خواص فرابنفش به طول موج بستگی دارد و فرابنفش از منابع مختلف طیف متفاوتی دارد. ما در مورد منابع نور ماوراء بنفش و نحوه استفاده از آنها به منظور به حداکثر رساندن اثر باکتری کشی و در عین حال به حداقل رساندن خطرات اثرات بیولوژیکی ناخواسته بحث خواهیم کرد.
برنج. 1. عکس آنطور که فکر می کنید ضد عفونی با اشعه UVC نیست، بلکه آموزش استفاده از لباس محافظ با تشخیص نقاط درخشان مایعات بدن تمرین در اشعه UVA را نشان می دهد. UVA یک اشعه ماوراء بنفش نرم است و اثر باکتری کشی ندارد. بستن چشم ها یک اقدام احتیاطی منطقی برای ایمنی است، زیرا طیف وسیع لامپ های فلورسنت UVA مورد استفاده با UVB همپوشانی دارند که برای بینایی مضر است (منبع Simon Davis/DFID).
طول موج نور مرئی مطابق با انرژی کوانتومی است که در آن عمل فتوشیمیایی ممکن است. کوانتوم های نور مرئی واکنش های فتوشیمیایی را در یک بافت حساس به نور خاص - شبکیه چشم - تحریک می کند.
اشعه ماوراء بنفش نامرئی است، طول موج آن کوتاه تر، فرکانس و انرژی کوانتوم بیشتر است، تابش شدیدتر است، و تنوع واکنش های فتوشیمیایی و اثرات بیولوژیکی بیشتر است.
اشعه ماوراء بنفش در موارد زیر متفاوت است:
- طول موج بلند/نرم/نزدیک به UVA (400...315 نانومتر) از نظر خواص مشابه نور مرئی.
- سختی متوسط - UVB (315...280 نانومتر);
- موج کوتاه / موج بلند / سخت - UVC (280 … 100 نانومتر).
اثر ضد باکتری اشعه ماوراء بنفش
یک اثر باکتری کش توسط نور ماوراء بنفش سخت - UVC، و به میزان کمتر توسط نور فرابنفش متوسط - سخت - UVB اعمال می شود. منحنی کارایی باکتری‌کشی نشان می‌دهد که تنها یک محدوده باریک 230 ... 300 نانومتر، یعنی حدود یک چهارم محدوده‌ای که ماوراء بنفش نامیده می‌شود، اثر باکتری‌کشی واضحی دارد.
برنج. 2 منحنی بازده باکتری از []
کوانتوم هایی با طول موج در این محدوده توسط اسیدهای نوکلئیک جذب می شوند که منجر به تخریب ساختار DNA و RNA می شود. این محدوده علاوه بر باکتری کش بودن، یعنی از بین بردن باکتری ها، دارای اثرات ویروس کش (ضد ویروس)، قارچ کش (ضد قارچ) و اسپور کش (کشنده هاگ) است. این شامل کشتن ویروس RNA SARS-CoV-2020 است که باعث همه گیری سال 2 شد.
اثر باکتری کش نور خورشید
اثر ضد باکتریایی نور خورشید نسبتاً کم است. بیایید به طیف خورشیدی در بالا و پایین جو نگاه کنیم:
برنج. 3. طیف تابش خورشید در بالای جو و در سطح دریا. خشن ترین قسمت محدوده اشعه ماوراء بنفش به سطح زمین نمی رسد (برگرفته از ویکی پدیا).
شایان ذکر است که به طیف اتمسفر بالا که با رنگ زرد مشخص شده است توجه کنید. انرژی کوانتومی لبه چپ طیف پرتوهای خورشیدی فوق جوی با طول موج کمتر از 240 نانومتر مربوط به انرژی پیوند شیمیایی 5.1 eV در مولکول اکسیژن "O2" است. اکسیژن مولکولی این کوانتوم ها را جذب می کند، پیوند شیمیایی شکسته می شود، اکسیژن اتمی "O" تشکیل می شود که دوباره به مولکول های اکسیژن "O2" و تا حدی ازن "O3" ترکیب می شود.
UVC سوپراتمسفر خورشیدی در اتمسفر فوقانی ازن را تشکیل می دهد که لایه اوزون نامیده می شود. انرژی پیوند شیمیایی در یک مولکول ازن کمتر از یک مولکول اکسیژن است و بنابراین ازن مقدار انرژی کمتری نسبت به اکسیژن جذب می کند. و در حالی که اکسیژن فقط UVC را جذب می کند، لایه اوزون UVC و UVB را جذب می کند. به نظر می رسد که خورشید در لبه قسمت فرابنفش طیف ازن تولید می کند و این ازن سپس بیشتر تابش ماوراء بنفش سخت خورشید را جذب می کند و از زمین محافظت می کند.
حال با دقت و توجه به طول موج ها و مقیاس، طیف خورشیدی را با طیف اثر باکتری کشی ترکیب می کنیم.
برنج. 4 طیف اثر باکتری کش و طیف تابش خورشیدی.
