Ultraviolettisäteilyn ominaisuudet riippuvat aallonpituudesta, ja eri lähteistä tulevalla ultravioletilla on erilainen spektri. Keskustelemme siitä, mitkä ultraviolettivalon lähteet ja miten niitä käytetään maksimoimaan bakterisidinen vaikutus ja minimoimaan ei-toivottujen biologisten vaikutusten riskit.
Riisi. 1. Kuvassa ei ole desinfiointia UVC-säteilyllä, kuten luulisi, vaan suojapuvun käytön harjoittelua, jossa havaitaan harjoitusnesteiden luminoivat täplät UVA-säteissä. UVA on pehmeä ultravioletti, eikä sillä ole bakteereja tappavaa vaikutusta. Silmien sulkeminen on kohtuullinen varotoimenpide, koska käytettyjen UVA-loistelamppujen laaja kirjo on päällekkäinen UVB:n kanssa, mikä on haitallista näölle (lähde Simon Davis/DFID).
Näkyvän valon aallonpituus vastaa kvanttienergiaa, jolla valokemiallinen toiminta juuri tulee mahdolliseksi. Näkyvät valokvantit herättävät valokemiallisia reaktioita tietyssä valoherkässä kudoksessa - verkkokalvossa.
Ultravioletti on näkymätöntä, sen aallonpituus on lyhyempi, kvantin taajuus ja energia korkeampi, säteily on ankarampaa ja valokemiallisten reaktioiden ja biologisten vaikutusten monimuotoisuus on suurempi.
Ultravioletti eroaa:
- Pitkä aallonpituus/pehmeä/lähes UVA (400...315 nm) ominaisuuksiltaan samanlainen kuin näkyvä valo;
- Keskikovuus - UVB (315...280 nm);
- Lyhytaalto/pitkäaalto/kova – UVC (280…100 nm).
Ultraviolettivalon bakteereja tappava vaikutus
Bakteereja tappava vaikutus on kova ultraviolettivalo - UVC, ja vähemmässä määrin keskikova ultraviolettivalo - UVB. Bakteereja tappava tehokäyrä osoittaa, että vain kapealla alueella 230...300 nm, eli noin neljänneksellä ultraviolettialueesta, on selkeä bakterisidinen vaikutus.
Riisi. 2 Bakterisiditehokkuuskäyrät alkaen []
Nukleiinihapot absorboivat kvantteja, joiden aallonpituus on tällä alueella, mikä johtaa DNA:n ja RNA:n rakenteen tuhoutumiseen. Bakteereja tappavan eli bakteereja tappavan valikoiman lisäksi sillä on virusidisia (viruksia estäviä), fungisidisia (sieniä torjuvia) ja itiöitä tappavia vaikutuksia. Tähän sisältyy vuoden 2020 pandemian aiheuttaneen RNA-viruksen SARS-CoV-2 tappaminen.
Auringonvalon bakterisidinen vaikutus
Auringonvalon bakterisidinen vaikutus on suhteellisen pieni. Katsotaanpa auringon spektriä ilmakehän ylä- ja alapuolella:
Riisi. 3. Auringon säteilyn spektri ilmakehän yläpuolella ja merenpinnan tasolla. Ultraviolettialueen ankarin osa ei saavuta maan pintaa (lainattu Wikipediasta).
Keltaisella korostettuun ilmakehän yläpuoliseen spektriin kannattaa kiinnittää huomiota. Ilmakehän yläpuolella olevien auringonsäteiden spektrin vasemman reunan kvanttienergia, jonka aallonpituus on alle 240 nm, vastaa kemiallista sidosenergiaa 5.1 eV happimolekyylissä "O2". Molekyylihappi imee nämä kvantit, kemiallinen sidos katkeaa, muodostuu atomihappi "O", joka yhdistyy takaisin happi "O2" ja osittain otsoni "O3" molekyyleiksi.
Auringon ilmakehän yläpuolella oleva UVC muodostaa otsonia ilmakehän yläkerrokseen, jota kutsutaan otsonikerrokseksi. Otsonimolekyylin kemiallinen sidosenergia on pienempi kuin happimolekyylissä, ja siksi otsoni absorboi vähemmän energiaa kuin happi. Ja vaikka happi absorboi vain UVC:tä, otsonikerros absorboi UVC:tä ja UVB:tä. Osoittautuu, että aurinko tuottaa otsonia spektrin ultraviolettiosan reunalla, ja tämä otsoni absorboi sitten suurimman osan auringon kovasta ultraviolettisäteilystä ja suojaa maata.
Nyt, huolellisesti, kiinnittäen huomiota aallonpituuksiin ja mittakaavaan, yhdistämme auringon spektrin bakterisidisen toiminnan spektriin.
Riisi. 4 Bakteereja tappavan vaikutuksen ja auringon säteilyn spektri.
