A napfény ultraibolya (UV) tulajdonságai a hullámhossztól függenek, és az ultraibolya különböző forrásai eltérő spektrummal bírnak. Beszéljük meg, hogy melyek az ultraibolya források és hogyan alkalmazzuk őket, hogy maximalizáljuk a baktércíd hatást, minimalizálva a nem kívánt biológiai hatások kockázatait.
1. ábra. A fényképen nem UVC sugárzásos fertőtlenítés látható, ahogyan azt gondolhatnánk, hanem a védőruha használatának gyakorlása UVA fényben fluoreszcáló foltok azonosítása mintagyakorlati testnedvekben. Az UVA - lágy ultraibolya, és nincs baktériumölő hatása. Az elzárt szemek indokolt biztonsági intézkedés, mivel az alkalmazott széles spektrumú UVA fluoreszcens lámpa átfedésben van az UVB-vel, amely veszélyes a látásra (forrás: Simon Davis / DFID).
A látható fény hullámhossza megfelel a kvantum energiájának, ahol éppen hogy lehetővé válik a fotokémiai hatás. A látható fény kvantumai az érzékeny fototitkájú szövetben – a szem retinájában – fotokémiai reakciókat váltanak ki.
Az ultraibolya láthatatlan, hullámhossza rövidebb, frekvenciája és kvantumenergiája magasabb, sugárzása erősebb, a fotokémiai reakciók és biológiai hatások sokfélesége nagyobb.
Az ultraibolya a következőkre oszlik:
- A látható fényhez hasonló tulajdonságokkal bíró hosszú hullámú / lágy / közeli UVA (400...315 nm);
- Közepesen erős – UVB (315...280 nm);
- Rövid hullámú / távoli / erős – UVC (280...100 nm).
Az ultraibolya baktériumölő hatása
A baktériumölő hatást az erős ultraibolya – UVC gyakorolja, és kisebb mértékben a közepesen erős ultraibolya – UVB. A baktericid hatékonyság görbéje azt mutatja, hogy egyértelmű baktériumölő hatást csak a 230...300 nm közötti szűk tartomány gyakorol, amely körülbelül a nevezett ultraibolya tartomány negyedét jelenti.
2. ábra. A baktericid hatékonyság görbéi a []
A megadott tartományba eső hullámhosszal rendelkező kvantumokat a nukleinsavak elnyelik, ami a DNS és RNS szerkezetének lebontásához vezet. A baktericid, vagyis a baktériumokat elpusztító hatáson kívül ez a tartomány vírusölő (antivírus), gombaölő (antifungális) és spóraölő (spórákat elpusztító) hatással is bír. Köztük elpusztítja a 2020-as világjárványt okozó RNS-tartalmú SARS-CoV-2 vírust.
A napfény baktériumölő hatása
A napfény baktericid hatása viszonylag csekély. Nézzük meg a nap spektrumát a légkör felett és alatt:
3. ábra. A napsugárzás spektruma a légkör felett és a tengerszinten. Az ultraibolya spektrum legintenzívebb része nem éri el a földfelszínt (forrás: Wikipédia).
Érdemes figyelmet fordítani a sárgával kiemelt légkör feletti spektrumra. A légkör feletti napfény spektrumának bal széle, 240 nm-nél rövidebb hullámhosszon lévő kvantumenergia 5,1 eV-ot felel meg az oxigén „O2” molekulában lévő kémiai kötés energiájának. A molekuláris oxigén elnyeli ezeket a kvantumokat, a kémiai kötés megszakad, atomáris oxigén „O” keletkezik, amely ismét molekulákká, „O2”-t és részben ózont, „O3”-t alkot.
A légkör feletti UV-C a légkör felső rétegeiben ózont képez, amely az ózonréteg néven ismert. Az ózon molekulájában a kémiai kötés energiája alacsonyabb, mint az oxigén molekulájában, ezért az ózon kisebb energiájú kvantumokat nyel el, mint az oxigén. Míg az oxigén csak a UV-C-t nyeli el, az ózonréteg az UV-C-t és UV-B-t is elnyeli. Így a nap a spektrum ultraibolya részének legszélén ózont generál, ez az ózon pedig elnyeli a napsugárzás jelentős részét, védve ezzel a Földet.
Most pedig óvatosan, a hullámhosszakra és a skálára figyelve, összevethetjük a nap spektrumát a baktericid hatás spektrumával.
4. ábra. A baktericid hatás spektruma és a napsugárzás spektruma.
