused ja tegevusspetktrid.
[ESNA] ESNA Valguse käsiraamat, 9. väljaanne. Toim. Rea M.S. Ameerika Põhja-Valgustustehnika Ühing, New York, 2000.
[IEC 62471] GOST R MÉK 62471-2013 Lambid ja lambisüsteemid. Valgusebioloogiline ohutus.
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski jt, 2020 COVID-19 Koroonaviiruse ultraviolett-olek, 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
[ВОЗ] Maailma Terviseorganisatsioon. Ultraviolettkiirgus: ametlik teaduslik ülevaade UV-kiirguse mõjust keskkonnale ja tervisele, sealhulgas ülemaailmse osooni kihi vähenemise mainimine.
[Дезар] youtu.be/u6kAe3bOVVw
[Р 3.5.1904-04] Р 3.5.1904-04 Ultraviolett-bakteritsiidse kiirguse kasutamine õhu desinfitseerimiseks ruumides.
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Küte, ventilatsioon ja õhu konditsioneerimine.

Allikas: habr.com