Le proprietà dell'ultravioletto dipendono dalla lunghezza d'onda, e l'ultravioletto proveniente da diverse fonti si distingue per lo spettro. Discutiamo quali fonti di ultravioletto ci sono e come applicarle per massimizzare l'azione battericida, minimizzando i rischi di effetti biologici indesiderati.
Fig. 1. Nella fotografia non si tratta di disinfezione con radiazione UVC, come potrebbe sembrare, ma di un addestramento all'uso di un costume protettivo con identificazione di macchie fluorescenti in raggi UVA di fluidi corporei addestrativi. L'UVA è un ultravioletto morbido e non esercita azione battericida. Gli occhi chiusi sono una misura di sicurezza giustificata, poiché ampio spettro della lampada fluorescente UVA incrocia con UVB, che è pericoloso per la vista (fonte Simon Davis/DFID).
La lunghezza d'onda della luce visibile corrisponde all'energia quantistica, alla quale diventa appena possibile l'azione fotochimica. I quanti di luce visibile eccitano reazioni fotochimiche nel tessuto fotoc sensitive specifico - nella retina dell'occhio.
L'ultravioletto è invisibile, la sua lunghezza d'onda è più corta, la frequenza e l'energia del quanto sono più elevate, la radiazione è più intensa, la varietà di reazioni fotochimiche e effetti biologici è maggiore.
L'ultravioletto si distingue in:
- Ultravioletto lungo/ morbido/ vicino UVA (400…315 nm);
- Ultravioletto di media durezza – UVB (315…280 nm);
- Ultravioletto corto/ lontano/ duro – UVC (280…100 nm).
Azione battericida dell'ultravioletto
L'azione battericida è esercitata dall'ultravioletto duro – UVC, e in misura minore dall'ultravioletto di media durezza – UVB. Dalla curva di efficacia battericida si vede che un'azione battericida evidente è esercitata solo da un intervallo ristretto di 230…300 nm, cioè circa un quarto dell'intervallo chiamato ultravioletto.
Fig. 2 Curve di efficacia battericida da []
I quanti con lunghezze d'onda in questo intervallo vengono assorbiti dagli acidi nucleici, il che porta alla distruzione della struttura del DNA e dell'RNA. Oltre all'azione battericida, cioè la morte dei batteri, questo intervallo esercita azione virucida (contro i virus), fungicida (contro i funghi) e sporicida (che uccide le spore). In particolare, è ucciso il 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 sopra e sotto l'atmosfera:
Fig. 3. Spettro dell'emissione solare sopra l'atmosfera e al livello del mare. La parte più intensa della gamma UV non raggiunge la superficie terrestre (ripreso da Wikipedia).
È interessante notare lo spettro sopra l'atmosfera evidenziato in giallo. L'energia del quantum all'estremo sinistro dello spettro delle radiazioni solari sopra l'atmosfera, 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 quanti, il legame chimico si rompe, si forma l'ossigeno atomico «O», che si ricombina in molecole di ossigeno «O2» e, in parte, in ozono «O3».
L'UVC solare sopra l'atmosfera forma nell'alta atmosfera ozono, chiamato 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 quanti di energia inferiore rispetto all'ossigeno. E se l'ossigeno assorbe solo UVC, lo strato di ozono assorbe sia UVC che UVB. Dunque, il sole genera ozono con la parte più marginale della gamma ultravioletta e questo ozono assorbe la maggior parte della radiazione ultravioletta solare dannosa, proteggendo la Terra.
E ora con attenzione, prestando attenzione alle lunghezze d'onda e alla scala, confronteremo lo spettro solare con lo spettro dell'azione battericida.
Fig. 4 Spettro dell'azione battericida e spettro dell'emissione solare.
Si nota che l'azione battericida della luce solare è trascurabile. La parte dello spettro in grado di esercitare un'azione battericida è quasi completamente assorbita dall'atmosfera. In diverse stagioni e latitudini, la situazione varia leggermente, ma qualitativamente è simile.
Pericolo dei raggi ultravioletti
Il leader di una delle grandi nazioni ha suggerito: «per curare il COVID-19, bisogna far arrivare la luce solare all'interno del corpo». Tuttavia, l'UV battericida distrugge l'RNA e il DNA, compreso quello umano. Se «portare la luce solare all'interno del corpo» è possibile, l'individuo potrebbe morire.