مشاهده می شود که اثر ضد باکتریایی نور خورشید ناچیز است. بخشی از طیف که قادر به اعمال اثر ضد باکتری است تقریباً به طور کامل توسط جو جذب می شود. در زمان های مختلف سال و در عرض های جغرافیایی مختلف وضعیت کمی متفاوت است، اما از نظر کیفی مشابه است.
خطر اشعه ماوراء بنفش
رهبر یکی از کشورهای بزرگ پیشنهاد کرد: "برای درمان COVID-19، باید نور خورشید را به داخل بدن وارد کنید." با این حال، اشعه ماوراء بنفش میکروب کش RNA و DNA از جمله انسان را از بین می برد. اگر "نور خورشید را به بدن برسانید"، فرد خواهد مرد.
اپیدرم، در درجه اول لایه شاخی سلول های مرده، از بافت زنده در برابر UVC محافظت می کند. در زیر لایه اپیدرمی، تنها کمتر از 1٪ از اشعه UVC نفوذ می کند [WHO]. امواج UVB و UVA طولانی تر به اعماق بیشتری نفوذ می کنند.
اگر تابش فرابنفش خورشیدی وجود نداشت، شاید مردم اپیدرم و لایه شاخی نداشتند و سطح بدن مانند حلزون ها مخاطی بود. اما از آنجایی که انسان در زیر نور خورشید تکامل یافته است، تنها سطوحی که از خورشید محافظت می شوند مخاط هستند. آسیب پذیرترین سطح مخاطی چشم است که به طور مشروط از اشعه ماوراء بنفش خورشیدی توسط پلک ها، مژه ها، ابروها، مهارت های حرکتی صورت و عادت به نگاه نکردن به خورشید محافظت می شود.
هنگامی که آنها برای اولین بار یاد گرفتند که لنز مصنوعی را جایگزین کنند، چشم پزشکان با مشکل سوختگی شبکیه روبرو شدند. آنها شروع به درک دلایل کردند و دریافتند که عدسی زنده انسان در برابر اشعه ماوراء بنفش مات است و از شبکیه محافظت می کند. پس از این، لنزهای مصنوعی نیز در برابر نور ماوراء بنفش مات شدند.
تصویری از چشم در پرتوهای فرابنفش، کدورت عدسی را در برابر نور ماوراء بنفش نشان می دهد. شما نباید چشم خود را با نور ماوراء بنفش روشن کنید، زیرا با گذشت زمان لنز کدر می شود، از جمله به دلیل دوز نور ماوراء بنفش انباشته شده در طول سال ها، و نیاز به تعویض دارد. بنابراین، ما از تجربه افراد شجاعی استفاده خواهیم کرد که ایمنی را نادیده گرفتند، چراغ قوه ماوراء بنفش را با طول موج 365 نانومتر به چشمان خود تابیدند و نتیجه را در YouTube منتشر کردند.
برنج. 5 هنوز از یک ویدیو در کانال یوتیوب "Kreosan".
چراغ قوه های فرابنفش القا کننده درخشندگی با طول موج 365 نانومتر (UVA) محبوب هستند. آنها توسط بزرگسالان خریداری می شوند، اما به ناچار به دست کودکان می افتند. کودکان این چراغ قوه ها را به چشمان خود می تابانند و با دقت و برای مدت طولانی به کریستال درخشان نگاه می کنند. توصیه می شود از چنین اقداماتی جلوگیری شود. اگر این اتفاق بیفتد، می توانید به خودتان اطمینان دهید که آب مروارید در مطالعات موش به طور قابل اعتمادی توسط تابش UVB عدسی ایجاد می شود، اما اثر آب مروارید UVA ناپایدار است.].
هنوز طیف دقیق اثر پرتو فرابنفش بر روی لنز ناشناخته است. و با توجه به اینکه آب مروارید یک اثر بسیار تاخیری است، شما نیاز به کمی هوش دارید تا نور ماوراء بنفش را از قبل به چشمانتان نتابید.
غشاهای مخاطی چشم در اثر اشعه ماوراء بنفش نسبتاً سریع ملتهب می شوند که به آن فوتوکراتیت و فوتوکونژونکتیویت می گویند. غشاهای مخاطی قرمز می شوند و احساس "شن در چشم" ظاهر می شود. این اثر پس از چند روز از بین می رود، اما سوختگی های مکرر می تواند منجر به کدر شدن قرنیه شود.
طول موج هایی که این اثرات را ایجاد می کنند تقریباً با تابع خطر وزنی UV ارائه شده در استاندارد ایمنی فوتوبیولوژیکی [IEC 62471] و تقریباً مشابه محدوده میکروب کشی است.
برنج. 6 طیف پرتوهای فرابنفش که باعث فوتوکونژونکتیویت و فوتوکراتیت می شود از [] و یک تابع وزنی از خطر UV اکتینیک برای پوست و چشم از [].
دوز آستانه برای فوتوکراتیت و فوتوکونژونکتیویت 50-100 J/m2 است، این مقدار از دوزهای مورد استفاده برای ضد عفونی تجاوز نمی کند. ضدعفونی غشای مخاطی چشم با اشعه ماوراء بنفش بدون ایجاد التهاب امکان پذیر نخواهد بود.