Látható, hogy a napfény baktericid hatása csekély. Az a spektrális rész, amely képes baktericid hatást gyakorolni, szinte teljesen el van nyelve a légkör által. Az év különböző időszakaiban és különböző szélességeken a helyzet némileg eltér, de lényegében hasonló.
Az ultraibolya veszélye
Egy nagy ország vezetője javasolta: „a COVID-19-ből való gyógyuláshoz be kell juttatni a napfényt a szervezetbe.” Azonban a baktericid UV károsítja a RNS-t és DNS-t, beleértve az emberi sejteket is. Ha „a napfényt bejuttatjuk a szervezetbe” – az ember el fog halni.
A hám, elsősorban a meghalt sejtekből álló szaruréteg védi az élő szövetet a UV-C-től. A hámréteg alatt csak a sugárzás kevesebb mint 1%-a hatol be [WHO]. A hosszabb hullámhosszú UV-B és UVA mélyebb hatol be.
Ha a napfényes UV-sugárzás nem létezne, lehet, hogy az embereknek nem lenne epidermisze és szarurétege, és a test felszíne nyálkás lenne, mint a csigáké. Mivel azonban az emberek a nap alatt fejlődtek ki, nyálkásak csak a naptól védett felületek. A legsebezhetőbb a szaruhártya nyálkahártya, amelyet a nap UV-sugárzása ellen a szemhéjak, a szempillák, a szemöldök, az arc motorikája és a napra való nem nézés megszokása védett.
Amikor először tanulták meg a lencse mesterséges pótlását, az oculisták a retinát ért égési sérülések problémájával szembesültek. Részletesen megvizsgálták az okokat, és megállapították, hogy az élő emberi lencse nem átlátszó az UV-sugárzás számára és védi a retinát. Ezt követően a mesterséges lencséket is UV-sugárzás ellen átlátszatlanná kezdték tenni.
A szem UV-sugarakkal történő képe illusztrálja a lencse UV-ellenállását. A saját szemünket nem szabad UV-sugárzással megvilágítani, mert idővel a lencse megkásásodik, többek között az évek során halmozódott UV-sugárzás dózisa miatt, és cserére szorul. Ezért vegyük alapul azokat a bátor embereket, akik figyelmen kívül hagyták a biztonságot, UV-lámpákkal világították meg a szemüket a 365 nm hullámhosszon, és feltették az eredményt a YouTube-ra.
5. ábra Kép a «Kreosan» YouTube-csatorna videójából.
A 365 nm hullámhosszú (UVA) fluoreszcens UV-lámpák népszerűek. Felnőttek vásárolják őket, de elkerülhetetlenül a gyerekek kezeibe kerülnek. A gyerekek ezekkel a lámpákkal világítanak a szemükbe, figyelmesen és hosszan nézegetve a fénylő kristályt. Az ilyen cselekvések megelőzését ajánlott elérni. Ha ez megtörténik, nyugtatja magát azzal, hogy a szürkehályog UVB-vel való besugárzás esetén biztosan megfigyelhető egerek kutatása során, de az UVA katarogén hatása instabil.].
És mégis, az UV-sugárzás lencsére gyakorolt pontos spektruma ismeretlen. Figyelembe véve, hogy a szürkehályog erőteljesen késleltetett hatás, szükséges némi eszme, hogy előre ne világítsunk UV-sugárzással a szemünkbe.
A szem nyálkahártyája viszonylag gyorsan gyulladásba jön ultraibolya fény hatására, ezt fotokeratitisként és fotokonjunktivitisként ismerjük. A nyálkahártyák vörössé válnak, és „homokérzés” jelentkezik a szemekben. A hatás néhány nap alatt elmúlik, de a többszöri égési sérülés szaruhártya homályosodáshoz vezethet.
Azoknak a hullámhosszoknak, amelyek ezeket a hatásokat okozzák, körülbelül megfelel a fotobiológiai biztonság [IEC 62471] szabványban meghatározott UV-veszély súlyozott függvénye, és körülbelül megfelel a baktériumölő hatás tartományának.
6. ábra Az ultraibolya fény spektrumai, amelyek fotokonjunktivitist és fotokeratitist okoznak [] és a bőr és szem számára akciós UV-veszély súlyozott funkciója [].
A fotokeratitisz és a fotokonjunktivitisz küszöbértéke 50-100 J/m², ez az érték nem haladja meg a fertőtlenítés során használt adagokat. A szem nyálkahártyáját ultraibolya fénnyel úgy fertőtleníteni, hogy gyulladást ne okozzon, nem lehetséges.
