Svojstva ultraljubičastog zračenja ovise o valnoj duljini, a ultraljubičasti izvori se razlikuju po spektru. Razgovarajmo o tome koji su izvori ultraljubičastog zračenja i kako ih primijeniti kako bismo maksimizirali baktericidno djelovanje, minimalizirajući rizike od nepoželjnih bioloških efekata.
Sl. 1. Na fotografiji nije prikazana dezinfekcija UVC zračenjem, kao što bi se moglo misliti, već obuka za korištenje zaštitnog odijela s otkrivanjem luminescentnih mrlja u UVD zraku učesničkih tjelesnih tekućina. UVA – blago ultraljubičasto zračenje, ne djeluje baktericidno. Zatvorene oči su opravdan sigurnosni korak, budući da široki spektar korištenih UVA fluorescentnih lampi presijeca UVB, koji je opasan za vid (izvor Simon Davis/DFID).
Valna duljina vidljive svjetlosti odgovara energiji kvanta pri kojoj započinju fotokemijske reakcije. Kvanti vidljive svjetlosti potiču fotokemijske reakcije u specifičnoj fotosenzitivnoj tkanini – u mrežnici oka.
Ultraljubičasto zračenje je nevidljivo, ima manju valnu duljinu, veću frekvenciju i energiju kvanta, jače je zračenje, raznolikost fotokemijskih reakcija i bioloških efekata je veća.
Ultraljubičasto zračenje se razlikuje u:
- Dugovalno/meko/blisko UVA (400…315 nm);
- Srednje jako – UVB (315…280 nm);
- Kratkovalno/daleko/jako – UVC (280…100 nm).
Baktericidna svojstva ultraljubičastog zračenja
Baktericidno djelovanje ima jako ultraljubičasto zračenje – UVC, a u manjoj mjeri ultraljubičasto srednje jakosti – UVB. Na krivulji baktericidne učinkovitosti vidi se da jasno baktericidno djelovanje ima samo uski raspon 230…300 nm, što čini približno četvrtinu od raspona koji nazivamo ultraljubičastim.
Sl. 2 Krivulje baktericidne učinkovitosti iz []
Kvanti s valnim duljinama u ovom rasponu apsorbiraju se nukleinskim kiselinama, što dovodi do razaranja strukture DNA i RNA. Osim baktericidnog, tj. ubijajućeg bakterije, ovaj raspon ima virucidno (protuvirusno), fungicidno (protugljivično) i sporocidno (ubijajuće spore) djelovanje. Uključuje i ubijanje RNA virus SARS-CoV-2 koji je izazvao pandemiju 2020. godine.
Baktericidno djelovanje sunčeve svjetlosti
Baktericidno djelovanje sunčeve svjetlosti je relativno malo. Pogledajmo sunčev spektar iznad atmosfere i ispod atmosfere:
Sl. 3. Spektar sunčevog zračenja iznad atmosfere i na razini mora. Najstroža dio ultraljubičastog spektra ne dolazi do površine zemlje (preuzeto iz Wikipedije).
Važno je obratiti pozornost na označeni žutim nadatmosferski spektar. Energija kvanta lijevog ruba spektra nadatmosferskih sunčevih zraka s valnom duljinom manjom od 240 nm odgovara energiji kemijske veze od 5.1 eV u molekuli kisika "O2". Molekularni kisik apsorbira ove kvante, kemijska veza se prekida, formira se atomarni kisik "O", koji se ponovno spaja u molekule kisika "O2" i, djelomično, ozona "O3".
Nadatmosferski UVC stvara ozon u gornjim slojevima atmosfere, koji se naziva ozonskim slojem. Energija kemijske veze u molekuli ozona je niža nego u molekuli kisika, pa stoga ozon apsorbira kvante manje energije nego kisik. Dok kisik apsorbira samo UVC, ozonski sloj apsorbira UVC i UVB. Tako sunce na samom rubu ultraljubičastog dijela spektra generira ozon, a taj ozon zatim apsorbira većinu jakog sunčevog ultraljubičastog zračenja, štiteći Zemlju.
A sada pažljivo, obraćajući pažnju na valne duljine i razmjere, uskladit ćemo sunčev spektar sa spektrom baktericidnog djelovanja.