اریتم، یعنی "آفتاب سوختگی" به دلیل اشعه ماوراء بنفش در محدوده حداکثر 300 نانومتر خطرناک است. طبق برخی منابع، حداکثر بازده طیفی اریتم در طول موج های حدود 300 نانومتر است.]. حداقل دوزی که باعث ایجاد اریتم به سختی قابل توجه MED (حداقل دوز اریتم) برای انواع پوست می شود از 150 تا 2000 J/m2 متغیر است. برای ساکنان منطقه میانی، یک DER معمولی را می توان مقداری در حدود 200 ... 300 J/m2 در نظر گرفت.
UVB در محدوده 280-320 نانومتر با حداکثر حدود 300 نانومتر باعث سرطان پوست می شود. هیچ دوز آستانه ای وجود ندارد؛ دوز بالاتر به معنای خطر بالاتر است و تأثیر آن به تأخیر می افتد.
برنج. 7 منحنی عمل UV باعث ایجاد اریتم و سرطان پوست می شود.
پیری پوست ناشی از نور ناشی از اشعه ماوراء بنفش در کل محدوده 200 ... 400 نانومتر است. عکس معروفی از یک راننده کامیون وجود دارد که در هنگام رانندگی عمدتاً در سمت چپ در معرض اشعه ماوراء بنفش خورشیدی قرار گرفته است. راننده عادت داشت با پایین آمدن شیشه راننده رانندگی کند، اما سمت راست صورتش توسط شیشه جلو در برابر اشعه ماوراء بنفش خورشید محافظت می شد. تفاوت در وضعیت مربوط به سن پوست در سمت راست و چپ چشمگیر است:
برنج. 8 عکس راننده ای که 28 سال با شیشه راننده پایین رانندگی می کرد [].
اگر به طور تقریبی تخمین بزنیم که سن پوست در طرفین مختلف صورت این فرد بیست سال متفاوت است و این نتیجه این واقعیت است که تقریباً در همان بیست سال یک طرف صورت توسط خورشید روشن می شد و طرف دیگر صورت توسط خورشید روشن می شد. نبود، ما با احتیاط می توانیم نتیجه بگیریم که یک روز در آفتاب باز یک روز است و پوست را پیر می کند.
از داده های مرجع [مشخص شده است که در عرض های جغرافیایی میانی در تابستان زیر نور مستقیم خورشید، حداقل دوز اریتمی 200 J/m2 سریعتر از یک ساعت جمع می شود. با مقایسه این ارقام با نتیجه گیری می توان نتیجه دیگری گرفت: پیری پوست در حین کار دوره ای و کوتاه مدت با لامپ های فرابنفش خطر قابل توجهی نیست.
چه مقدار نور فرابنفش برای ضدعفونی مورد نیاز است؟
با افزایش دوز اشعه ماوراء بنفش، تعداد میکروارگانیسم‌های زنده‌مانده روی سطوح و هوا به‌طور تصاعدی کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، دوزی که 90 درصد مایکوباکتریوم توبرکلوزیس را از بین می برد، 10 ژول بر متر مربع است. دو دوز از این قبیل 2 درصد، سه دوز 99 درصد و غیره را می کشد.
برنج. 9 وابستگی نسبت مایکوباکتریوم توبرکلوزیس زنده به دوز پرتو فرابنفش در طول موج 254 نانومتر.
وابستگی نمایی از این جهت قابل توجه است که حتی یک دوز کوچک، اکثر میکروارگانیسم ها را می کشد.
از جمله موارد ذکر شده در [] میکروارگانیسم های بیماری زا، سالمونلا بیشترین مقاومت را در برابر اشعه ماوراء بنفش دارد. دوزی که 90 درصد باکتری های آن را از بین می برد 80 J/m2 است. طبق بررسی [Kowalski2020]، میانگین دوزی که 90 درصد از کروناویروس ها را می کشد، 67 ژول بر متر مربع است. اما برای اکثر میکروارگانیسم ها این دوز از 2 J/m50 تجاوز نمی کند. برای اهداف عملی، می توانید به یاد داشته باشید که دوز استانداردی که با راندمان 2 درصد ضد عفونی می کند 90 J/m50 است.
با توجه به روش فعلی تایید شده توسط وزارت بهداشت روسیه برای استفاده از اشعه ماوراء بنفش برای ضد عفونی هوا [] حداکثر راندمان ضد عفونی "سه نه" یا 99,9٪ برای اتاق های عمل، زایشگاه ها و غیره مورد نیاز است. برای کلاس های مدرسه، ساختمان های عمومی و غیره. "یک نه" کافی است، یعنی 90٪ از میکروارگانیسم ها از بین می روند. این بدان معنی است که بسته به طبقه بندی اتاق، از یک تا سه دوز استاندارد 50 ... 150 J/m2 کافی است.