A erythemát, azaz a „napégést” az ultraibolya fény a 300 nm-ig terjedő tartományban veszélyezteti. Néhány forrás szerint a maximális spektrális hatékonyság 300 nm körüli hullámhosszon található []. Az alig észlelhető erythema MÉD (Minimum Erythema Dózis) minimális adagja a különböző bőrtípusok számára 150 és 2000 J/m² között változik. A közép-európai lakosság számára a tipikus MÉD körülbelül 200…300 J/m²-nek tekinthető.
A 280-320 nm közötti UVB, maximum körülbelül 300 nm, bőrrákot okozhat. Küszöbérték nem létezik, a nagyobb dózis – magasabb kockázatot jelent, a hatás késleltetett.
7. ábra Az ultraibolya fény hatásvonalai, amelyek erythemát és bőrrákot okoznak.
A fényindukált bőröregedést az ultraibolya fény a 200…400 nm-es teljes tartományában okozza. Ismert egy fénykép egy kamionosról, aki vezetés közben a nap ultraibolya fényének volt kitéve, főként a bal oldalán. A sofőrnek szokása volt az ablakot lehúzva vezetni, de az arca jobb része védve volt az ultraibolya fénnyel a szélvédőtől. Az öregedési állapot különbsége a jobb és bal oldalon lenyűgöző:
8. ábra A sofőr fényképe, aki 28 éven át lehúzott ablaknál vezetett [].
Ha durván megbecsüljük, hogy az arc ezen oldalán a bőr életkora húsz évvel különbözik, és ez annak következménye, hogy körülbelül ezeket a húsz éveket az egyik oldal napfény érte, míg a másik nem, óvatos következtetést vonhatunk le: egy nap a tűző napon egy nappal öregbíti a bőrt.
Referenciaadatok [] szerint a mérsékelt éghajlatú területeken nyáron közvetlen napsütésben a minimális erythemás dózis 200 J/m2 egy órán belül gyorsabban elérhető. Ezeket a számokat összehasonlítva a levont következtetéssel, újabb következtetést vonhatunk le: a bőr öregedése a periódikus és rövid idejű ultraibolya fényforrással végzett munka során nem jelentős veszélyt jelent.
Mennyire van szükség ultraibolya fényre a fertőtlenítéshez
A felületeken és a levegőben a túlélő mikroorganizmusok száma az ultraibolya dózis növelésével exponenciálisan csökken. Például a dózis, amely a Mycobacterium tuberculosis 90%-át megöli - 10 J/m2. Két ilyen dózis 99%-ot öl meg, három dózis 99,9%-ot és így tovább.
9. ábra: A Mycobacterium tuberculosis túlélési arányának függése az ultraibolya sugárzás dózisától, 254 nm hullámhosszon.
Az exponenciális függőség figyelemre méltó, mivel még egy kis dózis is megöli a mikroorganizmusok nagy részét.
A [] felsorolt patogén mikroorganizmusok közül a Salmonella a legellenállóbb az ultraibolya fénynek. A dózis, amely a baktériumok 90%-át megöli - 80 J/m2. A [Kowalski2020] felmérés adatai szerint a koronavírusok 90%-át megölő dózis átlagos értéke - 67 J/m2. De a mikroorganizmusok többsége esetében ez a dózis nem haladja meg az 50 J/m2-t. Gyakorlati célokra megjegyezhető, hogy a 90%-os hatékonysággal fertőtlenítő standard dózis - 50 J/m2.
Az Orosz Egészségügyi Minisztérium által jóváhagyott módszertan szerint, amely az ultraibolya fény levegő fertőtlenítésére vonatkozik [] a maximális fertőtlenítési hatékonyság „három kilences” vagy 99,9%, amely az operációs termekben, szülőotthonokban stb. szükséges. Az iskolai osztályok, középületek stb. esetében elegendő az „egy kilences”, azaz a mikroorganizmusok 90%-ának elpusztítása. Ez azt jelenti, hogy a helyiségek kategóriájától függően elegendő egytől három standard dózis 50...150 J/m2.
A példa a szükséges UV-érzékelési idő felmérésére: tegyük fel, hogy le kell fertőtleníteni a levegőt és a felületeket egy 5 × 7 × 2,8 méteres szobában, ehhez egy Philips TUV 30W nyitott lámpát használunk.