Voidaan nähdä, että auringonvalon bakterisidinen vaikutus on merkityksetön. Se spektrin osa, joka kykenee saamaan aikaan bakterisidisen vaikutuksen, imeytyy lähes kokonaan ilmakehään. Eri vuodenaikoina ja eri leveysasteilla tilanne on hieman erilainen, mutta laadullisesti samanlainen.
Ultraviolettivaara
Yhden suuren maan johtaja ehdotti: "COVID-19:n parantamiseksi sinun on tuotava auringonvaloa kehoon." Bakteereja tappava UV kuitenkin tuhoaa RNA:ta ja DNA:ta, myös ihmisen. Jos "toimitat auringonvaloa kehoon", henkilö kuolee.
Epidermis, ensisijaisesti kuolleiden solujen marraskede, suojaa elävää kudosta UVC:ltä. Epidermaalisen kerroksen alapuolella vain alle 1 % UVC-säteilystä tunkeutuu [WHO]. Pidemmät UVB- ja UVA-aallot tunkeutuvat suurempiin syvyyksiin.
Jos auringon ultraviolettisäteilyä ei olisi, ihmisillä ei ehkä olisi orvaskettä ja marraskettä ja kehon pinta olisi limainen, kuten etanoilla. Mutta koska ihmiset kehittyivät auringon alla, vain auringolta suojatut pinnat ovat limaisia. Haavoittuvin on silmän limakalvo, joka on ehdollisesti suojattu auringon ultraviolettisäteilyltä silmäluomien, ripsien, kulmakarvojen, kasvojen motoristen taitojen ja tavan olla katsomatta aurinkoon avulla.
Kun silmälääkärit oppivat korvaamaan linssin keinotekoisella linssillä, he kohtasivat verkkokalvon palovammaongelman. He alkoivat ymmärtää syitä ja havaitsivat, että elävä ihmisen linssi on ultraviolettivaloa läpäisemätön ja suojaa verkkokalvoa. Tämän jälkeen keinolinssit tehtiin myös ultraviolettivaloa läpäisemättömiksi.
Silmän kuva ultraviolettisäteissä havainnollistaa linssin opasiteettia ultraviolettivalolle. Älä valaista omaa silmääsi ultraviolettivalolla, koska ajan myötä linssi samenee, myös vuosien aikana kertyneen ultraviolettivaloannoksen vuoksi, ja se on vaihdettava. Siksi hyödynnämme sellaisten rohkeiden ihmisten kokemuksia, jotka laiminlyöivät turvallisuuden, loistivat silmiinsä ultraviolettivalaisimen aallonpituudella 365 nm ja julkaisivat tuloksen YouTubeen.
Riisi. 5 Still Youtube-kanavan "Kreosan" videosta.
Luminesenssia aiheuttavat ultraviolettitaskulamput, joiden aallonpituus on 365 nm (UVA), ovat suosittuja. Aikuiset ostavat niitä, mutta ne joutuvat väistämättä lasten käsiin. Lapset loistavat nämä taskulamput silmiinsä ja katsovat huolellisesti ja pitkään hehkuvaa kristallia. On suositeltavaa estää tällaiset toimet. Jos näin tapahtuu, voit vakuuttaa itsellesi, että hiiritutkimuksissa kaihi johtuu luotettavasti linssin UVB-säteilystä, mutta UVA:n katarogeeninen vaikutus on epävakaa [].
Silti ultraviolettivalon tarkkaa vaikutusspektriä linssiin ei tunneta. Ja kun otetaan huomioon, että kaihi on erittäin viivästynyt vaikutus, tarvitset älykkyyttä, jotta et loista ultraviolettivaloa silmiisi etukäteen.
Silmän limakalvot tulehtuvat suhteellisen nopeasti ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta, tätä kutsutaan fotokeratiittiksi ja fotokonjunktiviitiksi. Limakalvot muuttuvat punaisiksi ja "hiekan tunne silmiin" ilmaantuu. Vaikutus häviää muutaman päivän kuluttua, mutta toistuvat palovammat voivat johtaa sarveiskalvon sameutumiseen.
Näitä vaikutuksia aiheuttavat aallonpituudet vastaavat suunnilleen fotobiologisessa turvallisuusstandardissa [IEC 62471] annettua painotettua UV-vaarafunktiota ja suunnilleen samat kuin bakteereja tappava alue.
Riisi. 6 Ultraviolettisäteilyn spektrit, jotka aiheuttavat fotokonjunktiviittiä ja valokeratiittia [] ja iholle ja silmille aiheutuvan aktiinisen UV-vaaran painotettu funktio [].
Kynnysannokset valokeratiitin ja sidekalvotulehduksen hoidossa ovat 50-100 J/m2, tämä arvo ei ylitä desinfiointiin käytettyjä annoksia. Silmän limakalvoa ei voida desinfioida ultraviolettivalolla aiheuttamatta tulehdusta.