Sl. 4 Spektar baktericidnog djelovanja i spektar sunčevog zračenja.
Vidljivo je da baktericidno djelovanje sunčeve svjetlosti nije značajno. Dio spektra sposoban za baktericidno djelovanje gotovo je potpuno apsorbiran atmosferom. U različitim dijelovima godine i na različitim geografskim širinama situacija se malo razlikuje, ali kvalitativno je slična.
Opasnost od ultraljubičastog svjetla
Vođa jedne od velikih zemalja predložio je: "Za liječenje od COVID-19 potrebno je dostaviti sunčevu svjetlost unutar tijela". Međutim, baktericidni UV uništava RNA i DNA, uključujući ljudsku. Ako se "dostavi sunčeva svjetlost unutar tijela" – čovjek će umrijeti.
Epiderma, prvenstveno rožnati sloj odumrlih stanica, štiti živo tkivo od UVC. Ispod epidermalnog sloja prodire manje od 1% UVC zračenja [WHO]. Duže valne duljine UVB i UVA prodiru dublje.
Da nije bilo sunčevih ultraljubičastih zraka, ljudi možda ne bi imali epidermu i rožnatu površinu, a površina tijela bila bi sluzava, poput puževa. No, budući da su ljudi evoluirali pod suncem, sluzave su samo dijelove tijela zaštićene od sunca. Najosjetljivija sluzava površina je površina oka, koja je uvjetno zaštićena od sunčevih ultraljubičastih zraka kapcima, trepavicama, obrvama, facialnom motorikom i navikom da ne gledamo u sunce.
Kada su prvi put naučili zamijeniti leću umjetnom, oftalmolozi su se suočili s problemom opeklina mrežnice. Počeli su istraživati uzroke i otkrili su da je živa ljudska leća neprozirna za ultraljubičaste zrake i štiti mrežnicu. Nakon toga su i umjetne leće učinili neprozirnima za ultraljubičaste zrake.
Slika oka pod ultraljubičastim svjetlom ilustrira neprozirnost leće za ultraljubičaste zrake. Ne bi trebalo osvetljavati vlastito oko ultraljubičastim svjetlom, jer s vremenom leća mutni, uključujući i zbog akumulacije doze ultraljubičastih zraka tijekom godina, te zahtijeva zamjenu. Stoga, koristit ćemo iskustvo hrabrih ljudi koji su zanemarili sigurnost, osvijetlili si oči ultraljubičastom lampom pri valnoj duljini od 365 nm i objavili rezultate na YouTubeu.
Sl. 5 Kadrovi iz videa YouTube kanala 'Kreosan'.
Uređaji koji izazivaju luminescenciju, ultraljubičaste lampe s valnom duljinom od 365 nm (UVA) su popularni. Kupuju ih odrasli, ali neizbježno dospijevaju u ruke djece. Djeca si svijetle tim lampama u oči, pažljivo i dugo promatrajući svjetlucavi kristal. Takve radnje je poželjno spriječiti. Ako se to već dogodilo, možemo se umiriti time što je katarakta u istraživanjima na miševima sigurno uzrokovana zračenjem leće UVB, ali katarogenetski učinak UVA nije stabilan [].
Ipak, točan spektar djelovanja ultraljubičastih zraka na leću nije poznat. A uzimajući u obzir da je katarakta – efekte kasnalog djelovanja, potrebno je malo razmišljanja kako ne bi unaprijed zračili sebi u oči ultraljubičastim svjetlom.
Relativno brzo pod ultraljubičastim svjetlom upale se sluznice oka, što se naziva fotokeratitis i fotokonjunktivitis. Sluznice postaju crvene, a javlja se osjećaj "pjeska u očima". Učinak prolazi nakon nekoliko dana, ali višestruka opekotina može dovesti do zamagljenja rožnice.
Duljine valova koje izazivaju te efekte otprilike odgovaraju ponderiranoj funkciji UV opasnosti, navedenoj u standardu za fotobiološku sigurnost [IEC 62471] i otprilike se podudaraju s rasponom baktericidnog djelovanja.
Slika 6 Spektri djelovanja ultraljubičastog svjetla koji uzrokuju fotokonjunktivitis i fotokeratitis iz [] i ponderirana funkcija aktivnosti UV opasnosti za kožu i oči iz [].
