Le proprietà dell'ultravioletto dipendono dalla lunghezza d'onda, e l'ultravioletto di diverse fonti presenta spettri differenti. Discutiamo quali fonti di ultravioletto esistono e come applicarle per massimizzare l'azione battericida, riducendo al minimo i rischi di effetti biologici indesiderati.
Fig. 1. Nella fotografia non si tratta di disinfezione mediante radiazione UVC, come si potrebbe pensare, ma di una prova di utilizzo di un costume protettivo con l'identificazione, nei raggi UVA, di macchie fluorescenti di liquidi corporei didattici. UVA – è un ultravioletto blando e non ha azione battericida. Chiudere gli occhi è una misura di sicurezza giustificata, poiché l'ampio spettro della lampada fluorescente UVA utilizzata si sovrappone a UVB, che è pericoloso per la vista (fonte Simon Davis/DFID).
La lunghezza d'onda della luce visibile corrisponde all'energia quantica, al di sopra della quale diventa possibile un'azione fotochimica. I quanti di luce visibile eccitano reazioni fotochimiche in tessuti fotodiffusi specifici – nella retina dell'occhio.
L'ultravioletto è invisibile, ha lunghezze d'onda più corte, frequenze ed energie quantiche più elevate, radiazioni più intense e una maggiore varietà di reazioni fotochimiche ed effetti biologici.
L'ultravioletto si distingue in:
- UVA (400…315 nm) che è simile alla luce visibile, lungo / morbido / vicino;
- UVB (315…280 nm), di media intensità;
- UVC (280…100 nm), corto / distante / duro.
Azione battericida dell'ultravioletto
L'ultravioletto duro – UVC, e in misura minore l'ultravioletto di media intensità – UVB, esercitano un'azione battericida. La curva di efficacia battericida mostra che solo una stretta gamma di lunghezze d'onda tra 230 e 300 nm ha un effetto battericida evidente, rappresentando circa un quarto dell'intervallo definito come ultravioletto.
Fig. 2 Curve di efficacia battericida da []
I quanta con lunghezze d'onda in questo intervallo vengono assorbiti dagli acidi nucleici, causando la distruzione della struttura del DNA e dell'RNA. Oltre all'azione battericida, ovvero che uccide i batteri, questo intervallo ha anche un'azione virucida (contro i virus), fungicida (contro i funghi) e sporicida (che uccide le spore). Include anche l'eliminazione del virus SARS-CoV-2 a RNA che ha causato la pandemia del 2020.
Azione battericida della luce solare
L'azione battericida della luce solare è relativamente limitata. Esaminiamo lo spettro solare al di sopra e al di sotto dell'atmosfera:
Fig. 3. Spettro di radiazione solare al di sopra dell'atmosfera e a livello del mare. La parte più intensa dello spettro ultravioletta non arriva alla superficie terrestre (presa da Wikipedia).
È importante prestare attenzione allo spettro ultratmosferico evidenziato in giallo. L'energia del fotone all'estremità sinistra dello spettro solare ultratmosferico con lunghezza d'onda inferiore a 240 nm corrisponde all'energia del legame chimico di 5.1 eV nella molecola di ossigeno "O2". L'ossigeno molecolare assorbe questi fotoni, il legame chimico si rompe, si forma ossigeno atomico "O", che si ricombina in molecole di ossigeno "O2" e, in parte, in ozono "O3".
L'UVC solare ultratmosferico forma negli strati superiori dell'atmosfera ozono, noto come strato di ozono. L'energia del legame chimico nella molecola di ozono è inferiore a quella nella molecola di ossigeno e quindi l'ozono assorbe fotoni di energia minore rispetto all'ossigeno. Se l'ossigeno assorbe solo l'UVC, lo strato di ozono assorbe sia l'UVC che l'UVB. Così, il sole genera ozono con la parte più estrema dello spettro ultravioletta, e questo ozono assorbe poi gran parte della radiazione ultravioletta solare più intensa, proteggendo la Terra.
Ora, prestando attenzione alla lunghezza d'onda e alla scala, confronta lo spettro solare con quello dell'azione battericida.
Figura 4 Spettro dell'azione battericida e spettro delle radiazioni solari.