L'epidermide, in particolare lo strato corneo di cellule morte, protegge il tessuto vivente dagli UVC. Sotto lo strato epidermico penetra meno dell'1% delle radiazioni UVC [OMS]. Onde più lunghe UVB e UVA penetrano a maggior profondità.
Se non ci fosse stata l'ultravioletto solare, probabilmente gli esseri umani non avrebbero avuto epidermide e strato corneo, e la superficie del corpo sarebbe stata viscida, come quella delle lumache. Ma poiché gli esseri umani si sono evoluti sotto il sole, sono vischiose solo le superfici protette dalla luce solare. La superficie mucosa dell'occhio è la più vulnerabile, condizionatamente protetta dai raggi UV per secoli da palpebre, ciglia, sopracciglia, dalla motilità del viso e dall'abitudine di non guardare direttamente il sole.
Quando hanno imparato per la prima volta a sostituire il cristallino con uno artificiale, gli oculisti si sono trovati di fronte al problema delle ustioni della retina. Hanno iniziato a esaminare le cause e hanno scoperto che il cristallino umano vivo è opaco per l'ultravioletto e protegge la retina. Dopo questo, hanno reso opachi all'ultravioletto anche i cristallini artificiali.
L'immagine dell'occhio sotto la luce ultravioletta illustra l'opacità del cristallino per i raggi UV. Non è consigliabile illuminare il proprio occhio con l'ultravioletto, poiché nel tempo il cristallino diventa torbido, anche a causa della dose di ultravioletto accumulata negli anni, e necessita di sostituzione. Pertanto, prendiamo esempio da coraggiosi individui che hanno trascurato la sicurezza, illuminando i propri occhi con una torcia ultravioletta a 365 nm di lunghezza d'onda, e hanno pubblicato il risultato su YouTube.
Fig. 5 Frame dal video del canale YouTube 'Kreosan'.
Le torce ultraviolette luminescenti con lunghezza d'onda di 365 nm (UVA) sono popolari. Vengono acquistate da adulti, ma inevitabilmente finiscono nelle mani dei bambini. I bambini illuminano i propri occhi con queste torce, esaminando attentamente e a lungo il cristallo luminoso. È consigliabile prevenire tali azioni. Se dovesse succedere, ci si può rassicurare sul fatto che la cataratta, negli studi sui topi, è in modo convincente indotta dall'irradiazione del cristallino con UVB, ma l'effetto catarogenico dell'UVA è instabile [].
Eppure, lo spettro preciso dell'azione dell'ultravioletto sul cristallino non è noto. E considerando che la cataratta è un effetto fortemente ritardato, è necessario un certo grado di intelligenza per non illuminare i propri occhi con l'ultravioletto in anticipo.
Relativamente rapidamente, le mucose oculari si infiammano sotto i raggi ultravioletti, questo fenomeno è chiamato fotokeratite e fotoconjuntivite. Le mucose diventano rosse e si avverte una sensazione di «sabbia negli occhi». L'effetto svanisce dopo pochi giorni, ma ripetute scottature possono portare a opacità della cornea.
Le lunghezze d'onda che causano questi effetti corrispondono approssimativamente alla funzione pesata di rischio UV, riportata nello standard sulla sicurezza fotobiologica [IEC 62471] e rientrano più o meno nella gamma di azione battericida.
Fig. 6 Spettri di azione degli ultravioletti che provocano fotoconjuntivite e fotokeratite da [] e la funzione pesata di rischio UV attivo per la pelle e gli occhi da [].
Le dosi soglia per fotokeratite e fotoconjuntivite sono di 50-100 J/m2, questo valore non supera le dosi utilizzate per la disinfezione. Disinfettare la mucosa oculare con ultravioletti, senza causare infiammazione, non è possibile.
L'eritema, ovvero il «scottatura solare», è causato dagli ultravioletti nella gamma fino a 300 nm. Secondo alcune fonti, l'efficacia spettrale massima dell'eritema si riscontra a lunghezze d'onda intorno ai 300 nm []. La dose minima che causa un'eritema appena percettibile MET (Dose Minima Eritematosa) per la pelle di vari tipi va da 150 a 2000 J/m2. Per gli abitanti delle zone temperate, la MET tipica può essere considerata intorno ai 200…300 J/m2.