Pragovne doze za fotokeratitis i fotokonjunktivitis su 50-100 J/m2, ova vrijednost ne prelazi doze koje se koriste pri dezinfekciji. Ne može se dezinficirati sluznica oka ultraljubičastim svjetlom bez izazivanja upale.
Eritem, odnosno "sunčana opeklina" opasan je ultraljubičastim svjetlom u rasponu do 300 nm. Prema nekim izvorima, maksimalna spektralna učinkovitost eritema javlja se na valnim duljinama oko 300 nm []. Minimalna doza koja izaziva jedva primjetan eritem MED (Minimalna Eritemna Doza) za različite tipove kože kreće se od 150 do 2000 J/m2. Za stanovnike srednje zone tipična MED može se smatrati vrijednošću od oko 200…300 J/m2.
UVB u rasponu 280-320 nm, s maksimumom oko 300 nm uzrokuje rak kože. Pragovne doze nema, veća doza – veći rizik, a učinak se odgađa.
Slika 7 Krivulje djelovanja ultraljubičastog svjetla koje uzrokuju eritem i rak kože.
Fotoinducirano starenje kože uzrokuje se ultraljubičastim svjetlom u cijelom rasponu od 200…400 nm. Poznata je fotografija vozača kamiona koji je bio izložen sunčevom ultraljubičastom svjetlu prvenstveno s lijeve strane dok je vozio. Vozač je imao običaj voziti s spuštenim staklom vozačevog prozora, dok je desna strana lica bila zaštićena od sunčevog ultraljubičastog svjetla vjetrobranskim staklom. Razlika u starenju kože na desnoj i lijevoj strani impresionira:
Slika 8 Fotografija vozača koji je 28 godina vozio s spuštenim staklom vozačevog prozora [].
Ako grubo procijenimo da se starost kože s različitih strana lica ove osobe razlikuje za dvadeset godina, a to je posljedica toga što je otprilike tih dvadeset godina jedna strana lica bila izložena suncu, a druga nije, možemo oprezno zaključiti da jedan dan proveden na otvorenom suncu stari kožu za jedan dan.
Iz referentnih podataka [] je poznato da u srednjim geografskim širinama ljeti pod izravnom sunčevom svjetlošću minimalna eritemna doza od 200 J/m2 može se postići brže od jednog sata. Usporedbom ovih brojki s donesenim zaključkom, možemo izvesti još jedan zaključak – starenje kože tijekom povremenog i kratkog rada s UV lampama nije značajna opasnost.
Koliko UV zraka je potrebno za dezinfekciju
Broj preživjelih mikroorganizama na površinama i u zraku opada eksponencijalno s povećanjem doze UV zraka. Na primjer, doza koja ubija 90% mikobakterija tuberkuloze – 10 J/m2. Dvije takve doze ubijaju 99%, tri doze ubijaju 99,9% itd.
Sl. 9 Ovisnost udjela preživjelih mikobakterija tuberkuloze o dozi ultraljubičastog zračenja pri valnoj duljini od 254 nm.
Eksponencijalna ovisnost je zanimljiva jer čak i mala doza ubija većinu mikroorganizama.
Među navedenim u [] patogenim mikroorganizmima, Salmonela je najotpornija na ultraljubičasto zračenje. Doza koja ubija 90% njezinih bakterija iznosi 80 J/m2. Prema podacima pregleda [Kowalski2020], prosječna doza koja ubija 90% koronavirusa iznosi 67 J/m2. Međutim, za većinu mikroorganizama, ta doza ne prelazi 50 J/m2. Za praktične svrhe može se zapamtiti da je standardna doza koja dezinfekciju vrši s učinkovitosti od 90% – 50 J/m2.
Prema važećoj odobrenoj metodi Ministarstva zdravstva Rusije za korištenje UV zraka za dezinfekciju zraka [] maksimalna učinkovitost dezinfekcije „tri devetke“ ili 99,9% potrebna je za operacijske dvorane, porođajne zgrade itd. Za učionice, prostorije javnih zgrada itd. dovoljna je „jedna devetka“, dakle 90% uništenih mikroorganizama. To znači da, ovisno o kategoriji prostora, dovoljno od jedne do tri standardne doze od 50...150 J/m2.