È evidente che l'azione battericida della luce solare è trascurabile. Parte dello spettro in grado di esercitare un'azione battericida è quasi completamente assorbita dall'atmosfera. In diverse stagioni e latitudini la situazione cambia leggermente, ma qualitativamente è simile.
Pericolo dell'ultravioletto
Il capo di uno dei grandi paesi ha proposto: «per guarire dal COVID-19 è necessario portare la luce solare all'interno del corpo». Tuttavia, l'UV battericida distrugge RNA e DNA, compresi quelli umani. Se si «porta la luce solare all'interno del corpo», la persona morirà.
L'epidermide, in particolare lo strato corneo di cellule morte, protegge il tessuto vivo dai raggi UVC. Sotto lo strato epidermico penetra meno dell'1% delle radiazioni UVC [OMS]. Onde più lunghe come UVB e UVA penetrano a maggiore profondità.
Se non ci fosse stata l'ultravioletto solare, è probabile che le persone non avessero l'epidermide e lo strato corneo, e la superficie del corpo sarebbe stata mucosa, come quella delle lumache. Ma poiché gli esseri umani sono evoluti sotto il sole, solo le superfici protette dal sole sono mucose. La superficie più vulnerabile è quella mucosa dell'occhio, che è condizionatamente protetta dai raggi ultravioletti dal palpebra, dalle ciglia, dalle sopracciglia, dai movimenti facciali e dall'abitudine di non guardare il sole.
Quando per la prima volta si è imparato a sostituire il cristallino con uno artificiale, gli oculisti si sono trovati ad affrontare il problema delle ustioni retiniche. Hanno iniziato a indagare le cause e hanno scoperto che il cristallino umano vivo è opaco all'ultravioletto e protegge la retina. Da quel momento, hanno iniziato a rendere opachi all'ultravioletto anche i cristallini artificiali.
L'immagine dell'occhio sotto i raggi ultravioletti illustra l'opacità del cristallino per l'ultravioletto. Non è consigliabile illuminare i propri occhi con la luce UV, poiché col tempo il cristallino diventa torbido, anche a causa della dose di ultravioletti accumulata negli anni, e necessita di essere sostituito. Perciò, ci avvarremo dell'esperienza di coraggiosi individui che hanno ignorato le norme di sicurezza, illuminandosi gli occhi con una torcia ultravioletta a lunghezza d'onda di 365 nm, e hanno pubblicato il risultato su YouTube.
Fig. 5 Frame dal video del canale YouTube "Kreosan".
Le torce ultraviolette luminose con lunghezza d'onda di 365 nm (UVA) sono popolari. Vengono acquistate dagli adulti, ma inevitabilmente finiscono nelle mani dei bambini. I bambini si illuminano gli occhi con queste torce, esaminando attentamente e a lungo il cristallo luminoso. È consigliabile prevenire tali azioni. Se ciò è già accaduto, si può trovare conforto nel sapere che la cataratta è indotta da esposizione al cristallino UVB negli studi sui topi, ma l'effetto catarogenico dell'UVA non è stabile [].
Tuttavia, lo spettro esatto dell'azione degli ultravioletti sul cristallino rimane sconosciuto. Considerando che la cataratta è un effetto accumulato, è necessaria una certa cautela per non esporsi agli ultravioletti in anticipo.
Sotto l'influenza degli ultravioletti, le mucose oculari si infiammano rapidamente, condizione nota come fotokeratite e fotoconjuntivite. Le mucose diventano rosse e si avverte la sensazione di «sabbia negli occhi». L'effetto scompare dopo alcuni giorni, ma scottature ripetute possono portare a opacità della cornea.
Le lunghezze d'onda che causano questi effetti corrispondono approssimativamente alla funzione ponderata del rischio UV, come riportato nello standard di sicurezza fotobiologica [IEC 62471], e coincidono approssimativamente con l'intervallo di azione battericida.
Fig. 6 Spettri di azione degli ultravioletti che causano fotoconjuntivite e fotokeratite da [] e funzione ponderata del rischio UV per la pelle e gli occhi da [].