Eryteema eli "auringonpolttama" on vaarallinen ultraviolettisäteilyn vuoksi jopa 300 nm:n alueella. Eräiden lähteiden mukaan eryteeman maksimispektritehokkuus on noin 300 nm:n aallonpituuksilla.]. Pienin annos, joka aiheuttaa tuskin havaittavaa punoitusta MED (Minimum Erythema Dose) eri ihotyypeille, vaihtelee välillä 150-2000 J/m2. Keskivyöhykkeen asukkaille tyypilliseksi DER-arvoksi voidaan katsoa noin 200...300 J/m2.
UVB alueella 280-320 nm, maksimi noin 300 nm, aiheuttaa ihosyöpää. Kynnysannosta ei ole, suurempi annos tarkoittaa suurempaa riskiä ja vaikutus viivästyy.
Riisi. 7 UV-toimintakäyrää, jotka aiheuttavat punoitusta ja ihosyöpää.
Valon aiheuttamaa ihon ikääntymistä aiheuttaa ultraviolettisäteily koko alueella 200...400 nm. Siellä on tunnettu valokuva kuorma-auton kuljettajasta, joka altistui auringon ultraviolettisäteilylle pääasiassa vasemmalla puolella ajon aikana. Kuljettajalla oli tapana ajaa kuljettajan ikkuna käännettynä alas, mutta tuulilasi suojasi hänen kasvojensa oikeaa puolta auringon ultraviolettisäteilyltä. Ero ihon ikääntymisessä oikealla ja vasemmalla puolella on vaikuttava:
Riisi. 8 Kuva kuljettajasta, joka ajoi kuljettajan ikkuna alas 28 vuotta [].
Jos arvioimme karkeasti, että tämän henkilön kasvojen eri puolilla ihon ikä eroaa kahdellakymmenellä vuodella ja tämä johtuu siitä, että suunnilleen saman kahdenkymmenen vuoden ajan toinen puoli kasvoista oli auringon valaisemassa ja toinen puoli. ei ollut, voimme varovasti päätellä, että päivä avoimessa auringossa on yksi päivä ja vanhenee ihoa.
Viitetiedoista [] tiedetään, että keskileveysasteilla kesällä suorassa auringonpaisteessa pienin punoitusannos 200 J/m2 kertyy nopeammin kuin tunnissa. Vertaamalla näitä lukuja tehtyyn johtopäätökseen voimme tehdä toisen johtopäätöksen: ihon ikääntyminen säännöllisen ja lyhytaikaisen ultraviolettilamppujen työskentelyn aikana ei ole merkittävä vaara.
Kuinka paljon ultraviolettivaloa tarvitaan desinfiointiin?
Eloonjääneiden mikro-organismien määrä pinnoilla ja ilmassa vähenee eksponentiaalisesti ultraviolettisäteilyannoksen kasvaessa. Esimerkiksi annos, joka tappaa 90 % mycobacterium tuberculosis -bakteerista, on 10 J/m2. Kaksi tällaista annosta tappaa 99%, kolme annosta tappaa 99,9% jne.
Riisi. 9 Eloonjääneiden mycobacterium tuberculosis -bakteerin osuuden riippuvuus ultraviolettisäteilyn annoksesta aallonpituudella 254 nm.
Eksponentiaalinen riippuvuus on huomattava siinä mielessä, että pienikin annos tappaa useimmat mikro-organismit.
Niiden joukossa, jotka on lueteltu [] patogeenisiä mikro-organismeja, Salmonella on vastustuskykyisin ultraviolettisäteilyä vastaan. Annos, joka tappaa 90 % sen bakteereista, on 80 J/m2. Katsauksen [Kowalski2020] mukaan keskimääräinen annos, joka tappaa 90 % koronaviruksista, on 67 J/m2. Mutta useimmille mikro-organismeille tämä annos ei ylitä 50 J/m2. Käytännön syistä kannattaa muistaa, että standardiannos, joka desinfioi 90 % teholla, on 50 J/m2.
Venäjän terveysministeriön hyväksymän nykyisen menetelmän mukaan ultraviolettisäteilyn käyttämiseksi ilman desinfiointiin [] Leikkaussaleissa, synnytyssairaaloissa jne. vaaditaan maksimidesinfiointitehokkuus "kolme yhdeksän" eli 99,9 %. Koulujen luokkahuoneisiin, julkisiin rakennuksiin jne. ”Yksi yhdeksän” riittää, eli 90 % mikro-organismeista tuhoutuu. Tämä tarkoittaa, että huoneen luokasta riippuen riittää yhdestä kolmeen standardiannosta 50...150 J/m2.