مثالی از تخمین زمان تابش مورد نیاز: فرض کنید لازم است هوا و سطوح اتاقی به ابعاد 5 × 7 × 2,8 متر ضد عفونی شود که برای آن از یک لامپ باز TUV 30W فیلیپس استفاده شده است.
توضیحات فنی لامپ نشان دهنده جریان ضد باکتری 12 وات []. در یک حالت ایده آل، کل جریان به شدت به سطوح در حال ضد عفونی می رود، اما در شرایط واقعی، نیمی از جریان بدون منفعت هدر می رود، به عنوان مثال، دیوار پشت لامپ را با شدت بیش از حد روشن می کند. بنابراین، ما روی جریان مفید 6 وات حساب خواهیم کرد. کل سطح تابش شده در اتاق کف 35 متر مربع + سقف 2 متر مربع + دیوارها 35 متر مربع، مجموعا 2 متر مربع است.
به طور متوسط، شار تابش باکتری‌کشی که روی سطح می‌افتد 6 وات / 137 متر مربع = 2 وات بر متر مربع است. در یک ساعت، یعنی در 0,044 ثانیه، این سطوح دوز 2 W/m3600 × 0,044 s = 2 J/m3600 یا تقریباً 158 J/m2 را دریافت خواهند کرد. که مطابق با سه دوز استاندارد 150 ژول بر متر مربع یا "سه نه" - 2٪ کارایی باکتری کشی است، یعنی. الزامات اتاق عمل و از آنجایی که دوز محاسبه شده، قبل از افتادن روی سطح، از حجم اتاق عبور می کرد، هوا با کارایی کمتری ضد عفونی شد.
اگر الزامات برای عقیمی کوچک است و "یک نه" کافی است، برای مثال در نظر گرفته شده، سه برابر کمتر زمان تابش مورد نیاز است - تقریباً 20 دقیقه.
محافظت در برابر اشعه فرا بنفش
مهمترین اقدام محافظتی در هنگام ضدعفونی فرابنفش، خروج از اتاق است. قرار گرفتن در نزدیکی یک لامپ UV در حال کار، اما نگاه کردن به دور کمکی نمی کند؛ غشاهای مخاطی چشم هنوز تحت تابش هستند.
عینک شیشه ای می تواند اقدامی جزئی برای محافظت از غشاهای مخاطی چشم باشد. جمله قاطع "شیشه اشعه ماوراء بنفش را منتقل نمی کند" نادرست است؛ تا حدی اینطور است و برندهای مختلف شیشه این کار را به روش های مختلف انجام می دهند. اما به طور کلی، با کاهش طول موج، میزان عبور کاهش می یابد و UVC تنها توسط شیشه کوارتز به طور موثر منتقل می شود. عینک های عینک در هر صورت کوارتز نیستند.
با اطمینان می توان گفت که لنزهای عینکی با علامت UV400 اشعه ماوراء بنفش را منتقل نمی کنند.
برنج. 10 طیف انتقال عینک با شاخص های UV380، UV400 و UV420. تصویر از وب سایت []
همچنین یک اقدام محافظتی استفاده از منابعی با محدوده UVC باکتری کش است که بالقوه خطرناک منتشر نمی کنند، اما برای گندزدایی، محدوده UVB و UVA موثر نیستند.
منابع فرابنفش
دیودهای UV
رایج ترین دیودهای فرابنفش 365 نانومتری (UVA) برای "چراغ قوه پلیس" طراحی شده اند که برای شناسایی آلاینده هایی که بدون اشعه ماوراء بنفش نامرئی هستند، لومینسانس تولید می کنند. ضد عفونی با چنین دیودهایی غیرممکن است (شکل 11 را ببینید).
برای گندزدایی می توان از دیودهای UVC موج کوتاه با طول موج 265 نانومتر استفاده کرد. هزینه یک ماژول دیود که جایگزین لامپ ضد باکتری جیوه می شود، سه مرتبه بزرگتر از هزینه لامپ است، بنابراین در عمل از چنین محلول هایی برای ضدعفونی کردن مناطق بزرگ استفاده نمی شود. اما دستگاه های فشرده با استفاده از دیودهای UV برای ضدعفونی مناطق کوچک - ابزار، تلفن، ضایعات پوستی و غیره ظاهر می شوند.
لامپ های جیوه ای کم فشار
لامپ جیوه فشار پایین استانداردی است که تمام منابع دیگر با آن مقایسه می شوند.
سهم اصلی انرژی تشعشعی بخار جیوه در فشار کم در یک تخلیه الکتریکی روی طول موج 254 نانومتر است که برای ضدعفونی ایده آل است. بخش کوچکی از انرژی در طول موج 185 نانومتر ساطع می شود که به شدت ازن تولید می کند. و انرژی بسیار کمی در طول موج های دیگر از جمله محدوده مرئی ساطع می شود.
در لامپ های فلورسنت جیوه ای معمولی با نور سفید، شیشه لامپ اشعه ماوراء بنفش ساطع شده از بخار جیوه را منتقل نمی کند. اما فسفر، یک پودر سفید روی دیواره های فلاسک، تحت تأثیر نور فرابنفش در محدوده مرئی می درخشد.