A lámpa műszaki leírásában 12 W-os baktériumölő áramlás található []. Az ideális esetben az összes áramlás közvetlenül a fertőtlenítendő felületekre irányul, de a valós helyzetben az áramlás fele elveszik, például a lámpa mögötti fal túlságosan intenzíven lesz megvilágítva. Ezért 6 W-os hasznos áramlással számolunk. A szobában az összes felület, amelyet besugárzunk – a padló 35 m2 + a plafon 35 m2 + a falak 67 m2, összesen 137 m2.
Átlagosan a baktériumölő sugárzás áramlása 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. Egy óra, vagyis 3600 másodperc alatt ezekre a felületekre a dózis így alakul: 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, vagy kerekítve 150 J/m2. Ez három szabványos dózist jelent 50 J/m2, vagyis "három kilencet" – 99,9%-os baktériumölő hatékonyságot jelent, azaz az operációs követelményeknek megfelelő. Mivel a kiszámított dózis mielőtt a felületekre esett, áthaladt a szoba volumenén, a levegőt is hasonló hatékonysággal fertőtlenítette.
Ha a sterilizálásra vonatkozó követelmények nem túl szigorúak, és csak "egy kilenc" elegendő, akkor a szóban forgó példánál háromszor rövidebb besugárzási idő szükséges – körülbelül 20 perc.
Védelem az ultraibolya sugárzás ellen
A legfontosabb védelmi intézkedés az ultraibolya sugárzással történő fertőtlenítés során az, hogy elhagyjuk a helyiséget. A működő UV-lámpa közelében tartózkodni, miközben elfordítjuk a tekintetünket, nem segít, a szem nyálkahártyája így is ki lesz téve az sugárzásnak.
A szem nyálkahártyájának részleges védelmére üvegből készült szemüveg használható. A kategorikus állítás, miszerint "az üveg nem engedi át az ultraibolya fényt", téves, bizonyos mértékig átengedi, és a különböző üvegtípusok eltérő módon viselkednek. De általánosságban elmondható, hogy a hullámhossz csökkentésével a transzmissziós tényező csökken, és az UVC-t hatékonyan csak kvarcüvegből készült lencsék engedik át. A szemüveglencsék mindenesetre nem kvarcüvegből készültek.
Biztosan állítható, hogy az UV400 jelölésű szemüveglencsék nem engedik át az ultraibolya fényt.
Ábra 10: A szemüveglencsék UV380, UV400 és UV420 áteresztési spektrumának ábrázolása. Kép a []
Védelmi intézkedésként UV-C baktériumölő források használata is ajánlott, amelyek nem bocsátanak ki potenciálisan veszélyes, de a fertőtlenítésre nem hatékony UVB és UVA tartományokat.
Ultraviola források
UV-diódák
A leggyakoribbak a 365 nm-es (UVA) ultraviola diódák, amelyek "rendőrlámpák" céljára szolgálnak, és fluoreszcenciát okoznak a láthatatlan, ultraviola fény nélkül észlelhető szennyeződések felfedezésére. Ezekkel a diódákkal a fertőtlenítés nem lehetséges (lásd a 11. ábrát).
Fertőtlenítésre használhatóak a 265 nm-es hullámhosszú, rövidhullámú UV-C diódák. A díj, ami a higany baktériumölő lámpáját kiváltaná, három nagyságrenddel meghaladja a lámpa költségét, ezért a gyakorlatban ilyen megoldásokat nem használnak nagy területek fertőtlenítésére. Viszont kialakulnak kompakt UV-diódás eszközök, amik a kisebb felületek – például szerszámok, telefonok, bőrsérülések – fertőtlenítésére szolgálnak.
Alacsony nyomású higanylámpák
Az alacsony nyomású higanylámpa az a standard, amellyel minden más forrást összehasonlítanak.
A higanygőzök alacsony nyomású villamos ívén az energiakibocsátás fő része a 254 nm-es hullámhosszon történik, amely tökéletesen alkalmas a fertőtlenítésre. Egy kis rész 185 nm-en bocsátódik ki, amely intenzíven generál ózont. Ezen kívül nagyon kis mennyiségű energia bocsátódik ki más hullámhosszukon, beleértve a látható tartományt.
A hagyományos fehér fényű higany fénycsövekben az üveg burkolat nem engedi át a higany gőzei által kibocsátott ultraviola fényt. De a burkolat falán lévő fehér porral bevont fényforrás ultraviola fény hatására látható tartományban világít.