Le dosi soglia per cheratite e congiuntivite fotocinetica sono di 50-100 J/m2, un valore che non supera le dosi utilizzate per la disinfezione. Non è possibile disinfettare la mucosa oculare con raggi ultravioletti senza causare infiammazioni.
L'eritema, ovvero 'ustione solare', è pericoloso a causa dei raggi ultravioletti con lunghezze d'onda fino a 300 nm. Secondo alcune fonti, l'efficacia spettrale massima dell'eritema si verifica attorno ai 300 nm []. La dose minima che provoca un'eritema appena percettibile (MED - Dose Minima Eruittiva) per la pelle di diversi tipi varia da 150 a 2000 J/m2. Per gli abitanti della zona temperata, la MED tipica può essere considerata intorno ai 200…300 J/m2.
Le lunghezze d'onda UVB tra 280 e 320 nm, con un massimo intorno ai 300 nm, possono causare il cancro della pelle. Non c'è una dose soglia; più alta è la dose, maggiore è il rischio, e l'effetto è ritardato.
Fig. 7 Curve di azione degli ultravioletti che causano eritema e cancro della pelle.
L'invecchiamento cutaneo indotto dalla luce è causato dai raggi ultravioletti nell'intervallo di 200…400 nm. È nota la fotografia di un camionista esposto all'irraggiamento solare ultravioletta principalmente sul lato sinistro. Il conducente aveva l'abitudine di viaggiare con il finestrino del lato guida abbassato, ma la parte destra del viso era protetta dai raggi del sole dal parabrezza. La differenza nell'età della pelle tra il lato destro e sinistro è sorprendente:
Fig. 8 Fotografia di un conducente che per 28 anni ha viaggiato con il finestrino del lato guida abbassato [].
Se si stima grossolanamente che l'età della pelle su un lato del viso di questa persona differisca di vent'anni e che questo sia il risultato del fatto che per circa vent'anni un lato del viso è stato esposto al sole, mentre l'altro no, si può trarre un'ipotesi cauta che un giorno trascorso sotto il sole invecchia la pelle di un giorno.
Da dati di riferimento [] È noto che nelle latitudini medie in estate, sotto il sole diretto, la dose minima di eritema di 200 J/m2 viene raggiunta in meno di un'ora. Confrontando queste cifre con la conclusione a cui si è arrivati, si può trarre un ulteriore conclusione: l'invecchiamento della pelle durante l'uso occasionale e non prolungato delle lampade UV non costituisce un pericolo significativo.
Quanta luce ultravioletta è necessaria per la disinfezione
Il numero di microorganismi sopravvissuti sulle superfici e nell'aria diminuisce esponenzialmente all'aumentare della dose di ultravioletti. Ad esempio, la dose che uccide il 90% dei micobatteri della tubercolosi è di 10 J/m2. Due di queste dosi uccidono il 99%, tre dosi uccidono il 99,9% e così via.
Fig. 9 Dipendenza della frazione di micobatteri della tubercolosi sopravvissuti dalla dose di radiazione ultravioletta a una lunghezza d'onda di 254 nm.
La dipendenza esponenziale è notevole in quanto anche una piccola dose uccide gran parte dei microorganismi.
Tra quelli menzionati in [] dei microorganismi patogeni è più resistente ai raggi ultravioletti la salmonella. La dose letale per il 90% dei suoi batteri è di 80 J/m². Secondo una revisione [Kowalski2020], il valore medio della dose che uccide il 90% dei coronavirus è di 67 J/m². Tuttavia, per la maggior parte dei microorganismi, questa dose non supera i 50 J/m². Per scopi pratici, è possibile ricordare che la dose standard che disinfetta con un'efficacia del 90% è di 50 J/m².
Secondo la metodologia approvata dal Ministero della Salute della Russia per l'uso dell'ultravioletto per la disinfezione dell'aria [] l'efficacia massima della disinfezione «tre nove» o 99,9% è richiesta per sale operatorie, case di maternità, ecc. Per aule scolastiche, spazi pubblici, ecc. è sufficiente «una nove», ossia il 90% dei microorganismi distrutti. Ciò significa che, a seconda della categoria della stanza, è sufficiente da una a tre dosi standard da 50 a 150 J/m².