Gli UVB nella gamma 280-320 nm, con un picco intorno ai 300 nm, causano il cancro della pelle. Non esiste una dose soglia, dose maggiore – rischio maggiore, e l'effetto è ritardato.
Fig. 7 Curve di azione degli ultravioletti che causano eritema e cancro della pelle.
L'invecchiamento fotoindotto della pelle è causato dagli ultravioletti in tutto il range 200…400 nm. È nota la fotografia di un camionista che, mentre guidava, è stato esposto alla radiazione ultravioletta solare prevalentemente sul lato sinistro. Il conducente aveva l'abitudine di guidare con il finestrino abbassato, ma la parte destra del viso era protetta dalla luce solare ultravioletta dal parabrezza. La differenza nell'età della pelle sul lato destro e sinistro è impressionante:
Fig. 8 Fotografia di un autista che per 28 anni ha guidato con il finestrino del lato conducente abbassato [].
Se si considera approssimativamente che l'età della pelle su diverse parti del viso di questa persona differisca di vent'anni e che ciò sia il risultato del fatto che per circa vent'anni una parte del viso è stata esposta al sole e l'altra no, si può fare un'ipotesi cauta: un giorno sotto il sole aperto invecchia la pelle di un giorno.
Dai dati di riferimento [] è noto che alle latitudini medie, in estate, sotto il sole diretto, la dose minima di eritema di 200 J/m² si accumula più velocemente di un'ora. Confrontando queste cifre con la conclusione raggiunta, si può fare un'altra osservazione: l'invecchiamento della pelle durante il lavoro periodico e non prolungato con lampade a raggi ultravioletti non rappresenta una significativa pericolosità.
Quanta radiazione ultravioletta è necessaria per la disinfezione
Il numero di microrganismi sopravvissuti sulle superfici e nell'aria diminuisce esponenzialmente all'aumentare della dose di radiazione ultravioletta. Ad esempio, la dose che uccide il 90% dei bacilli 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 con lunghezza d'onda di 254 nm.
La dipendenza esponenziale è notevole poiché anche una piccola dose uccide la maggior parte dei microrganismi.
Tra i microrganismi patogeni elencati in [] la salmonella è la più resistente ai raggi ultravioletti. La dose che uccide il 90% dei suoi batteri è di 80 J/m². Secondo la revisione [Kowalski2020], il valore medio della dose che uccide il 90% dei coronavirus è di 67 J/m². Ma per la maggior parte dei microrganismi questa dose non supera i 50 J/m². Per scopi pratici, si può ricordare che la dose standard che disinfetta con un'efficacia del 90% è di 50 J/m².
Secondo la metodologia attualmente approvata dal Ministero della Salute della Russia per l'uso dell'ultravioletto per la disinfezione dell'aria [] la massima efficacia di disinfezione «tre nove», ovvero 99,9%, è necessaria per sale operatorie, reparti di maternità, ecc. Per aule scolastiche, locali di edifici pubblici, ecc., è sufficiente «una nove», cioè il 90% dei microrganismi distrutti. Questo significa che, a seconda della categoria del locale, sono sufficienti da una a tre dosi standard di 50…150 J/m².
Esempio di valutazione del tempo necessario per l'irradiazione: supponiamo che sia necessario disinfettare l'aria e le superfici in una stanza delle dimensioni di 5 × 7 × 2,8 metri, per questo viene utilizzata una lampada Philips TUV 30W aperta.
Nella descrizione tecnica della lampada è indicato un flusso battericida di 12 W []. In un caso ideale, l'intero flusso va direttamente sulle superfici da disinfettare, ma nella realtà metà del flusso andrà sprecata, ad esempio illuminando eccessivamente la parete dietro il corpo illuminante. Pertanto, calcoleremo un flusso utile di 6 W. L'area totale irradiata delle superfici nella stanza è – pavimento 35 m2 + soffitto 35 m2 + pareti 67 m2, per un totale di 137 m2.