Esimerkki tarvittavan säteilytysajan arvioinnista: oletetaan, että 5 × 7 × 2,8 metrin kokoisen huoneen ilma ja pinnat on desinfioitava, johon käytetään yhtä Philips TUV 30W avointa lamppua.
Lampun teknisen kuvauksen mukaan bakterisidinen virtaus on 12 W []. Ihannetapauksessa koko virtaus menee tiukasti desinfioitaville pinnoille, mutta todellisessa tilanteessa puolet virtauksesta menee turhaan hukkaan, esimerkiksi valaisee valaisimen takana olevaa seinää liikaa. Siksi laskemme hyödylliseen 6 watin virtaukseen. Huoneen säteilytetty kokonaispinta-ala on lattia 35 m2 + katto 35 m2 + seinät 67 m2, yhteensä 137 m2.
Pinnalle laskeutuvan bakterisidisen säteilyn vuo on keskimäärin 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. Tunnissa eli 3600 sekunnissa nämä pinnat saavat annoksen 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2 eli noin 150 J/m2. Joka vastaa kolmea standardiannosta 50 J/m2 eli "kolme yhdeksän" - 99,9 % bakterisidinen teho, ts. leikkaussalin vaatimukset. Ja koska laskettu annos ennen putoamista pinnalle kulki huoneen tilavuuden läpi, ilma desinfioitiin yhtä tehokkaasti.
Jos steriiliysvaatimukset ovat pienet ja "yksi yhdeksän" riittää, tarkasteltavassa esimerkissä tarvitaan kolme kertaa vähemmän säteilytysaikaa - noin 20 minuuttia.
UV-suoja
Tärkein suojatoimenpide ultravioletti-desinfioinnin aikana on poistua huoneesta. Toimivan UV-lampun lähellä oleminen, mutta pois katsominen ei auta, silmien limakalvot ovat edelleen säteilytettyjä.
Lasilasit voivat olla osittainen suojakeino silmien limakalvoja. Kategorinen väite "lasi ei läpäise ultraviolettisäteilyä" on virheellinen, jossain määrin kyllä, ja eri lasimerkit tekevät sen eri tavalla. Mutta yleensä, kun aallonpituus pienenee, läpäisykyky pienenee ja UVC välittyy tehokkaasti vain kvartsilasilla. Silmälasit eivät missään tapauksessa ole kvartsia.
Voimme vakuuttavasti sanoa, että UV400-merkinnällä varustetut lasilinssit eivät läpäise ultraviolettisäteilyä.
Riisi. 10 Silmälasien läpäisyspektri indekseillä UV380, UV400 ja UV420. Kuva verkkosivustolta []
Suojatoimenpiteenä on myös sellaisten bakterisidisten UVC-alueen lähteiden käyttö, jotka eivät lähetä mahdollisesti vaarallisia, mutta eivät tehokkaita desinfiointiin, UVB- ja UVA-alueille.
Ultraviolettilähteet
UV-diodit
Yleisimmät 365 nm ultraviolettidiodit (UVA) on suunniteltu "poliisin taskulamppuihin", jotka tuottavat luminesenssia havaitsemaan epäpuhtaudet, jotka ovat näkymättömiä ilman ultraviolettisäteilyä. Desinfiointi tällaisilla diodeilla on mahdotonta (katso kuva 11).
Desinfiointiin voidaan käyttää lyhytaaltoisia UVC-diodeja, joiden aallonpituus on 265 nm. Elohopeabakterisidisen lampun korvaavan diodimoduulin hinta on kolme suuruusluokkaa korkeampi kuin lampun hinta, joten käytännössä tällaisia ratkaisuja ei käytetä suurten alueiden desinfiointiin. Mutta kompakteja UV-diodeja käyttäviä laitteita ilmestyy pienten alueiden desinfiointiin - instrumentit, puhelimet, ihovauriot jne.
Matalapaineiset elohopealamput
Matalapaineinen elohopealamppu on standardi, johon kaikkia muita lähteitä verrataan.
Suurin osa elohopeahöyryn säteilyenergiasta alhaisessa paineessa sähköpurkauksessa on 254 nm:n aallonpituudella, joka on ihanteellinen desinfiointiin. Pieni osa energiasta säteilee 185 nm:n aallonpituudella, mikä tuottaa intensiivisesti otsonia. Ja hyvin vähän energiaa säteilee muilla aallonpituuksilla, mukaan lukien näkyvällä alueella.
Perinteisissä valkovaloisissa elohopealoistelampuissa lampun lasi ei läpäise elohopeahöyryn lähettämää ultraviolettisäteilyä. Mutta loisteaine, valkoinen jauhe pullon seinillä, hehkuu näkyvällä alueella ultraviolettivalon vaikutuksesta.