لامپ های UVB یا UVA به روشی مشابه طراحی شده اند، لامپ شیشه ای اوج 185 نانومتر و اوج 254 نانومتر را منتقل نمی کند، اما فسفر تحت تأثیر تابش امواج ماوراء بنفش موج کوتاه نور مرئی را منتشر نمی کند، بلکه امواج ماوراء بنفش موج بلند را منتشر می کند. تابش - تشعشع. این لامپ ها برای اهداف فنی هستند. و از آنجایی که طیف لامپ های UVA مشابه نور خورشید است، از چنین لامپ هایی برای برنزه کردن نیز استفاده می شود. مقایسه طیف با منحنی کارایی باکتری کشی نشان می دهد که استفاده از لامپ های UVB و به خصوص UVA برای ضدعفونی نامناسب است.
برنج. 11 مقایسه منحنی بازده باکتری، طیف یک لامپ UVB، طیف یک لامپ برنزه کننده UVA و طیف یک دیود 365 نانومتر. طیف لامپ برگرفته از وب سایت انجمن تولیدکنندگان رنگ آمریکا [].
توجه داشته باشید که طیف یک لامپ فلورسنت UVA گسترده است و محدوده UVB را پوشش می دهد. طیف دیود 365 نانومتر بسیار باریکتر است، این "UVA صادقانه" است. اگر UVA برای تولید لومینسانس برای اهداف تزئینی یا شناسایی آلاینده ها مورد نیاز است، استفاده از دیود ایمن تر از استفاده از لامپ فلورسنت فرابنفش است.
یک لامپ باکتری کش جیوه UVC با فشار کم با لامپ های فلورسنت تفاوت دارد زیرا روی دیواره های لامپ فسفر وجود ندارد و لامپ نور ماوراء بنفش را منتقل می کند. خط اصلی 254 نانومتر همیشه منتقل می شود و خط 185 نانومتری تولید کننده ازن را می توان در طیف لامپ رها کرد یا توسط یک لامپ شیشه ای با انتقال انتخابی حذف کرد.
برنج. 12 محدوده انتشار بر روی برچسب لامپ های فرابنفش نشان داده شده است. یک لامپ میکروب کش UVC را می توان با عدم وجود فسفر روی لامپ تشخیص داد.
ازن یک اثر باکتری کش اضافی دارد، اما سرطان زا است، بنابراین، برای اینکه منتظر فرسایش ازن پس از ضد عفونی نباشیم، از لامپ های غیر تشکیل دهنده ازن بدون خط 185 نانومتر در طیف استفاده می شود. این لامپ ها طیف تقریبا ایده آلی دارند - یک خط اصلی با راندمان باکتری کشی بالا 254 نانومتر، تابش بسیار ضعیف در محدوده فرابنفش غیر باکتریایی، و تابش "سیگنال" کوچک در محدوده مرئی.
برنج. 13. طیف یک لامپ جیوه UVC کم فشار (ارائه شده توسط مجله lumen2b.ru) با طیف تابش خورشیدی (از ویکی پدیا) و منحنی بازده باکتری (از کتاب راهنمای روشنایی ESNA []).
درخشش آبی لامپ های میکروب کش به شما این امکان را می دهد که ببینید لامپ جیوه روشن است و کار می کند. درخشش ضعیف است و این تصور گمراه کننده را ایجاد می کند که نگاه کردن به لامپ بی خطر است. ما احساس نمی کنیم که تابش در محدوده UVC 35...40٪ از کل توان مصرفی لامپ را تشکیل می دهد.
برنج. 14 بخش کوچکی از انرژی تابشی بخار جیوه در محدوده مرئی قرار دارد و به صورت یک درخشش آبی ضعیف قابل مشاهده است.
یک لامپ جیوه ضد باکتری با فشار کم دارای پایه مشابه با یک لامپ فلورسنت معمولی است، اما از طول متفاوتی ساخته شده است تا لامپ ضد باکتری در لامپ های معمولی قرار نگیرد. لامپ برای لامپ ضد باکتری، علاوه بر ابعاد آن، از این جهت متمایز می شود که تمام قطعات پلاستیکی در برابر اشعه ماوراء بنفش مقاوم هستند، سیم های ماوراء بنفش پوشیده شده اند و پخش کننده وجود ندارد.
برای نیازهای ضد باکتری خانگی، نویسنده از یک لامپ ضد باکتری 15 واتی استفاده می کند که قبلاً برای ضدعفونی محلول غذایی یک تاسیسات هیدروپونیک استفاده می شد. آنالوگ آن را می توان با جستجوی "عفونت کننده UV آکواریوم" پیدا کرد. هنگامی که لامپ کار می کند، ازن آزاد می شود که خوب نیست، اما برای ضد عفونی کردن مثلا کفش مفید است.
برنج. 15 لامپ جیوه ای کم فشار با انواع پایه. تصاویر از وب سایت Aliexpress.