Esempio di stima del tempo di esposizione necessario: supponiamo di dover disinfettare l'aria e le superfici in una stanza di dimensioni 5 × 7 × 2,8 metri, per la quale viene utilizzata una lampada aperta Philips TUV 30W.
Nella descrizione tecnica della lampada è indicato un flusso battericida di 12 W []. In condizioni ideali, l'intero flusso sarebbe diretto esclusivamente sulle superfici da disinfettare, ma nella realtà, metà del flusso sarà sprecato, ad esempio, illuminando eccessivamente il muro dietro il dispositivo. Pertanto, consideriamo un flusso utile di 6 W. L'area totale delle superfici esposte nell'ambiente è: pavimento 35 m² + soffitto 35 m² + pareti 67 m², per un totale di 137 m².
In media, sulla superficie si applica un flusso di radiazione battericida di 6 W/137 m² = 0,044 W/m². In un'ora, ovvero in 3600 secondi, su queste superfici si accumulerà una dose di 0,044 W/m² × 3600 s = 158 J/m², o, arrotondando, 150 J/m². Questo corrisponde a tre dosi standard di 50 J/m², ovvero "tre nove" – 99,9% di efficacia battericida, cioè i requisiti operativi. E poiché la dose calcolata, prima di arrivare sulle superfici, ha attraversato il volume della stanza, anche l'aria è stata disinfettata con uguale efficacia.
Se i requisiti di sterilità sono contenuti e basta "una sola nove", per l'esempio considerato è necessario un tempo di irradiazione tre volte inferiore – arrotondando, 20 minuti.
Protezione dai raggi UV
La principale misura di protezione durante la disinfezione con raggi ultravioletti è uscire dall'ambiente. Stare vicino a una lampada UV accesa senza distogliere lo sguardo non aiuta, poiché le mucose oculari verranno comunque irradiate.
Una misura parziale di protezione per le mucose oculari può essere rappresentata da occhiali di vetro. L'affermazione categorica "il vetro non lascia passare gli ultravioletti" è errata, poiché in una certa misura li lascia passare, e diversi tipi di vetro lo fanno in modo diverso. In generale, con la riduzione della lunghezza d'onda, il coefficiente di trasmissione diminuisce, e gli UVC vengono completamente trasmessi solo attraverso il vetro quarzo. Le lenti degli occhiali, in ogni caso, non sono in quarzo.
È certo che non lasciano passare gli ultravioletti le lenti degli occhiali con etichetta UV400.
Fig. 10 Spettro di trasmissione delle lenti degli occhiali con indici UV380, UV400 e UV420. Immagine tratta dal sito []
Un'altra misura di protezione è l'utilizzo di fonti di UVC battericida che non emettono intervalli potenzialmente pericolosi, ma non efficaci per la disinfezione degli UVB e UVA.
Fonti di ultravioletti
Diodi UV
I diodi ultravioletti più comuni sono quelli da 365 nm (UVA), progettati per 'torce della polizia', che provocano luminescenza per individuare inquinanti invisibili senza esposizione a ultravioletti. La disinfezione con questi diodi non è possibile (vedi fig. 11).
Per la disinfezione si possono utilizzare diodi UVC a lunghezza d'onda di 265 nm. Il costo di un modulo a diodi che sostituisce una lampada battericida a mercurio supera di tre ordini di grandezza il costo della lampada; pertanto, in pratica, queste soluzioni non vengono utilizzate per la disinfezione di grandi aree. Tuttavia, stanno emergendo dispositivi compatti a base di diodi UV per la disinfezione di piccole superfici, come strumenti, telefoni, aree danneggiate della pelle, ecc.
Lampade a mercurio a bassa pressione
La lampada a mercurio a bassa pressione è lo standard con cui vengono confrontate tutte le altre sorgenti.
La maggior parte dell'energia emessa dai vapori di mercurio a bassa pressione durante la scarica elettrica è concentrata sulla lunghezza d'onda di 254 nm, perfetta per la disinfezione. Una piccola parte dell'energia viene emessa a 185 nm, generando intensamente ozono. Una quantità molto ridotta di energia viene emessa a altre lunghezze d'onda, incluso il range visibile.