A UVB vagy UVA lámpák hasonlóan működnek, az üvegbúra nem engedi át a 185 nm és 254 nm csúcsokat, de a rövidhullámú ultraviola fény hatására a luminofor nem látható fényt, hanem hosszú hullámhosszú ultraviolát bocsát ki. Ezek műszaki célú lámpák. Mivel a UVA lámpák spektruma hasonlít a napéra, ezeket még a napozásra is használják. A spektrum és a baktériumölő hatékonyság görbéjének összehasonlítása alapján nyilvánvaló, hogy az UVB, és különösen az UVA lámpák használata fertőtlenítés céljából nem indokolt.
11. ábra A baktériumölő hatékonyság, az UVB lámpa spektruma, a „napozó” UVA lámpa spektruma és a 365 nm-es dióda spektrumának összehasonlítása. A lámpák spektrumait az amerikai festékgyártók egyesületének honlapjáról vették.].
Érdemes megjegyezni, hogy az UVA fluoreszcens lámpa spektruma széles, és magában foglalja az UVB tartományt. A 365 nm-es dióda spektruma jelentősen keskenyebb, ez a „valódi UVA”. Ha UVA-ra van szükség a lumineszcencia előidézéséhez dekoratív célokra vagy a szennyeződések észlelésére, a dióda használata biztonságosabb, mint az UV fluoreszcens lámpa használata.
A UVC alacsony nyomású higanyos baktericid lámpa eltér a fluoreszcens lámpáktól annyiban, hogy a izzó falán nincs luminofo, és az üveg átengedi az ultraibolya fényt. Az alapvonal 254 nm mindig áthalad, míg az ózon generálása 185 nm-es vonala a lámpa spektrumában maradhat, vagy az üveg szelektív áteresztésével eltávolítható.
12. ábra Az ultraibolya lámpák címkéjén megadott sugárzási tartomány. A UVC baktericid lámpát a izzó luminofo nélküli megjelenése alapján lehet felismerni.
Az ózon kiegészítő baktericid hatást gyakorol, de rákkeltő, ezért hogy ne kelljen várni az ózon eloszlására fertőtlenítés után, ózont nem képző lámpákat használnak, amelyek spektrumukban nem tartalmazzák a 185 nm-es vonalat. Ezek a lámpák közel ideális spektrummal rendelkeznek — a magas baktériumölő hatékonysággal bíró fő vonal 254 nm-en, rendkívül gyenge kibocsátás a nem baktericid ultraibolya tartományokban, és csekély „jelző” kibocsátás a látható tartományban.
13. ábra A UVC alacsony nyomású higanyos lámpa spektruma (melyet a lumen2b.ru folyóirat szolgáltatott) egyesül a napfény spektrumával (a Wikipédiából) és a baktériumölő hatékonyság görbéjével (az ESNA Lighting Handbook-ból).]).
A baktériumölő lámpák kék fényének segítségével látható, hogy a higanyos lámpa be van kapcsolva és működik. A fény gyenge, és ez hamis benyomást kelt, miszerint a lámpát biztonságosan lehet nézni. Nem érzékeljük, hogy a UVC tartományú sugárzás a lámpa teljes fogyasztott teljesítményének 35-40%-át teszi ki.
14. ábra A higanygőz sugárzásának kis része a látható tartományra esik, és gyenge kék fényként látható.
A baktericid higanylámpa alacsony nyomáson ugyanazt a foglalatot használja, mint a szokásos fénycső, de eltérő hosszúságúra készül, hogy a baktericid lámpát ne lehessen hagyományos lámpatestekbe illeszteni. A baktericid lámpához készült lámpatest a méretén kívül abban is különbözik, hogy minden műanyag alkatrész ellenáll az ultraibolya fénynek, az ultraibolya fény elől védett vezetékek, és nincsenek diffúzorok.
A háztartási baktericid igényekhez a szerző egy 15 W teljesítményű baktericid lámpát használ, amelyet korábban a hidroponikus rendszer tápoldatának fertőtlenítésére használtak. Analógiáját „aquarium uv sterilisator” kereséssel találhatjuk meg. A lámpa működése során ózon keletkezik, ami nem ideális, de például a cipők fertőtlenítése során hasznos.
15. ábra Alacsony nyomású higanylámpák különböző foglalattal. Képek az Aliexpress webhelyről.
Közepes és magas nyomású higanylámpák
A higanygőz nyomásának növekedése bonyolítja a spektrumot, a spektrum kiterjed, és több vonal jelenik meg benne, beleértve az ózont generáló hullámhosszokat. A higanyhoz adalékok hozzáadása tovább bonyolítja a spektrumot. Számos ilyen lámpa változat létezik, és minden spektrum egyedi.