لامپ جیوه ای فشار متوسط و بالا
افزایش فشار بخار جیوه منجر به طیف پیچیده‌تری می‌شود؛ طیف گسترش می‌یابد و خطوط بیشتری در آن ظاهر می‌شود، از جمله در طول موج‌های تولید کننده ازن. ورود مواد افزودنی به جیوه منجر به پیچیدگی بیشتر این طیف می شود. انواع مختلفی از این لامپ ها وجود دارد و طیف هر کدام خاص است.
برنج. 16 نمونه هایی از طیف لامپ های جیوه ای فشار متوسط و بالا
افزایش فشار باعث کاهش راندمان لامپ می شود. با استفاده از نام تجاری Aquafineuv به عنوان مثال، لامپ های UVC فشار متوسط 15-18٪ از برق مصرفی را ساطع می کنند، و نه 40٪ به عنوان لامپ های کم فشار. و هزینه تجهیزات به ازای هر وات جریان UVC بیشتر است [].
کاهش راندمان و افزایش هزینه لامپ با فشردگی آن جبران می شود. به عنوان مثال، ضد عفونی آب جاری یا خشک کردن لاکی که با سرعت بالا در چاپ استفاده می شود، به منابع فشرده و قدرتمند نیاز دارد؛ هزینه و کارایی خاص اهمیتی ندارد. اما استفاده از چنین لامپی برای ضدعفونی نادرست است.
پرتودهی UV ساخته شده از مشعل DRL و لامپ DRT
یک راه "عامیانه" برای به دست آوردن منبع قدرتمند ماوراء بنفش نسبتاً ارزان وجود دارد. آنها در حال از بین رفتن هستند، اما لامپ های DRL نور سفید 125 ... 1000 وات هنوز فروخته می شوند. در این لامپ ها، داخل فلاسک بیرونی یک "مشعل" وجود دارد - یک لامپ جیوه با فشار بالا. نور فرابنفش باند پهن ساطع می کند که توسط لامپ شیشه ای بیرونی مسدود می شود، اما باعث می شود فسفر روی دیواره های آن بدرخشد. اگر فلاسک بیرونی را بشکنید و مشعل را از طریق یک چوک استاندارد به شبکه وصل کنید، یک ساطع کننده فرابنفش پهن باند قدرتمند دریافت خواهید کرد.
چنین ساطع کننده خانگی دارای معایبی است: راندمان پایین در مقایسه با لامپ های کم فشار، نسبت زیادی از اشعه ماوراء بنفش خارج از محدوده باکتری کش است و نمی توانید مدتی پس از خاموش کردن لامپ در اتاق بمانید تا زمانی که ازن متلاشی یا ناپدید شود.
اما مزایای آن نیز غیرقابل انکار است: هزینه کم و قدرت بالا در اندازه فشرده. یکی از مزایای آن تولید ازن است. ازن سطوح سایه دار را که در معرض اشعه ماوراء بنفش نیستند ضدعفونی می کند.
برنج. 17 پرتو فرابنفش ساخته شده از لامپ DRL. این عکس با اجازه نویسنده، یک دندانپزشک بلغاری، با استفاده از این رادیاتور علاوه بر لامپ باکتری کش استاندارد فیلیپس TUV 30W منتشر شده است.
منابع مشابه ماوراء بنفش برای ضد عفونی به شکل لامپ های جیوه ای با فشار بالا در پرتوهای نوع OUFK-01 "Solnyshko" استفاده می شود.
به عنوان مثال، برای لامپ محبوب "DRT 125-1" سازنده طیف را منتشر نمی کند، اما پارامترها را در اسناد ارائه می دهد: شدت تابش در فاصله 1 متر از لامپ UVA - 0,98 W/m2، UVB - 0,83 W/m2، UVC – 0,72 W/m2، جریان ضد باکتری 8 وات، و پس از استفاده، تهویه اتاق از ازن مورد نیاز است.]. در پاسخ به یک سوال مستقیم در مورد تفاوت بین لامپ DRT و مشعل DRL، سازنده در وبلاگ خود پاسخ داد که DRT دارای یک پوشش سبز عایق بر روی کاتدها است.
برنج. 18 منبع فرابنفش پهن باند - لامپ DRT-125
با توجه به مشخصات بیان شده، واضح است که طیف پهن باند با سهم تقریباً برابر تابش در اشعه ماوراء بنفش نرم، متوسط و سخت، از جمله UVC سخت مولد ازن است. جریان ضد باکتری 6,4 درصد مصرف برق است، یعنی راندمان 6 برابر کمتر از یک لامپ لوله‌ای کم فشار است.
شرکت سازنده طیف این لامپ را منتشر نمی کند و همان تصویر با طیف یکی از DRT ها در اینترنت دست به دست می شود. منبع اصلی ناشناخته است، اما نسبت انرژی در محدوده UVC، UVB و UVA با آنچه برای لامپ DRT-125 اعلام شده مطابقت ندارد. برای DRT، نسبت تقریباً مساوی بیان شده است، و طیف نشان می دهد که انرژی UVB چندین برابر بیشتر از انرژی UBC است. و در UVA چندین برابر UVB است.