Nelle normali lampade fluorescenti a mercurio bianco, il vetro del bulbo non consente il passaggio della radiazione ultravioletta emessa dai vapori di mercurio. Ma il fosforo, una polvere bianca sulle pareti del bulbo, si illumina nella gamma visibile sotto l'azione dell'ultravioletto.
Le lampade UVB o UVA sono strutturate in modo simile; il bulbo di vetro non consente il passaggio dei picchi a 185 nm e 254 nm, ma il fosforo emette luce non visibile e ultravioletti a lunghezze d'onda lunghe sotto l'azione dell'ultravioletto a onde corte. Queste lampade sono di uso tecnico. Poiché lo spettro delle lampade UVA è simile a quello solare, vengono utilizzate anche per abbronzarsi. Il confronto dello spettro con la curva di efficacia battericida mostra che non è opportuno utilizzare lampade UVB e tanto meno UVA per la disinfezione.
Figura 11 Confronto tra la curva di efficacia battericida, lo spettro della lampada UVB, lo spettro della lampada UVA "per abbronzatura" e lo spettro del diodo a 365 nm. Gli spettri delle lampade sono tratti dal sito dell'associazione americana dei produttori di vernici [].
È importante notare che lo spettro della lampada fluorescente UVA è ampio e copre la gamma UVB. Lo spettro del diodo a 365 nm è significativamente più stretto, rappresentando un "veritiero UVA". Se è necessaria l'UVA per provocare luminescenza a scopi decorativi o per la rilevazione di contaminazioni, l'uso del diodo è più sicuro rispetto all'impiego della lampada fluorescente ultravioletta.
La lampada battericida UVC a mercurio a bassa pressione si differenzia dalle lampade fluorescenti in quanto non possiede fosfori sulle pareti del bulbo e il bulbo consente il passaggio dell'ultravioletto. La lunghezza d'onda principale di 254 nm viene sempre trasmessa, mentre la linea generatrice di ozono di 185 nm può essere mantenuta nello spettro della lampada o rimossa tramite un bulbo di vetro con selettività nel passaggio.
Figura 12 L'intervallo di emissione è indicato sull'etichetta delle lampade ultraviolette. È possibile riconoscere una lampada battericida UVC dall'assenza di fosfori sul bulbo.
L'ozono ha un'azione battericida aggiuntiva, ma è un cancerogeno; quindi, per non dover attendere la dissipazione dell'ozono dopo la disinfezione, si utilizzano lampade che non producono ozono senza linea di 185 nm nello spettro. Queste lampade presentano uno spettro quasi ideale: una linea principale con elevata efficacia battericida a 254 nm, un'emissione molto debole nelle gamme non battericide dell'ultravioletto e una piccola emissione 'di segnale' nel campo visibile.
Fig. 13. Lo spettro della lampada a mercurio a bassa pressione UVC (fornito dalla rivista lumen2b.ru) è sovrapposto allo spettro della radiazione solare (da Wikipedia) e alla curva di efficacia dell'azione battericida (da ESNA Lighting Handbook []).
La luce blu delle lampade battericide permette di vedere che la lampada a mercurio è accesa e in funzione. La luce è debole e questo crea un'impressione ingannevole che guardare la lampada sia sicuro. Non percepiamo che l'emissione nella gamma UVC rappresenta il 35…40% della potenza totale assorbita dalla lampada.
Fig. 14. Una piccola parte dell'energia emessa dai vapori di mercurio ricade nel campo visibile ed è visibile come una debole luce blu.
La lampada battericida a mercurio a bassa pressione ha lo stesso attacco delle normali lampade fluorescenti, ma viene realizzata in lunghezze diverse, affinché la lampada battericida non venga inserita in normali apparecchi di illuminazione. L'apparecchio per la lampada battericida, oltre alle dimensioni, si distingue per il fatto che tutti i componenti in plastica sono resistenti ai raggi UV, i fili sono protetti dai raggi UV e non c'è un diffusore.
Per esigenze domestiche battericide, l'autore utilizza una lampada battericida da 15 W, precedentemente usata per la disinfezione della soluzione nutritiva in un impianto idroponico. Il suo equivalente può essere trovato cercando "aquarium uv sterilisator". Durante il funzionamento della lampada si genera ozono, il che non è ideale, ma per disinfettare, ad esempio, le scarpe, è utile.