16. ábra Közepes és magas nyomású higanylámpák spektrumának példái
A nyomás növekedése csökkenti a lámpa hatásfokát. Az Aquafineuv közepes nyomású lámpája esetében a UVC sugárzás már a fogyasztott teljesítmény 15-18%-át adja le, nem pedig a 40%-ot, mint az alacsony nyomású lámpák esetében. Az UVC teljesítmény wattjára vetített költség magasan jön ki [].
A hatásfok csökkenése és a lámpa árának növekedése a kompakt kialakítással kompenzálható. Például a folyó víz fertőtlenítése vagy a nyomtatás során gyorsan felhordott lakk szárítása kompakt és er powerful forrásokat igényel, a fajlagos költségek és a hatékonyság nem annyira fontos. De ilyen lámpát fertőtlenítésre alkalmazni nem helyes.
UV-sugárzó DRL égetőből és DRT lámpából
Van egy „népi” módszer, amellyel viszonylag olcsón erőteljes UV-forrást lehet szerezni. A 125…1000 W-os Dr lámpák már kikerültek a forgalomból, de még mindig kaphatók. Ezekben a lámpákban a külső üvegházon belül található egy „égő” – egy nagy nyomású higany lámpa. Ez széles spektrumú UV-sugarakat bocsát ki, amelyeket a külső üveg megfog, de a falain lévő foszfor fluoreszkálni kezd. Ha eltörjük a külső üveget, és az égőt a gyári transzformátorral a hálózatra köti, erőteljes széles spektrumú UV-kibocsátót kapunk.
De ennek a házilag készített sugárzónak vannak hátrányai is: az alacsonyabb hatékonyság a kis nyomású lámpákhoz képest, a sugárzás jelentős része a baktériumölő tartományon kívül, és az üzemben nem lehet tartózkodni egy ideig a lámpa lekapcsolása után, amíg az ózon le nem bomlik vagy el nem oszlik.
De vitathatatlanok az előnyök is: alacsony költség és nagy teljesítmény kompakt méret mellett. Az előnyök közé tartozik az ózon termelése is. Az ózon dezinficiálja a takart felületeket, amelyekre nem jut el az UV-sugárzás.
17. ábra: UV-sugárzó, amely DRL-lámpákból készült. A fénykép közzétételére az alkotó, egy bolgár fogorvos engedélyével került sor, aki ezt a sugárzót a Philips TUV 30W standard baktériumölő lámpája mellett használja.
Hasonló UV-forrásokat használnak dezinficiálásra nagy nyomású higanylámpákból készült OUFK-01 "Napocska" típusú sugárzókban.
Például a népszerű „DRT 125-1” lámpához a gyártó nem teszi közzé a spektrumot, de a dokumentációban a következő adatokat közli: sugárzás intenzitása 1 m távolságra a lámpától UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, baktériumölő áramlás 8 W, és használat után szellőztetni kell a helyiséget az ózontól []. A DRT és DRL égő közötti különbségről a gyártó a blogjában azt válaszolta, hogy a DRT-nek szigetelő zöld bevonata van a katódokon.
18. ábra: Széles spektrumú UV-forrás – DRT-125 lámpa
A megadott jellemzők alapján látható, hogy a spektrum széleskörű, szinte egyenlő arányban sugároz lágy, közepes és kemény Ultraibolya fényt, beleértve a kemény UVC-t, amely ózont generál. A baktericid áramlás a felhasznált teljesítmény 6,4%-át teszi ki, ami azt jelenti, hogy a hatékonysága hatszor alacsonyabb, mint a kisnyomású csöves lámpáé.
A gyártó nem teszi közzé ennek a lámpának a spektrumát, és az interneten egy és ugyanaz a kép kering valamelyik DRT spektrumával. Az első forrás ismeretlen, de az energia aránya az UVC, UVB és UVA tartományokban nem felel meg a DRT-125 lámpára vonatkozóan megadott értékeknek. A DRT esetében körülbelül egyenlő arányokat állapítottak meg, de a spektrum alapján látható, hogy az UVB energia többszöröse az UBC energiájának. Az UVA pedig sokkal magasabb, mint az UVB.
19. ábra. A nagy nyomású ívhiganylámpa spektruma, amely leggyakrabban illusztrálja az orvosi célokra széles körben használt DRT-125 spektrumát.