Primjer procjene potrebnog vremena zračenja: pretpostavimo da je potrebno dezinficirati zrak i površine u prostoriji dimenzija 5 × 7 × 2,8 metra, za što se koristi jedna otvorena žarulja Philips TUV 30W.
U tehničkom opisu žarulje navedena je baktericidna snaga od 12 W []. U idealnom slučaju, cijela snaga ide isključivo na dezinficirane površine, no u stvarnoj situaciji polovica snage će biti izgubljena bez koristi, na primjer, prekomjerno će osvjetljavati zid iza svjetla. Stoga ćemo računati na korisnu snagu od 6 W. Ukupna površina koja se zrači u prostoriji - pod 35 m2 + strop 35 m2 + zidovi 67 m2, ukupno 137 m2.
U prosjeku na površine pada snaga baktericidnog zračenja 6 W/137m2 = 0,044 W/m2. U satu, to jest za 3600 sekundi, na te površine će doza biti 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, ili otprilike 150 J/m2. To odgovara tri standardne doze od 50 J/m2 ili „tri devetke“ – 99,9% baktericidne učinkovitosti, tj. zahtjevima za operacijske prostorije. Budući da je izračunata doza, prije nego što dosegne površine, prošla kroz volumen prostorije, s jednakom učinkovitošću dezinficira i zrak.
Ako su zahtjevi za sterilnost mali i dovoljna je „jedna devetka“, za razmatrani primjer potrebno je tri puta manje vrijeme zračenja – otprilike 20 minuta.
Zaštita od ultraljubičastog zračenja
Glavna mjera zaštite tijekom dezinficiranja ultraljubičastim zračenjem – napustiti prostoriju. Boraviti blizu djelatne UV žarulje, ali skrenuti pogled ne pomaže, sluznice oka će se i dalje zračiti.
Djelomična mjera zaštite sluznice oka mogu biti naočale od stakla. Kategorično tvrdnja „staklo ne propušta ultraljubičasto zračenje“ je netočna, u određenoj mjeri propušta, a različite vrste stakla različito. No, općenito, s smanjenjem valne duljine koeficijent propuštanja se smanjuje, a UVC se učinkovito propušta samo kroz kvarcno staklo. Staklene naočale u svakom slučaju nisu kvarcne.
Sigurno se može reći da ne propuštaju ultraljubičasto zračenje leće naočala s oznakom UV400.
Sl. 10 Spektar propuštanja staklenih naočala s indeksima UV380, UV400 i UV420. Slika s web stranice []
Također je mjera zaštite korištenje UVC baktericidnih izvora, koji ne isijavaju potencijalno opasne, ali neučinkovite UVB i UVA domene za dezinfekciju.
Izvori ultraljubičastog zračenja
UV diodi
Najčešće korišteni ultraljubičasti diodi 365 nm (UVA) namijenjeni su za „policijske svjetiljke“, koje uzrokuju luminiscenciju za otkrivanje nevidljivih onečišćenja bez UV zračenja. Dezinfekcija tim diodama nije moguća (vidi sl. 11).
Za dezinfekciju se mogu koristiti kratkovalni UVC diodi s valnom duljinom 265 nm. Cijena modula na diodama koji bi zamijenio živine baktericidne lampe prelazi cijenu lampe za tri reda veličine, stoga se u praksi takva rješenja za dezinfekciju velikih površina ne koriste. Međutim, pojavljuju se kompaktni uređaji na UV diodama za dezinfekciju malih površina – alata, telefona, mjesta oštećenja kože itd.
Živine lampe niskog tlaka
Živina lampa niskog tlaka je standard s kojim se uspoređuju svi drugi izvori.
Glavni dio energije koju isijavaju pare žive pri niskom tlaku u električnom izboju dolazi na valnu duljinu 254 nm, koja je idealna za dezinfekciju. Mali dio energije isijava se na valnoj duljini 185 nm, koja intenzivno generira ozon. A vrlo malo energije isijava se na drugim valnim duljinama, uključujući vidljivu domenu.
U običnim živinim fluorescentnim lampama bijele svjetlosti, staklo boce ne propušta ultraljubičasto zračenje koje isijavaju pare žive. No, fluorescentni pigment, bijeli prah na stjenkama boce, pod utjecajem ultraljubičastog svjetla sjaji u vidljivoj domeni.