Fig. 15 Lampade a mercurio a bassa pressione con attacco di vari tipi. Immagini dal sito Aliexpress.
Lampade a mercurio a pressione media e alta
L'aumento della pressione del vapore di mercurio complica lo spettro, che si allarga e presenta più linee, incluse quelle nelle lunghezze d'onda generatrici di ozono. L'aggiunta di additivi al mercurio porta a un ulteriore complicamento dello spettro. Esistono molte varianti di lampade simili, e lo spettro di ciascuna è unico.
Fig. 16 Esempi di spettri di lampade a mercurio a media e alta pressione
L'aumento della pressione riduce l'efficienza della lampada. Nel caso del marchio Aquafineuv, le lampade a media pressione emettono nella regione UVC solo il 15-18% della potenza assorbita, e non il 40% come le lampade a bassa pressione. E il costo dell'attrezzatura calcolato per watt di flusso UVC risulta maggiore [].
La riduzione dell'efficienza e l'aumento del costo della lampada vengono compensati dalla compattezza. Ad esempio, la disinfezione dell'acqua corrente o l'asciugatura di vernici applicate ad alta velocità richiedono sorgenti compatte e potenti, indipendentemente dal costo specifico e dall'efficacia. Tuttavia, non è corretto utilizzare tale lampada per la disinfezione.
Emettitore UV da bruciatore DRL e lampade DRT
Esiste un modo 'popolare' per ottenere un potente emettitore di ultravioletti a un costo relativamente contenuto. Sono in disuso, ma sono ancora in vendita le lampade DRL a luce bianca da 125 a 1000 W. All'interno di queste lampade, c'è una 'cartuccia' — una lampada a mercurio ad alta pressione. Questa emette ultravioletti a banda larga, che vengono trattenuti dal bulbo di vetro esterno, ma fanno brillare il fosforo sulle sue pareti. Se si rompe il bulbo esterno e si collega la cartuccia alla rete tramite un reattore, si ottiene un potente emettitore di ultravioletti a banda larga.
Tuttavia, questo emettitore artigianale presenta alcuni svantaggi: un'efficienza rispetto alle lampade a bassa pressione che è inferiore, una grande parte degli ultravioletti al di fuori della gamma battericida, e non è possibile rimanere nell'ambiente per un certo periodo dopo lo spegnimento della lampada, fino alla decomposizione o alla dispersione dell'ozono.
Ma i vantaggi sono innegabili: costo ridotto e grande potenza in dimensioni compatte. Tra i vantaggi c'è anche la generazione di ozono. L'ozono disinfetta le superfici in ombra che non possono essere raggiunte dai raggi ultravioletti.
Fig. 17 Raggi UV, realizzati con lampade DRL. Foto pubblicata con il permesso dell'autore, un dentista bulgaro che utilizza questa lampada insieme alla lampada battericida standard Philips TUV 30W.
Fonti UV simili per la disinfezione sotto forma di lampade a mercurio ad alta pressione sono utilizzate negli irraggiatori di tipo OUFK-01 "Sole".
Ad esempio, per la popolare lampada "DRT 125-1", il produttore non pubblica lo spettro, ma nella documentazione fornisce i parametri: intensità di irraggiamento a 1 m dalla lampada UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, flusso battericida 8 W, e dopo l'uso è necessaria la ventilazione della stanza per l'ozono []. Alla domanda diretta sulla differenza tra la lampada DRT e il bruciatore DRL, il produttore ha risposto nel suo blog che la DRT ha una copertura isolante verde sui catodi.
Fig. 18 Fonte di raggi UV a banda larga — lampada DRT-125
Dalle caratteristiche dichiarate, si evince che lo spettro è ampio con una quasi uguale percentuale di emissione nella fascia UV-A, UV-B e UV-C, inclusa la componente UVC che genera ozono. Il flusso battericida è del 6,4% della potenza consumata, ovvero un’efficienza sei volte inferiore a quella di una lampada tubolare a bassa pressione.