Nyilvánvaló, hogy a különböző nyomású és higanytartalmú lámpák kissé eltérően sugároznak. Az is világos, hogy a tájékozatlan fogyasztó hajlamos magának elképzelni a kívánt jellemzőket és a termék tulajdonságait, majd saját feltételezéseire alapozva vásárolni. Ha a konkrét lámpa spektrumát közzéteszik, az vitákat, összehasonlításokat és következtetéseket fog kiváltani.
A szerző egyszer megvásárolt egy OUFK-01 készüléket DRT-125 lámpával, és néhány évig használta UV-ellenállósági tesztekhez műanyag termékeken. Két terméket egyszerre kezeltek, az egyik egy UV-álló műanyagból készült kontrolltermék volt, és azt figyelte, hogy melyik sárgul el gyorsabban. Az ilyen alkalmazás esetén a spektrum pontos formájának ismerete nem szükséges, fontos, hogy a sugárzó széles spektrumú legyen. De miért lenne szükség széles spektrumú ultraibolyan, ha fertőtlenítésre van szükség?
Az OUFK-01 rendeltetésében szerepel, hogy a sugárzó akut gyulladásos folyamatok során alkalmazható. Tehát olyan esetekben, amikor a bőr fertőtlenítése pozitív hatása meghaladja a széles spektrumú ultraibolya fény lehetséges ártalmát. Nyilvánvaló, hogy ilyen esetben is jobb keskeny spektrumú ultraibolyt használni, olyan hullámhosszak nélkül a spektrumban, amelyek más hatást gyakorolhatnak a baktericid hatás mellett.
A levegő fertőtlenítése
Az ultraviola ismeretes, hogy nem elegendő a felületek fertőtlenítésére, mivel a sugarak nem tudnak behatolni oda, ahol például az alkohol igen. De az ultraviola hatékonyan fertőtleníti a levegőt.
Tüsszentés és köhögés esetén néhány mikrométer méretű cseppek keletkeznek, amelyek a levegőben több perctől több óráig lebegnek []. A tuberkulózissal kapcsolatos kutatások azt mutatták, hogy egy aeroszol csepp is elegendő a fertőzéshez.
Kint viszonylag biztonságban vagyunk a levegő hatalmas mennyisége és mozgékonysága miatt, amely képes szétszórni és az idő és a napenergia segítségével fertőtleníteni bármely tüsszentést. Még a metróban is, amíg a fertőzött emberek aránya alacsony, a fertőzött egy főre jutó levegő mennyisége nagy, és a jó szellőzés kicsire csökkenti a fertőzés terjedésének kockázatát. A legveszélyesebb hely a légúton terjedő pandemikus betegségek idején a lift. Ezért a tüsszentőket karanténban kell tartani, és a közterek levegőjének, ha nincs elegendő szellőzés, fertőtlenítésre van szüksége.
Recirkulátorok
A levegő fertőtlenítésének egyik lehetősége a zárt UV-recirkulátorok. Beszéljünk egy ilyen recirkulátorról – a 'Dezár 7'-ről, amely híres arról, hogy még az állam legmagasabb rangú személyének irodájában is észrevették.
A recirkulátor leírásában az szerepel, hogy óránként 100 m3 levegőt fúj át, és 100 m3-es térfogatú helyiség kezelésére készült (körülbelül 5 × 7 × 2,8 méter).
Azonban az, hogy 100 m3 levegőt képes óránként fertőtleníteni, nem jelenti azt, hogy a 100 m3 térfogatú szobában a levegőt ugyanilyen hatékonyan dolgoznák fel egy óra alatt. A kezelt levegő hígítja a szennyezett levegőt, és így újra és újra visszakerül a recirkulátorba. Nem nehéz matematikai modellt felépíteni és kiszámítani egy ilyen folyamat hatékonyságát:
Ábra 20 Az UV-recirkulátor működésének hatása a mikroszkopikus organizmusok számára a szobában, szellőzés nélkül.
A levegőben lévő mikroszkopikus organizmusok koncentrációjának 90%-os csökkentéséhez a recirkulátornak több mint két órán keresztül kell működnie. Szellőzés nélkül ez lehetséges a helyiségekben. De normális esetben nincsenek olyan helyiségek emberekkel, amelyek szellőzés nélküliek. Például [] előírja a külső levegő minimális áramlását szellőztetéskor 3 m3/óra/m2 lakás területére. Ez megfelel a levegő teljes cseréjének óránként, így haszontalanná teszi a recirkulátort.