UVB- tai UVA-lamput on suunniteltu samalla tavalla, lasikupu ei läpäise 185 nm huippua ja 254 nm huippua, mutta lyhytaaltoisen ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta loisteaine ei lähetä näkyvää valoa, vaan pitkäaaltoinen ultravioletti. säteilyä. Nämä ovat teknisiin tarkoituksiin tarkoitettuja lamppuja. Ja koska UVA-lamppujen spektri on samanlainen kuin auringon, tällaisia lamppuja käytetään myös rusketukseen. Spektrin vertailu bakterisidisen tehokkuuskäyrän kanssa osoittaa, että UVB- ja erityisesti UVA-lamppujen käyttäminen desinfiointiin ei ole tarkoituksenmukaista.
Riisi. 11 Bakteereja tappavan tehokäyrän, UVB-lampun spektrin, UVA-rusketuslampun spektrin ja 365 nm:n diodin spektrin vertailu. Lamppuspektrit otettu American Paint Manufacturers Associationin verkkosivustolta [].
Huomaa, että UVA-loistelampun spektri on laaja ja kattaa UVB-alueen. 365 nm:n diodin spektri on paljon kapeampi, tämä on "rehellinen UVA". Jos UVA:ta tarvitaan luminesenssin tuottamiseen koristetarkoituksiin tai epäpuhtauksien havaitsemiseen, diodin käyttö on turvallisempaa kuin ultraviolettiloistelampun käyttäminen.
Matalapaineinen UVC-elohopeabakterisidinen lamppu eroaa loistelampuista siinä, että lampun seinämissä ei ole loisteainetta ja lamppu läpäisee ultraviolettivaloa. Päälinja 254 nm kulkee aina ja otsonia tuottava 185 nm viiva voidaan jättää lampun spektriin tai poistaa lasikupulla, jossa on selektiivinen lähetys.
Riisi. 12 Päästöalue on ilmoitettu ultraviolettilamppujen merkinnöissä. Bakteereja tappavan UVC-lampun voi tunnistaa siitä, että polttimossa ei ole loisteainetta.
Otsonilla on lisäksi bakteereja tappava vaikutus, mutta se on syöpää aiheuttava, joten jotta otsonin hajoamista ei odotettaisi desinfioinnin jälkeen, käytetään otsonia muodostamattomia lamppuja ilman 185 nm:n linjaa spektrissä. Näillä lampuilla on lähes ihanteellinen spektri - päälinja, jolla on korkea bakterisidinen tehokkuus 254 nm, erittäin heikko säteily ei-bakterisidisillä ultraviolettialueilla ja pieni "signaali" säteily näkyvällä alueella.
Riisi. 13. Matalapaineisen UVC-elohopealampun spektri (toimittaja lumen2b.ru) yhdistetään auringon säteilyn spektriin (Wikipediasta) ja bakteereja tappavaan tehokkuuskäyrään (ESNA Lighting Handbookista []).
Bakteereita tuhoavien lamppujen sininen hehku antaa sinun nähdä, että elohopealamppu on päällä ja toimii. Hehku on heikko, ja tämä antaa harhaanjohtavan vaikutelman, että lamppua on turvallista katsoa. Emme koe, että UVC-alueen säteily muodostaa 35...40 % lampun kokonaistehosta.
Riisi. 14 Pieni osa elohopeahöyryn säteilyenergiasta on näkyvällä alueella ja näkyy heikosti sinisenä hehkuna.
Pienpaineisella bakterisidisella elohopealamppulla on sama pohja kuin tavallisella loistelampulla, mutta se on valmistettu eri pituisesta, jotta bakteereja tappavaa lamppua ei aseteta tavallisiin lamppuihin. Bakteereja tappavan lampun lamppu on mittojensa lisäksi erottuva siitä, että kaikki muoviosat kestävät ultraviolettisäteilyä, ultraviolettilangat on peitetty, eikä siinä ole diffuusoria.
Kodin bakteereja tappavaan tarpeeseen kirjoittaja käyttää 15 W:n bakterisidistä lamppua, jota on aiemmin käytetty desinfioimaan vesiviljelylaitoksen ravinneliuosta. Sen analogi löytyy etsimällä "akvaario uv sterilisaattori". Kun lamppu toimii, vapautuu otsonia, mikä ei ole hyvästä, mutta on hyödyllinen esimerkiksi kenkien desinfioinnissa.
Riisi. 15 Matalapaineelohopealamppua erilaisilla pohjatyypeillä. Kuvat Aliexpressin verkkosivuilta.
Keski- ja korkeapaineiset elohopealamput
Elohopean höyrynpaineen nousu johtaa monimutkaisempaan spektriin; spektri laajenee ja siihen ilmestyy enemmän viivoja, myös otsonia synnyttävillä aallonpituuksilla. Lisäaineiden lisääminen elohopeaan johtaa spektrin vieläkin monimutkaisempaan. Tällaisia lamppuja on monia erilaisia, ja kunkin spektri on erityinen.