Il produttore non pubblica lo spettro di questa lampada, e online circola una stessa immagine dello spettro di un qualche modello DRT. La fonte originale è sconosciuta, ma il rapporto energetico nei range UVC, UVB e UVA non corrisponde a quello dichiarato per la lampada DRT-125. Per la DRT è dichiarato un rapporto di energia approssimativamente eguale, mentre dallo spettro si nota che l'energia UVB è notevolmente superiore all'energia UBC. Inoltre, in UVA è molto più alta rispetto a UVB.
Fig. 19. Spettro della lampada a mercurio ad arco ad alta pressione, che illustra più frequentemente lo spettro della DRT-125, ampiamente utilizzata in ambito medico.
È chiaro che le lampade con diverse pressioni e additivi nel mercurio emettono radiazioni in modi leggermente differenti. È altrettanto evidente che un consumatore poco informato tende a immaginare autonomamente le caratteristiche desiderate e le proprietà del prodotto, acquisendo una fiducia basata su supposizioni personali, per poi effettuare l'acquisto. La pubblicazione dello spettro di una lampada specifica genererà discussioni, confronti e conclusioni.
L'autore ha acquistato un'installazione OUFK-01 con lampada DRT-125 e l'ha utilizzata per diversi anni per testare la resistenza ai raggi UV di prodotti in plastica. Ha irradiato simultaneamente due oggetti, uno dei quali era un campione di plastica resistente agli ultravioletti, per osservare quale ingiallisse più rapidamente. Per tale applicazione, conoscere la forma esatta dello spettro non è fondamentale; è importante soltanto che l'emettitore sia a banda larga. Ma qual è l'uso di un ultravioletti a banda larga se è necessaria la disinfezione?
Nella destinazione dell'OUFК-01 si specifica che il disinfettante è utilizzato in caso di processi infiammatori acuti. Cioè, quando l'effetto positivo della disinfezione della pelle supera i possibili danni dei raggi ultravioletti a banda larga. È evidente che in tal caso è meglio utilizzare l'ultravioletto a banda stretta, privo di lunghezze d'onda nello spettro che esercitano effetti diversi da quelli battericidi.
Disinfezione dell'aria
L'ultravioletto è considerato un mezzo insufficiente per la disinfezione delle superfici, poiché i raggi non possono penetrare dove può, ad esempio, l'alcol. Tuttavia, l'ultravioletto disinfetta efficacemente l'aria.
Quando si starnutisce e si tossisce si formano goccioline di dimensioni di pochi micrometri, che rimangono nell'aria da alcuni minuti a diverse ore []. Le ricerche sulla tubercolosi hanno dimostrato che è sufficiente una gocciolina aerosol per infettare.
All'aperto siamo relativamente al sicuro grazie ai grandi volumi e alla mobilità dell'aria, in grado di disperdere e disinfettare qualsiasi starnuto nel tempo e con la radiazione solare. Anche in metropolitana, finché la percentuale di persone infette è bassa, il volume complessivo dell'aria per ogni persona infetta è alto, e una buona ventilazione riduce il rischio di diffusione dell'infezione. Il luogo più pericoloso durante le pandemie di malattie trasmesse per via aerea è l'ascensore. Pertanto, chi starnutisce deve rimanere in quarantena e l'aria negli ambienti pubblici con ventilazione insufficiente necessita di disinfezione.
Ricircolatori
Una delle opzioni per la disinfezione dell'aria sono i ricircolatori UV chiusi. Discutiamo uno di questi ricircolatori - il "Dezar 7", noto per essere stato avvistato anche nell'ufficio della massima carica dello Stato.
Nella descrizione del ricircolatore si afferma che soffia 100 m³ all'ora ed è destinato per il trattamento di ambienti di 100 m³ (circa 5 × 7 × 2,8 metri).
Tuttavia, la capacità di disinfettare 100 m3 di aria all'ora non significa che l'aria in una stanza di 100 m3 venga trattata altrettanto efficacemente in un'ora. L'aria trattata mescola l'aria sporca e, in questo modo, entra nel ricircolatore più e più volte. È facile costruire un modello matematico e calcolare l'efficacia di tale processo:
Fig. 20 Influenza del funzionamento del ricircolatore UV sul numero di microrganismi nell'aria di una stanza senza ventilazione.