In media, sulla superficie cade un flusso di radiazione battericida di 6 W/137m2 = 0,044 W/m2. In un'ora, cioè in 3600 secondi, su queste superfici si avrà 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 o "tre nove" – 99,9% di efficacia battericida, cioè i requisiti per gli ambienti operativi. E poiché la dose calcolata, prima di cadere sulle superfici, è passata attraverso il volume della stanza, anche l'aria è stata disinfettata con eguale efficacia.
Se i requisiti di sterilità non sono elevati e basta avere "una nove", per l'esempio considerato è necessario un tempo di irradiazione tre volte inferiore – arrotondando a 20 minuti.
Protezione dai raggi ultravioletti
La principale misura di protezione durante la disinfezione con raggi ultravioletti è allontanarsi dalla stanza. Stare vicino a una lampada UV accesa, ma distogliere lo sguardo non aiuterà, le mucose oculari verranno comunque irradiate.
Una misura parziale di protezione delle mucose oculari può essere rappresentata da occhiali di vetro. L'affermazione categorica "il vetro non lascia passare gli ultravioletti" non è corretta, in una certa misura li lascia passare, e diverse marche di vetro in modo differente. Ma in generale, con la diminuzione della lunghezza d'onda il coefficiente di trasmissione diminuisce, e gli UVC vengono efficacemente trasmessi solo da vetro quarzato. Le lenti degli occhiali non sono comunque in quarzo.
Si può affermare con sicurezza che non lasciano passare gli ultravioletti le lenti degli occhiali contrassegnate con UV400.
Fig. 10 Spettro di trasmissione delle lenti degli occhiali con indici UV380, UV400 e UV420. Immagine dal sito []
Un ulteriore misura di protezione è l'uso di fonti di radiazione battericida UVC, che non emettono fasci UVB e UVA potenzialmente pericolosi ma inefficaci per la disinfezione.
Fonti di ultravioletti
Diodi UV
I diodi ultravioletti 365 nm (UVA) sono i più comuni e sono utilizzati per "torce da polizia", che inducono luminescenza per rilevare contaminazioni invisibili senza ultravioletti. La disinfezione con questi diodi è impossibile (cfr. figura 11).
Per la disinfezione, si possono utilizzare diodi UVC a onda corta con lunghezza d'onda di 265 nm. Il costo di un modulo basato su diodi che sostituirebbe una lampada battericida a mercurio supera il costo della lampada di tre ordini di grandezza, quindi, nella pratica, tali 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: strumenti, telefoni, aree di lesioni sulla pelle, ecc.
Lampade a bassa pressione a mercurio
La lampada a bassa pressione a mercurio è lo standard con cui vengono confrontate tutte le altre fonti.
La maggior parte dell'energia emessa dai vapori di mercurio a bassa pressione durante la scarica elettrica avviene alla lunghezza d'onda di 254 nm, perfetta per la disinfezione. Una piccola porzione di energia viene emessa a una lunghezza d'onda di 185 nm, che genera intensamente ozono. Una quantità molto limitata di energia viene emessa su altre lunghezze d'onda, inclusa la gamma visibile.
Nelle comuni lampade fluorescenti a mercurio a luce bianca, il vetro del bulbo non lascia passare l'ultravioletto emesso dai vapori di mercurio. Tuttavia, il fosforo, una polvere bianca sulle pareti del bulbo, smette di brillare nella gamma visibile sotto l'azione degli ultravioletti.
Le lampade UVB o UVA sono costruite in modo simile; il bulbo di vetro non lascia passare i picchi a 185 nm e 254 nm, ma il fosforo sotto l'influenza dell'ultravioletto a onda corta emette luce non visibile, così come l'ultravioletto a onda lunga. Queste lampade sono di natura tecnica. Inoltre, poiché lo spettro delle lampade UVA è simile a quello del sole, tali lampade vengono utilizzate anche per l'abbronzatura. Il confronto tra lo spettro e la curva di efficacia battericida mostra che l'utilizzo delle lampade UVB e tanto più delle UVA per la disinfezione non è giustificato.
Fig. 11 Confronto della curva di efficacia battericida, spettro della lampada UVB, spettro della lampada UVA "per abbronzatura" e spettro del diodo 365 nm. Gli spettri delle lampade sono stati prelevati dal sito dell'associazione americana dei produttori di vernici [].