Riisi. 16 Esimerkkejä keski- ja korkeapaineisten elohopealamppujen spektreistä
Paineen lisääminen heikentää lampun tehoa. Esimerkkinä Aquafineuv-tuotemerkistä keskipaineiset UVC-lamput säteilevät 15-18 % virrankulutuksesta eivätkä 40 % matalapainelamppuina. Ja laitteiden hinta UVC-virran wattia kohden on korkeampi [].
Lampun tehokkuuden laskua ja kustannusten nousua kompensoi sen tiiviys. Esimerkiksi painettaessa juoksevan veden desinfiointi tai suurella nopeudella levitetyn lakan kuivaaminen vaatii kompakteja ja tehokkaita lähteitä, erityiskustannuksilla ja tehokkuudella ei ole merkitystä. Mutta on väärin käyttää tällaista lamppua desinfiointiin.
UV-säteilytin, joka on valmistettu DRL-polttimesta ja DRT-lampusta
On olemassa "kansan" tapa saada tehokas ultraviolettilähde suhteellisen edullisesti. Ne ovat poistumassa käytöstä, mutta valkovaloisia 125...1000 W DRL-lamppuja myydään edelleen. Näissä lampuissa ulomman pullon sisällä on "poltin" - korkeapaineinen elohopealamppu. Se lähettää laajakaistaista ultraviolettivaloa, jonka ulompi lasikupu peittää, mutta saa sen seinillä olevan loisteaineen hehkumaan. Jos rikot ulomman pullon ja liität polttimen verkkoon tavallisen kuristimen kautta, saat tehokkaan laajakaistaisen ultraviolettisäteilyn.
Tällaisella kotitekoisella emitterillä on haittoja: alhainen hyötysuhde matalapainelamppuihin verrattuna, suuri osa ultraviolettisäteilystä on bakterisidisen alueen ulkopuolella, etkä voi pysyä huoneessa jonkin aikaa lampun sammuttamisen jälkeen, kunnes otsoni hajoaa tai katoaa.
Mutta edut ovat myös kiistattomat: alhaiset kustannukset ja suuri teho kompaktissa koossa. Yksi eduista on otsonin muodostuminen. Otsoni desinfioi varjostetut pinnat, jotka eivät ole alttiina ultraviolettisäteille.
Riisi. 17 Ultraviolettisäteilytin, joka on valmistettu DRL-lampuista. Kuva on julkaistu tekijän, bulgarialaisen hammaslääkärin, luvalla käyttämällä tätä säteilijää tavallisen Philips TUV 30W bakterisidisen lampun lisäksi.
Samanlaisia ultraviolettilähteitä desinfiointiin korkeapaineisten elohopealamppujen muodossa käytetään OUFK-01 "Solnyshko" -tyyppisissä säteilyttimissä.
Esimerkiksi suositulle lampulle “DRT 125-1” valmistaja ei julkaise spektriä, mutta antaa parametrit dokumentaatiossa: säteilyn intensiteetti 1 m etäisyydellä lampusta UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, bakteereja tappava virtaus 8 W ja käytön jälkeen huoneen tuuletus otsonista vaaditaan []. Vastauksena suoraan kysymykseen DRT-lampun ja DRL-polttimen erosta valmistaja vastasi blogissaan, että DRT:n katodeissa on eristävä vihreä pinnoite.
Riisi. 18 Laajakaistainen ultraviolettilähde - DRT-125-lamppu
Ilmoitettujen ominaisuuksien mukaan on selvää, että spektri on laajakaistainen, jossa säteilyn osuus on lähes yhtä suuri pehmeässä, keskikovassa ja kovassa ultravioletissa, mukaan lukien otsonia muodostava kova UVC. Bakteereja tappava virtaus on 6,4 % virrankulutuksesta, eli hyötysuhde on 6 kertaa pienempi kuin matalapaineisen putkilampun.
Valmistaja ei julkaise tämän lampun spektriä, ja sama kuva yhden DRT:n spektrin kanssa kiertää Internetissä. Alkuperäinen lähde on tuntematon, mutta energiasuhde UVC-, UVB- ja UVA-alueilla ei vastaa DRT-125-lampulle ilmoitettuja. DRT:lle ilmoitetaan suunnilleen sama suhde, ja spektri osoittaa, että UVB-energia on monta kertaa suurempi kuin UBC-energia. Ja UVA:ssa se on monta kertaa korkeampi kuin UVB:ssä.
Riisi. 19. Korkeapaineisen elohopeakaarilampun spektri, joka kuvaa useimmiten lääketieteellisiin tarkoituksiin laajasti käytetyn DRT-125:n spektriä.