Ha nem a teljes keveredés modelljét, hanem a laminaris áramlatokat vizsgáljuk, amelyek megállapított bonyolult pályán haladnak a szobában és távoznak a szellőzés irányába, akkor az ilyen áramlatok fertőtlenítése még kevésbé hatékony, mint a teljes keveredés modelljében.
Minden esetben az UV-recirkulátor nem hasznosabb, mint egy nyitott ablak.
Az egyik oka a recirkulátorok alacsony hatékonyságának, hogy rendkívül kicsi a baktériumölő hatása wattonként az UV-áramban. A sugár körülbelül 10 centimétert halad át a berendezésen, majd a környezetéből visszaverődik, az alumínium reflexiós együtthatója körülbelül k=0,7. Ez azt jelenti, hogy a sugár hatékony áthaladása a berendezésen körülbelül fél méter, ezután haszontalanul elnyelődik.
Ábra 21. Kép egy Youtube videóból, amelyben a recirkulátort elemzik. Láthatóak a baktériumölő lámpák és az alumínium fényvisszaverő felület, amely jelentősen gyengébben veri vissza az ultraibolya fényt, mint a látható fényt [].
A baktériumölő lámpa, amely nyíltan lóg a falon a rendelőben és időszakonként a orvos kapcsolja be, sokkal hatékonyabb. A nyitott lámpa sugarai több métert haladnak, először a levegőt, majd a felületeket fertőtlenítve.
Levegőbesugárzók a helyiség felső részén
A kórházakban, ahol ágyhoz kötött betegek tartózkodnak, néha UV-berendezéseket használnak, amelyek a plafon alatt keringő levegőáramlatokat besugározzák. Az ilyen berendezések fő hátránya, hogy a lámpákat eltakaró rács lehetővé teszi, hogy csak a szigorúan egy irányba haladó sugarak jussanak át, miközben a fennmaradó áramlat több mint 90%-át haszontalanul elnyeli.
Lehetőség van arra, hogy a levegőt egy ilyen besugárzón keresztül is átfújják, így recirkulátorrá válhat, de ezt valószínűleg nem teszik meg, mert nem kívánják, hogy a szobában porgyűjtővé váljon.
Ábra 22. Plafonra szerelhető UV-levegőbesugárzó, kép [].
A rácsok védik az embereket a közvetlen UV-sugárzás ellen, de a rácson áthatoló sugárzás a mennyezetre és a falakra jut, és diffúz módon verődik vissza, körülbelül 10%-os visszaverődési együtthatóval. A helyiség megtelik isotróp UV-sugárzással, és az emberek UV-adagot kapnak, amely arányos az ott eltöltött idővel.
Bírák és szerző
Bírák:
Artyom Balabanov, elektronikai mérnök, UV-nekedési rendszerek fejlesztője;
Rumen Vasilev, PhD, világítástechnikus, Interlux LLC, Bulgária;
Vadim Grigorov, biofizikus;
Stanislav Lermontov, világítástechnikai mérnök, Komplex Rendszerek LLC;
Alekszej Pankraskin, PhD, docens, félvezető világítástechnika és fotonika, INTEH Engineering LLC;
Andrej Hramov, orvosi világítási tervező szakértő;
Vitalij Cvirko, a Belorusz Tudományos Akadémia Világítástechnikai Tesztlaboratóriumának vezetője
Szerző: Anton Sharakshane, PhD, világítástechnikus és biofizikus, I. M. Sechenov Első Moszkvai Orvostudományi Egyetem
Hivatkozások
Hivatkozások
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 UV LÉGTISZTÍTÁS
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Optikai sugárzás fizikája és világítástechnika. 10. rész: Fénybiológiailag hatékony sugárzás, mennyiségek, szimbólumok és hatás spektrumok.
[ESNA] ESNA Világítási Kézikönyv, 9. kiadás. szerk. Rea M.S. Észak-Amerikai Világítástechnikai Társaság, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Izzók és izzós rendszerek. Fénybiológiai biztonság
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski és társai, 2020 COVID-19 Koronavírus UV-érzékenysége, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[WHO] Világ Egészségügyi Szervezet. UV-sugárzás: Hivatalos tudományos áttekintés az UV-sugárzás környezeti hatásairól és egészségi állapotáról, a globális ózonlyukra való utalással.
[Dezár]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Az UV-baktericid sugárzás használata a levegő fertőtlenítésére helyiségekben
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Fűtés, szellőzés és légkondicionálás.
Forrás: habr.com