UVB ili UVA lampe su slične, staklena boca ne propušta vrhove 185 nm i 254 nm, ali fluorescentni pigment pod utjecajem kratkovalnog ultraljubičastog zračenja isijava nevidljivu svjetlost, dok isijava dugovalno ultraljubičasto zračenje. To su lampe tehničke namjene. A kako je spektar UVA lampi sličan sunčevom, takve lampe se koriste i za sunčanje. Usporedba spektra s krivuljom baktericidne učinkovitosti pokazuje da nije prikladno koristiti UVB, a još manje UVA lampe za dezinfekciju.
Slika 11. Usporedba baktericidne učinkovitosti, spektra UVB lampe, spektra UVA lampe 'za sunčanje' i spektra dioda 365 nm. Spektri lampi preuzeti s web stranice američke asocijacije proizvođača boja [].
Napominjemo da je spektar fluorescentne lampe UVA širok i obuhvaća UVB-opseg. Spektar diode 365 nm je znatno uži, to je 'pravi UVA'. Ako je UVA potrebna za izazivanje luminescencije u dekorativne svrhe ili za otkrivanje onečišćenja, korištenje diode je sigurnije od korištenja ultravioletne fluorescentne lampe.
Živina baktericidna lampa niskog tlaka UVC razlikuje se od fluorescentnih po tome što na stjenkama boce nema luminescentnog materijala, a boca propušta ultravioletno svjetlo. Osnovna linija 254 nm uvijek se propušta, dok se linija koja generira ozon 185 nm može ostaviti u spektru lampe ili ukloniti staklenom bocom s selektivnim propuštanjem.
Slika 12. Opseg zračenja naveden je na oznaci ultravioletnih lampi. Baktericidnu lampu UVC možemo prepoznati po odsutnosti luminescentnog materijala na boci.
Ozon ima dodatno baktericidno djelovanje, ali je karcinogen, stoga, da ne čekamo njegovo isparavanje nakon dezinfekcije, koriste se lampi koje ne stvaraju ozon, bez linije 185 nm u spektru. Ove lampe imaju gotovo idealan spektar — osnovna linija s visokom baktericidnom učinkovitošću 254 nm, vrlo slabo zračenje u nebaktericidnim područjima ultraljubičastog svjetla, i malo 'signalno' zračenje u vidljivom spektru.
Slika 13. Spektar žive lampe niskog tlaka UVC (dostavljen od strane časopisa lumen2b.ru) kombiniran je sa spektrom sunčevog zračenja (iz Wikipedije) i krivuljom učinkovitosti baktericidnog djelovanja (iz ESNA Lighting Handbook []).
Plavo svjetlo baktericidnih lampi omogućuje da se vidi da je živa lampa uključena i radi. Svjetlost je slaba, što stvara lažni dojam da je sigurno gledati u lampu. Ne osjećamo da zračenje u UVC opsegu čini 35...40% ukupne potrošnje snage lampe.
Slika 14. Mala količina energije zračenja para žive pada na vidljivi opseg i vidljiva je kao slabo plavo svjetlo.
Baktericidna živa lampa niskog pritiska ima istu bazu kao obična fluorescentna, ali se pravi druge dužine, tako da baktericidnu lampu ne možete staviti u obične lampe. Lampa za baktericidnu lampu, osim dimenzija, razlikuje se po tome što su svi plastični delovi otporni na ultraljubičaste zrake, žice su zaštićene od UV zračenja, a nema difuzora.
Za kućne baktericidne potrebe autor koristi baktericidnu lampu snage 15 W, koja je ranije korišćena za dezinfekciju hranljivih rastvora u hidroponskim sistemima. Njeno analogno rešenje može se naći pod zahtevom "aquarium uv sterilisator". Tokom rada lampu se oslobađa ozon, što nije dobro, ali je korisno za dezinfekciju, na primer, obuće.
Sl. 15 Žive lampe niskog pritiska s različitim tipovima baza. Slike sa sajta Aliexpress.
Žive lampe srednjeg i visokog pritiska
Povećanje pritiska para žive dovodi do komplikacije spektra, spektar se širi i u njemu se pojavljuje više linija, uključujući one koje generiraju ozon. Uvođenje dodataka u živu dovodi do još veće komplikacije spektra. Postoji mnogo vrsta sličnih lampi, a spektar svake je poseban.