On selvää, että eri paineilla ja elohopealisäaineilla varustetut lamput säteilevät hieman eri tavalla. On myös selvää, että tietämätön kuluttaja on taipuvainen itsenäisesti kuvittelemaan tuotteen halutut ominaisuudet ja ominaisuudet, hankkimaan omiin olettamuksiinsa perustuvaa luottamusta ja tekemään ostoksen. Ja tietyn lampun spektrin julkaiseminen aiheuttaa keskusteluja, vertailuja ja johtopäätöksiä.
Kirjoittaja osti kerran OUFK-01-asennuksen DRT-125-lampulla ja käytti sitä useita vuosia muovituotteiden UV-kestävyyden testaamiseen. Säteilytin kahta tuotetta yhtä aikaa, joista toinen oli ultraviolettia kestävästä muovista valmistettu kontrolli, ja katsoin kumpi kellastui nopeammin. Tällaista sovellusta varten spektrin tarkan muodon tunteminen ei ole välttämätöntä, on vain tärkeää, että emitteri on laajakaistainen. Mutta miksi käyttää laajakaistaista ultraviolettivaloa, jos desinfiointi on tarpeen?
OUFK-01:n tarkoitus on todeta, että säteilytyslaitetta käytetään akuuteissa tulehdusprosesseissa. Eli tapauksissa, joissa ihon desinfioinnin positiivinen vaikutus ylittää laajakaistaisen ultraviolettisäteilyn mahdollisen haitan. On selvää, että tässä tapauksessa on parempi käyttää kapeakaistaista ultraviolettia, ilman spektrin aallonpituuksia, joilla on muu kuin bakterisidinen vaikutus.
Ilman desinfiointi
Ultraviolettivaloa pidetään riittämättömänä keinona pintojen desinfiointiin, koska säteet eivät pääse tunkeutumaan sinne, missä esimerkiksi alkoholi tunkeutuu. Mutta ultraviolettivalo desinfioi ilman tehokkaasti.
Aivastaessa ja yskiessä muodostuu usean mikrometrin kokoisia pisaroita, jotka roikkuvat ilmassa useista minuuteista useisiin tunteihin []. Tuberkuloositutkimukset ovat osoittaneet, että yksi aerosolipisara riittää aiheuttamaan infektion.
Kadulla olemme suhteellisen turvallisia valtavien ilmamäärien ja liikkuvuuden vuoksi, joka voi hajottaa ja desinfioida aivastelua ajan ja auringon säteilyn myötä. Metrossakin, vaikka tartunnan saaneiden osuus on pieni, ilman kokonaismäärä tartunnan saanutta kohden on suuri ja hyvä ilmanvaihto pienentää tartunnan leviämisriskiä. Ilmassa leviävän tautipandemian vaarallisin paikka on hissi. Siksi aivastajat on asetettava karanteeniin ja julkisten tilojen ilma, joissa ilmanvaihto on riittämätön, on desinfioitava.
Kierrätyslaitteet
Yksi ilman desinfiointivaihtoehdoista on suljetut UV-kierrättimet. Keskustellaanpa yhdestä näistä kierrätyslaitteista - "Dezar 7", joka tunnetaan nähtävänä jopa valtion ensimmäisen henkilön toimistossa.
Kierrättimen kuvauksessa sanotaan, että se puhaltaa 100 m3 tunnissa ja on suunniteltu käsittelemään tilaa, jonka tilavuus on 100 m3 (noin 5 × 7 × 2,8 metriä).
Mahdollisuus desinfioida 100 m3 ilmaa tunnissa ei kuitenkaan tarkoita, että 100 m3:n huoneen ilmaa käsitellään yhtä tehokkaasti. Käsitelty ilma laimentaa likaisen ilman, ja tässä muodossa se menee kierrätyslaitteeseen yhä uudelleen ja uudelleen. On helppo rakentaa matemaattinen malli ja laskea tällaisen prosessin tehokkuus:
Riisi. 20 UV-kierrättimen toiminnan vaikutus ilmanvaihtottoman huoneen ilmassa olevien mikro-organismien määrään.
Ilman mikro-organismien pitoisuuden vähentämiseksi 90 %:lla kierrätyslaitteen on toimittava yli kaksi tuntia. Jos huoneessa ei ole ilmanvaihtoa, tämä on mahdollista. Mutta yleensä ei ole huoneita, joissa on ihmisiä ja ilman ilmanvaihtoa. Esim, [] määrää ilmanvaihdon ulkoilman vähimmäisvirtaukseksi 3 m3/tunti/1 m2 asuntoa. Tämä vastaa täydellistä ilmanvaihtoa kerran tunnissa ja tekee kierrättimen käytöstä hyödytöntä.
Jos tarkastellaan mallia ei täydellisestä sekoituksesta, vaan laminaarisista suihkuista, jotka kulkevat tasaista monimutkaista liikerataa huoneessa ja menevät ilmanvaihtoon, yhden tällaisen suihkun desinfioinnista hyötyy vielä vähemmän kuin täydellisen sekoittumisen mallissa.