برنج. 19. طیف یک لامپ قوس جیوه ای با فشار بالا، که اغلب طیف DRT-125 را نشان می دهد که به طور گسترده برای اهداف پزشکی استفاده می شود.
واضح است که لامپ های با فشارهای مختلف و افزودنی های جیوه کمی متفاوت از خود ساطع می کنند. همچنین واضح است که یک مصرف کننده ناآگاه تمایل دارد به طور مستقل ویژگی ها و ویژگی های مورد نظر یک محصول را تصور کند، بر اساس فرضیات خود اطمینان حاصل کند و خرید کند. و انتشار طیف یک لامپ خاص باعث بحث، مقایسه و نتیجه گیری خواهد شد.
نویسنده یک بار یک نصب OUFK-01 با لامپ DRT-125 خریداری کرد و چندین سال از آن برای آزمایش مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش محصولات پلاستیکی استفاده کرد. من دو محصول را همزمان تحت تابش قرار دادم، یکی از آنها کنترلی بود که از پلاستیک مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش ساخته شده بود، و نگاه کردم که کدام یک سریعتر زرد می شود. برای چنین کاربردی، آگاهی از شکل دقیق طیف ضروری نیست، فقط مهم است که امیتر پهن باند باشد. اما در صورت نیاز به ضدعفونی، چرا از نور فرابنفش پهن باند استفاده کنیم؟
هدف OUFK-01 بیان می کند که پرتودهی برای فرآیندهای التهابی حاد استفاده می شود. یعنی در مواردی که اثر مثبت ضدعفونی پوست از آسیب احتمالی اشعه فرابنفش باند پهن فراتر رود. بدیهی است در این حالت بهتر است از اشعه ماوراء بنفش با باند باریک، بدون طول موج در طیفی که اثری غیر از باکتری کشی دارد، استفاده شود.
ضدعفونی هوا
نور ماوراء بنفش وسیله ای ناکافی برای ضدعفونی کردن سطوح در نظر گرفته می شود، زیرا اشعه نمی تواند در جایی که مثلاً الکل نفوذ می کند نفوذ کند. اما نور فرابنفش به طور موثری هوا را ضد عفونی می کند.
هنگام عطسه و سرفه، قطرات چند میکرومتری تشکیل می شوند که از چند دقیقه تا چند ساعت در هوا معلق می مانند.]. مطالعات سل نشان داده است که یک قطره آئروسل برای ایجاد عفونت کافی است.
در خیابان به دلیل حجم زیاد و تحرک هوا که می تواند هر عطسه ای را با گذشت زمان و تابش خورشیدی پراکنده و ضدعفونی کند، نسبتاً ایمن هستیم. حتی در مترو، در حالی که نسبت افراد آلوده اندک است، حجم کل هوا به ازای هر فرد مبتلا زیاد است و تهویه مناسب خطر گسترش عفونت را کم می کند. خطرناک ترین مکان در طول همه گیری بیماری های منتقله از هوا آسانسور است. بنابراین کسانی که عطسه می کنند باید قرنطینه شوند و هوای مکان های عمومی با تهویه ناکافی باید ضدعفونی شود.
چرخش های چرخشی
یکی از گزینه های ضد عفونی هوا، بازیافت های بسته UV است. بیایید به یکی از این چرخش‌ها بپردازیم - «دزار 7» که حتی در دفتر شخص اول دولت هم دیده می‌شود.
شرح چرخشگر می گوید که 100 متر مکعب در ساعت باد می کند و برای درمان اتاقی با حجم 3 متر مکعب (تقریباً 100 × 3 × 5 متر) طراحی شده است.
با این حال، توانایی ضد عفونی کردن 100 متر مکعب هوا در ساعت به این معنی نیست که هوای یک اتاق 3 متر مکعبی در ساعت به طور موثری درمان می شود. هوای تصفیه شده هوای کثیف را رقیق می کند و به این شکل بارها و بارها وارد دستگاه چرخش می شود. ساختن یک مدل ریاضی و محاسبه کارایی چنین فرآیندی آسان است:
برنج. 20 تأثیر عملکرد چرخشگر UV بر تعداد میکروارگانیسم های موجود در هوای اتاق بدون تهویه.
برای کاهش غلظت میکروارگانیسم ها در هوا تا 90 درصد، دستگاه چرخش باید بیش از دو ساعت کار کند. در صورت عدم وجود تهویه در اتاق، این امکان وجود دارد. اما به طور معمول هیچ اتاقی با مردم و بدون تهویه وجود ندارد. به عنوان مثال، [] حداقل نرخ جریان هوای بیرون را برای تهویه 3 متر مکعب در ساعت به ازای هر 3 متر مربع مساحت آپارتمان تجویز می کند. این مربوط به تعویض کامل هوا یک بار در ساعت است و باعث بی فایده شدن کارکرد دستگاه چرخش می شود.