Sl. 16 Primeri spektra žive lampi srednjeg i visokog pritiska
Povećanje pritiska smanjuje efikasnost lampi. Na primeru marke Aquafineuv, lampe srednjeg pritiska u području UVC emituju samo 15-18% od potrošene snage, a ne 40% kao lampe niskog pritiska. I cena opreme izražena po jednom vatu UVC protoka je viša [].
Smanjenje efikasnosti i povećanje cene lampi nadoknađuje se kompaktnošću. Na primer, dezinfekcija protoka vode ili sušenje visoko brzog nanošenja laka u grafici zahteva kompaktne i snažne izvore, gde je specifična cena i efikasnost manje bitna. No, korišćenje takve lampe za dezinfekciju nije korektno.
UV izvor iz gorionika DRL i lampe DRT
Postoji „narodni“ način da se relativno jeftino dobije moćan izvor ultraljubičastog svetla. Iako izlaze iz upotrebe, još uvek se prodaju DRL lampe belog svetla od 125…1000 W. U tim lampama, unutar spoljne cevi nalazi se „gorionik“ — visokotlačna živina lampu. Ona emituje širokopojasnu ultraljubičastu svetlost, koja se zadržava u spoljnoj staklenoj cevi, ali izaziva fluoroscent u luminoforu na njenim zidovima. Ako se razbije spoljna cev i poveže gorionik na mrežu preko standardnog balasta, dobijamo moćan izvor širokopojasnog ultraljubičastog svetla.
Takav improvizovani izvor svetlosti ima nedostataka: niži stepen efikasnosti u poređenju sa lampama niskog pritiska, veći deo ultraljubičastog svetla van baktericidnog opsega, i ne preporučuje se boravak u prostoriji određeno vreme nakon gašenja lampe, dok se ozon ne raspadne ili ne ispari.
Ali nisu sporne ni prednosti: niska cena i velika snaga uz kompaktne dimenzije. Među prednostima je i generacija ozona. Ozon dezinfikuje senovite površine koje ne mogu da dobiju ultraljubičasto svetlo.
Slika 17. Ultraljubičasti izvor, napravljen od DRL lampi. Fotografija je objavljena uz dozvolu autora, bugarskog stomatologa, koji koristi ovaj izvor pored standardne baktericidne lampe Philips TUV 30W.
Slični izvori ultraljubičastog svetla za dezinfekciju u obliku visokotlačnih živinih lampi koriste se u izvorima tipa OUFK-01 „Suncokret“.
Na primer, za popularnu lampu „DRT 125-1“ proizvođač ne objavljuje spektar, ali u dokumentaciji navodi parametre: intenzitet zračenja na udaljenosti od 1 m od lampe UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, baktericidni protok 8 W, i nakon upotrebe je potrebna ventilacija prostorije zbog ozona []. Na direktno pitanje o razlici između lampe DRT i gorionika DRL, proizvođač je u svom blogu odgovorio da DRT ima izolovanu zelenu prevlaku na katodama.
Slika 18. Izvor širokopojasnog ultraljubičastog svetla — lampa DRT-125
Prema navedenim karakteristikama, vidljivo je da je spektar širokopojasni s gotovo jednakim udjelima zračenja u mekom, srednjem i jakom ultraljubičastom spektru, uključujući i generiranje ozona jakim UVC. Baktericidni protok čini 6,4% od potrošene snage, što znači da je učinak 6 puta manji nego kod cijevne lampe niskog pritiska.
Proizvođač ne objavljuje spektar ove lampe, a na internetu kruži ista slika sa spektrom neke od DRT. Izvor nije poznat, ali omjer energije u UVC, UVB i UVA rasponima ne odgovara onome što je za lampu DRT-125 navedeno. Za DRT je navedeno otprilike jednako raspoređen omjer, a po spektru se vidi da je energija UVB višestruko veća od energije UBC. A energija u UVA je višestruko veća nego u UVB.
Slika 19. Spektar visokotlačne žive lampe, koja najčešće ilustrira spektar široko korištenih u medicinske svrhe DRT-125.