Per ridurre la concentrazione di microrganismi nell'aria del 90%, il ricircolatore deve funzionare per più di due ore. In assenza di ventilazione nella stanza, questo è possibile. Tuttavia, locali con persone e senza ventilazione normalmente non esistono. Ad esempio, [] stabilisce un fabbisogno minimo di aria esterna in ventilazione di 3 m3 all'ora per 1 m2 di superficie dell'appartamento. Ciò corrisponde a un completo ricambio d'aria ogni ora e rende inutile il lavoro del ricircolatore.
Se consideriamo il modello di miscelazione non completa, ma di getti laminari che seguono una traiettoria complessa stabilita nella stanza e vengono espulsi in ventilazione, l'efficacia della disinfezione di uno di questi getti è ancora minore rispetto al modello di miscelazione completa.
In ogni caso, un ricircolatore UV non è più utile di una finestra aperta.
Uno dei motivi per cui i ricircolatori sono poco efficaci è che l'effetto battericida per watt di flusso UV è estremamente basso. Il raggio percorre circa 10 centimetri all'interno dell'unità e poi si riflette dall'alluminio con un coefficiente di circa k=0,7. Questo significa che la distanza efficace del raggio all'interno dell'unità è di circa mezzo metro, dopo di che viene assorbito senza alcun beneficio.
Fig. 21. Un fotogramma da un video su Youtube in cui viene esaminato un ricircolatore. Si possono vedere le lampade battericida e la superficie riflettente in alluminio, che riflette notevolmente peggio l'ultravioletto rispetto alla luce visibile [].
Una lampada battericida, che pende visibilmente dal muro nella stanza di una clinica e viene accesa dal medico secondo un programma, è molto più efficace. I raggi della lampada aperta attraversano diversi metri, disinfettando prima l'aria e poi anche le superfici.
Irradiatori d'aria nella parte superiore della stanza
Nelle stanze degli ospedali dove sono presenti pazienti allettati, vengono talvolta utilizzati impianti UV che irradiano i flussi d'aria circolanti sotto il soffitto. Il principale svantaggio di questi impianti è che la griglia che copre le lampade permette solo ai raggi che viaggiano in una direzione specifica di passare, assorbendo senza utilità oltre il 90% del resto del flusso.
Si potrebbe anche far passare aria attraverso tale irradiatore per trasformarlo in un ricircolatore, ma di solito non si fa, probabilmente per non creare un accumulatore di polvere nella stanza.
Fig. 22 Irradiatore UV d'aria a soffitto, immagine dal sito [].
Le griglie proteggono le persone all'interno dall'esposizione diretta ai raggi ultravioletti; tuttavia, la luce che passa attraverso la griglia colpisce il soffitto e le pareti, riflettendosi in modo diffuso con un coefficiente di riflessione di circa il 10%. L'ambiente si riempie di radiazione UV omnidirezionale e le persone ricevono una dose di ultravioletti proporzionale al tempo trascorso all'interno.
Recensori e autore
Recensori:
Artyom Balabanov, ingegnere elettronico, sviluppatore di sistemi di polimerizzazione UV;
Rumen Vasilev, Dottore in Tecnologie, luminotecnico, OOD 'Interlux', Bulgaria;
Vadim Grigorov, biofisico;
Stanislav Lermontov, ingegnere luminotecnico, LLC 'Sistemi Complessi';
Aleksey Pankrashkin, Dottore in Tecnologie, docente, tecnologia dei semiconduttori e fotonica, LLC 'INTEKH Engineering';
Andrey Kramov, specialista nella progettazione di illuminazione per istituti medici;
Vitaliy Tsvyrko, capo del laboratorio di prova luminotecnica 'CSOT NAN della Bielorussia'
Autore: Anton Sharakshané, PhD in fisica matematica, luminotecnico e biofisico, Primo MGUMU intitolato a I.M. Sechenov
Link
Link
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 DISINFEZIONE DELL'ARIA ULTRAVIOLETA
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fisica della radiazione ottica e ingegneria illuminotecnica. Parte 10: Radiazione fotobiologicamente efficace, quantità, simboli e spettri d'azione.
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Fonte: habr.com