اگر مدل را نه اختلاط کامل، بلکه جت های آرامی در نظر بگیریم که از یک مسیر پیچیده ثابت در اتاق عبور می کنند و به تهویه می روند، فایده ضد عفونی یکی از این جت ها حتی کمتر از مدل اختلاط کامل است.
در هر صورت، چرخش اشعه ماوراء بنفش مفیدتر از یک پنجره باز نیست.
یکی از دلایل راندمان پایین دستگاه های چرخشی این است که اثر باکتری کشی آن بر حسب هر وات جریان UV بسیار کم است. پرتو حدود 10 سانتی متر در داخل نصب حرکت می کند و سپس با ضریب k = 0,7 از آلومینیوم منعکس می شود. یعنی مسیر موثر تیر در داخل تاسیسات حدود نیم متر است که بعد از آن بدون منفعت جذب می شود.
برنج. 21. هنوز از یک ویدیوی یوتیوب که نشان می دهد بازیافت در حال برچیدن است. لامپ های میکروب کش و سطح بازتابنده آلومینیومی قابل مشاهده هستند که پرتوهای فرابنفش را بسیار بدتر از نور مرئی منعکس می کنند.].
یک لامپ ضد باکتری که در مطب کلینیک به طور آشکار به دیوار آویزان می شود و توسط پزشک طبق برنامه روشن می شود، چندین برابر موثرتر است. پرتوهای یک لامپ باز چندین متر حرکت می کند و ابتدا هوا و سپس سطوح را ضد عفونی می کند.
تابش هوا در قسمت بالایی اتاق
در بخش‌های بیمارستانی که بیماران بستری دائماً حضور دارند، گاهی اوقات از واحدهای UV برای تابش جریان هوای در حال گردش در زیر سقف استفاده می‌شود. عیب اصلی چنین تاسیساتی این است که توری پوشش دهنده لامپ ها اجازه می دهد فقط پرتوها به طور دقیق در یک جهت عبور کنند و بیش از 90٪ جریان باقی مانده را بدون منفعت جذب کنند.
علاوه بر این می توانید هوا را از طریق چنین تابش دهنده ای دمیده و همزمان یک دستگاه چرخش ایجاد کنید، اما این کار انجام نمی شود، احتمالاً به دلیل عدم تمایل به وجود یک جمع کننده گرد و غبار در اتاق.
برنج. 22 تابش هوای UV سقفی، تصویر از سایت [].
توری ها افراد داخل اتاق را از جریان مستقیم اشعه ماوراء بنفش محافظت می کنند، اما جریانی که از توری عبور می کند به سقف و دیوارها برخورد می کند و به طور پراکنده منعکس می شود و ضریب بازتاب آن حدود 10٪ است. اتاق پر از پرتوهای فرابنفش همه جانبه است و افراد متناسب با مدت زمانی که در اتاق می گذرانند، دوز پرتو فرابنفش دریافت می کنند.
داوران و نویسنده
داوران:
آرتیوم بالابانوف، مهندس الکترونیک، توسعه دهنده سیستم های پخت UV؛
رومن واسیلف، دکتری، مهندس روشنایی، OOD "Interlux"، بلغارستان.
وادیم گریگورف، بیوفیزیکدان؛
استانیسلاو لرمانتوف، مهندس روشنایی، Complex Systems LLC.
الکسی پانکراشکین، دکتری، دانشیار، مهندسی نور نیمه هادی و فوتونیک، INTECH Engineering LLC.
آندری خراموف، متخصص در طراحی نور برای موسسات پزشکی؛
ویتالی تسویرکو، رئیس آزمایشگاه تست روشنایی "TSSOT NAS بلاروس"
نویسنده: آنتون شاراکشان، دکترا، مهندس نور و بیوفیزیکدان، اولین دانشگاه پزشکی دولتی مسکو به نام. آنها سچنوف
مراجع
مراجع
[ایرستریل]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ضد عفونی هوا با اشعه ماوراء بنفش
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 فیزیک تابش نوری و مهندسی روشنایی. بخش 10: تشعشعات، کمیت‌ها، نمادها و طیف عمل از نظر فوتوبیولوژیکی مؤثر. فیزیک تابش نوری و مهندسی روشنایی. تابش فعال فوتوبیولوژیکی ابعاد، نمادها و طیف های عمل
[ESNA] راهنمای روشنایی ESNA، ویرایش نهم. ویرایش رئا م.س. انجمن مهندسی روشنگر آمریکای شمالی، نیویورک، 9
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 لامپ ها و سیستم های لامپ. ایمنی فوتوبیولوژیکی
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Coronavirus Susceptibility Ultraviolet, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[لیسما]
[مواد شیمیایی میتسویی]
[نجم]
[نقاشی]
[TUV]
[WHO] سازمان بهداشت جهانی. اشعه ماوراء بنفش: یک بررسی علمی رسمی از اثرات زیست محیطی و بهداشتی اشعه ماوراء بنفش، با اشاره به تخریب لایه ازن جهانی.
[دسار]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 استفاده از تابش باکتری کش فرابنفش برای ضدعفونی هوای داخل ساختمان
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع.
منبع: www.habr.com