Jasno je da lampe s različitim pritiscima i aditivima u živi zrače malo drugačije. Također je jasno da neinformirani potrošač sklon može sam zamišljati željene karakteristike i osobine proizvoda, steći uvjerenje temeljem vlastitih pretpostavki i donijeti odluku o kupnji. Objavljivanje spektra konkretne lampe izazvat će rasprave, usporedbe i zaključke.
Autor je jednom kupio uređaj OUFK-01 s lampom DRT-125 i nekoliko godina ga koristio za ispitivanja UV-otpornosti plastičnih proizvoda. Obasjavao je istovremeno dva proizvoda, od kojih je jedan kontrolni izrađen od plastike otporne na ultraljubičasto zračenje, i promatrao koji će požutjeti brže. Za takvu primjenu poznavanje točnog oblika spektra nije nužno, važno je samo da je izvor širokopojasni. No, zašto koristiti širokopojasni ultraljubičasti, ako je potrebna dezinfekcija?
U namjeni OUFK-01 navedeno je da se izvor koristi kod akutnih upalnih procesa. To jest u slučajevima kada pozitivan učinak dezinfekcije kože nadmašuje moguću štetu širokopojasnog ultraljubičastog zračenja. Očigledno je da je i u takvom slučaju bolje koristiti uskopojasno ultraljubičasto, bez valnih duljina u spektru koje imaju drugo djelovanje osim baktericidnog.
Dezinfekcija zraka
Ultraljubičasto zračenje se smatra nedovoljnim sredstvom za dezinfekciju površina, budući da zraci ne mogu prodrijeti tamo gdje može, na primjer, alkohol. No, ultraljubičasto zračenje učinkovito dezinficira zrak.
Pri kišanju i kašljanju stvaraju se kapljice veličine nekoliko mikrometara, koje ostaju u zraku od nekoliko minuta do nekoliko sati []. Istraživanja o tuberkulozi su pokazala da je za zarazu dovoljna jedna aerosolična kaplja.
Na otvorenom smo u relativnoj sigurnosti zbog ogromnih količina i pokretljivosti zraka, koji može razbiti i dezinfekcijom vremenom i sunčevim zračenjem svaki kich. Čak i u metrou, dok je udio zaraženih osoba mali, ukupna količina zraka po jednom zaraženom je velika, a dobra ventilacija čini rizik od širenja infekcije malim. Najopasnija mjesta tijekom pandemija bolesti koje se prenose zrakom su dizala. Stoga bi kiša treba biti u karanteni, a zrak u javnim prostorijama s nedovoljnom ventilacijom treba dezinficirati.
Recirkulatori
Jedna od opcija za dezinfekciju zraka su zatvoreni UV recirkulatori. Razgovarat ćemo o jednom takvom recirkulatoru - „Dezar 7“, poznatom po tome što je primijećen čak i u uredu prvog čovjeka države.
U opisu recirkulatora navedeno je da on pročišćava 100 m3 na sat i namijenjen je za obradu prostora volumena 100 m3 (otprilike 5 × 7 × 2,8 metara).
Međutim, sposobnost dezinfekcije 100 m3 zraka na sat ne znači da će zrak u prostoru volumena 100 m3 biti obrađen tako učinkovito. Pročišćeni zrak razrijeđuje prljavi zrak i u tom obliku ponovno i ponovno ulazi u recirkulator. Nije teško izgraditi matematički model i izračunati učinkovitost tog procesa:
Sl. 20 Utjecaj rada UV recirkulatora na broj mikroorganizama u zraku sobe bez ventilacije.
Da bi se smanjila koncentracija mikroorganizama u zraku za 90%, recirkulator mora raditi više od dva sata. U nedostatku ventilacije u prostoru, to je moguće. No, prostora s ljudima i bez ventilacije obično nema. Na primjer, [] propisuje minimalnu potrošnju vanjskog zraka pri ventilaciji od 3 m3 na sat po 1 m2 stambene površine. Što odgovara potpuno zamjenjuje zraka jednom u satu i čini beskorisnim rad recirkulatora.
Ako razmatramo model ne potpune miješanja, već laminarnih struja koje prolaze uspostavljenom složenom putanjom u sobi i odlaze u ventilaciju, korist dezinfeicije jedne od takvih struja je još manja nego u modelu potpunog miješanja.
U svakom slučaju, UV recirkulator nije učinkovitiji od otvorenog prozora.