Joka tapauksessa UV-kierrättimestä ei ole hyötyä kuin avoimesta ikkunasta.
Yksi syy kierrätyslaitteiden alhaiseen hyötysuhteeseen on se, että bakterisidinen vaikutus on erittäin pieni jokaisella UV-virtauswatilla. Säde kulkee noin 10 senttimetriä asennuksen sisällä ja heijastuu sitten alumiinista kertoimella noin k = 0,7. Tämä tarkoittaa, että palkin tehollinen polku asennuksen sisällä on noin puoli metriä, minkä jälkeen se imeytyy hyödyttömästi.
Riisi. 21. Still YouTube-videosta, jossa näkyy kierrättimen purkamista. Bakteereja tappavat lamput ja alumiinia heijastava pinta ovat näkyvissä, jotka heijastavat ultraviolettisäteilyä paljon huonommin kuin näkyvä valo [].
Bakteereja tappava lamppu, joka roikkuu avoimesti klinikan toimiston seinällä ja jonka lääkäri sytyttää aikataulun mukaan, on monta kertaa tehokkaampi. Avoimen lampun säteet kulkevat useita metrejä ja desinfioivat ensin ilman ja sitten pinnat.
Ilmasäteilijät huoneen yläosassa
Sairaalaosastoilla, joissa on jatkuvasti vuodepotilaita, UV-laitteita käytetään joskus säteilyttämään katon alla kiertäviä ilmavirtoja. Tällaisten asennuksien suurin haitta on, että lamppuja peittävä säleikkö päästää vain säteet kulkemaan tiukasti yhteen suuntaan ja absorboi yli 90 % jäljellä olevasta virtauksesta ilman hyötyä.
Voit lisäksi puhaltaa ilmaa tällaisen säteilyttimen läpi luodaksesi kierrätyslaitteen samanaikaisesti, mutta tätä ei tehdä, luultavasti siksi, että huoneessa ei ole pölynkerääjä.
Riisi. 22 Kattoon asennettava UV-ilmasäteilytin, kuva paikalta [].
Säleiköt suojaavat huoneessa olevia ihmisiä suoralta ultraviolettisäteilyltä, mutta säleikön läpi kulkeva virtaus osuu kattoon ja seiniin ja heijastuu diffuusisesti, heijastuskertoimella noin 10%. Huone on täynnä monisuuntaista ultraviolettisäteilyä ja ihmiset saavat ultraviolettisäteilyn annoksen, joka on verrannollinen huoneessa vietetyn aikaan.
Arvostelijat ja kirjoittaja
Arvostelijat:
Artyom Balabanov, elektroniikkainsinööri, UV-kovetusjärjestelmien kehittäjä;
Rumen Vasilev, Ph.D., valaistusinsinööri, Interlux LLC, Bulgaria;
Vadim Grigorov, biofyysikko;
Stanislav Lermontov, valaisininsinööri, Complex Systems LLC;
Aleksei Pankrashkin, Ph.D., apulaisprofessori, puolijohdevalaistustekniikka ja fotoniikka, INTECH Engineering LLC;
Andrey Khramov, lääketieteellisten laitosten valaistussuunnittelun asiantuntija;
Vitaly Tsvirko, valaistustestauslaboratorion "TSSOT NAS of Belarus" johtaja
Kirjoittaja: Anton Sharakshane, Ph.D., valaistusinsinööri ja biofyysikko, ensimmäinen Moskovan osavaltion lääketieteellisen yliopiston mukaan nimetty. NIITÄ. Sechenov
viittaukset
viittaukset
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLETTIILMAN DESINFIOINTI
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Optisen säteilyn fysiikka ja valaistustekniikka. Osa 10: Fotobiologisesti tehokas säteily, suuret, symbolit ja toimintaspektri. Optisen säteilyn fysiikka ja valaistustekniikka. Fotobiologisesti aktiivinen säteily. Mitat, symbolit ja toimintaspektrit
[ESNA] ESNA Lighting Handbook, 9. painos. toim. Rea MS Illuminating Engineering Society of North America, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lamput ja lamppujärjestelmät. Fotobiologinen turvallisuus
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Coronavirus Ultraviolet Susceptibility, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Maali]
[TUV]
[WHO] Maailman terveysjärjestö. Ultraviolettisäteily: Muodollinen tieteellinen katsaus UV-säteilyn ympäristö- ja terveysvaikutuksiin viitaten maailmanlaajuiseen otsonikatoon.
[Desar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Bakterisidisen ultraviolettisäteilyn käyttö sisäilman desinfiointiin
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Lämmitys, ilmanvaihto ja ilmastointi.
Lähde: will.com