Jedan od razloga male učinkovitosti recirkulatora je taj što je baktericidni učinak vrlo mali u odnosu na svaki vat UV toka. Zrak prolazi otprilike 10 centimetara unutar uređaja, a zatim se odbija od aluminija s koeficijentom od oko k=0,7. To znači da je učinkovit put zraka unutar uređaja oko pola metra, nakon čega se beskorisno apsorbira.
Sl. 21. Kadrovi iz videa na Youtube-u, na kojem se analizira recirkulator. Vidljive su baktericidne lampe i aluminijska reflektirajuća površina, koja znatno slabije reflektira ultraljubičasto svjetlo nego vidljivu svjetlost [].
Baktericidna lampa koja otvoreno visi na zidu u ordinaciji i prema rasporedu je uključena od strane liječnika, višestruko je učinkovitija. Zrake iz otvorene lampe prolaze nekoliko metara, prvo dezinficirajući zrak, a zatim i površine.
Uređaji za obasjavanje zraka na gornjem dijelu prostorije.
U bolničkim sobama u kojima se stalno nalaze ležeći bolesnici, ponekad se koriste UV uređaji koji obasjavaju cirkulirajuće zrakoplovne tokove ispod stropa. Osnovni nedostatak takvih uređaja – rešetka koja pokriva lampe dopušta prolaz samo zraka koji ide strogo u jednom smjeru, apsorbirajući bez svrhe više od 90% ostalog toka.
Dodatno se može puhanje zraka kroz takav uređaj za obasjavanje kako bi se ujedno dobio recirkulator, ali se to obično ne radi, vjerojatno zbog nevoljnosti da se u sobi dobije akumulator prašine.
Sl. 22. Podstropni UV dezinficijent zraka, slika s weba [].
Rešetke štite ljude u zatvorenom od izravnog ultraljubičastog zračenja, no taj zrak koji prolazi kroz rešetku udara na strop i zidove i difuzno se odbija, s koeficijentom refleksije od oko 10%. Prostorija se ispunjava svesmjernim ultraljubičastim zračenjem i ljudi primaju dozu ultraljubičastog zračenja koja odgovara vremenu provedenom u prostoriji.
Recenzenti i autor
Recenzenti:
Artyom Balabanov, inženjer elektronike, developer sustava UV očvršćivanja;
Rumen Vasilev, dr. ing., stručnjak za rasvjetu, OOD „Interlux”, Bugarska;
Vadim Grigorov, biofizičar;
Stanislav Lermontov, inženjer rasvjete, LLC „Kompleksni sustavi”;
Aleksej Pankraškin, dr. ing., docent, poluprovodni svetlosni inženjering i fotonika, LLC „INTEH Inžinjerstvo”;
Andrej Hramov, specijalist za projektiranje rasvjete u medicinskim ustanovama;
Vitalij Cvirkо, šef svjetlosne ispitne laboratorije „CSOT NAN Belorusija”
Autor: Anton Sharakshané, dr. fiz. matem., stručnjak za rasvjetu i biofizičar, Prvi MGU im. I.M. Sečenova
Linkovi
Linkovi
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRALJUBIČASTA DEZINFEKCIJA ZRAČENJA
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fizika optičkih zračenja i inženjering osvjetljenja. Dio 10: Fotobiološki aktivno zračenje, količine, simboli i spektri djelovanja. Fizika optičkih zračenja i inženjering osvjetljenja. Fotobiološki aktivno zračenje. Količine, simboli i spektri akcije
[ESNA] ESNA Priručnik za osvjetljenje, 9. izd. ur. Rea M.S. Društvo za inženjerstvo osvjetljenja Sjeverne Amerike, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampice i sustavi lampi. Svjetlosna biološka sigurnost
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski i sur., 2020 COVID-19 Coronavirus Ultraviolettna osjetljivost, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[WHO] Svjetska zdravstvena organizacija. Ultraljubičasto zračenje: Službeni znanstveni pregled utjecaja UV zračenja na okoliš i zdravlje s osvrtom na globalno smanjenje ozonskog omotača.
[Dezar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Korištenje ultraljubičastog baktericidnog zračenja za dezinfekciju zraka u zatvorenim prostorima
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Grijanje, ventilacija i klimatizacija.
Izvor: habr.com