Si noti che lo spettro della lampada fluorescente UVA è ampio e comprende la gamma UVB. Lo spettro del diodo 365 nm è significativamente più stretto, essendo un "vero UVA". Se è necessaria la lunghezza d'onda UVA per indurre luminescenza a scopi decorativi o per rilevare contaminazioni, l'uso del diodo è più sicuro rispetto all'uso della lampada fluorescente a ultravioletti.
La lampada battericida UVC a mercurio a bassa pressione si distingue dalle fluorescenti perché sulla parete del bulbo non c'è fosforo, e il bulbo consente il passaggio dell'ultravioletto. La linea principale di 254 nm è sempre presente, mentre la linea generatrice di ozono di 185 nm può essere mantenuta nello spettro della lampada o eliminata da un bulbo in vetro con permeabilità selettiva.
Fig. 12 L'intervallo di emissione è indicato sull'etichetta delle lampade ultraviolette. La lampada battericida UVC può essere identificata dall'assenza di fosforo nel bulbo.
L'ozono ha un'azione battericida aggiuntiva, ma è cancerogeno, quindi per non dover aspettare la dispersione dell'ozono dopo la disinfezione, si utilizzano lampade che non producono ozono e che non presentano la linea di 185 nm nello spettro. Queste lampade hanno uno spettro quasi ideale: la linea principale con alta efficacia battericida di 254 nm, una radiazione molto debole in intervalli ultravioletti non battericidi, e una leggera emissione "segnale" nella gamma visibile.
Fig. 13. Lo spettro della lampada a mercurio a bassa pressione UVC (fornito dalla rivista lumen2b.ru) è sovrapposto allo spettro dell'emissione solare (da Wikipedia) e alla curva di efficacia dell'azione battericida (dal ESNA Lighting Handbook []).
La luce blu delle lampade battericide consente di vedere che la lampada a mercurio è accesa e in funzione. L'emissione è debole, e questo crea un'illusione ingannevole che guardare la lampada sia sicuro. Non percepiamo che l'emissione nella gamma UVC rappresenta il 35…40% della potenza totale consumata dalla lampada.
Fig. 14 Una piccola parte dell'energia emessa dai vapori di mercurio ricade nella gamma visibile e appare come una debole luce blu.
La lampada battericida a mercurio a bassa pressione ha la stessa base di una normale lampada fluorescente, ma ha una lunghezza diversa, in modo che la lampada battericida non possa essere inserita in normali lampade. La lampada battericida, oltre alle dimensioni, si differenzia per il fatto che tutte le parti plastiche sono resistenti ai raggi ultravioletti, i cavi sono protetti dai raggi ultravioletti e non c'è un diffusore.
Per le esigenze battericide domestiche, l'autore utilizza una lampada battericida da 15 W, precedentemente usata per la disinfezione della soluzione nutritiva di un impianto idroponico. Il suo analogo può essere trovato cercando "aquarium uv sterilisator". Durante il funzionamento della lampada si produce ozono, il che non è positivo, ma per la disinfezione, ad esempio, delle scarpe, è utile.
Fig. 15 Lampade a mercurio a bassa pressione con basi di vari tipi. Immagini dal sito Aliexpress.
Lampade a mercurio a media e alta pressione
L'aumento della pressione dei vapori di mercurio porta a una complessità maggiore dello spettro, lo spettro si allarga e presenta più linee, comprese quelle nelle lunghezze d'onda che generano ozono. L'aggiunta di additivi al mercurio porta a un'ulteriore complessità dello spettro. Esistono molte varietà di tali lampade, e lo spettro di ciascuna è particolare.
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 già il 15-18% della potenza consumata nella zona UVC, rispetto al 40% delle lampade a bassa pressione. E il costo dell'attrezzatura calcolato su un watt di flusso UVC risulta essere più elevato [].
La riduzione dell'efficienza e l'aumento del costo della lampada sono compensati dalla compattezza. Ad esempio, la disinfezione dell'acqua in flusso o l'asciugatura di vernici applicate ad alta velocità nella stampa richiedono fonti compatte e potenti, il costo unitario e l'efficacia non sono rilevanti. Tuttavia, utilizzare una tale lampada per la disinfezione non è corretto.
Irradiatore UV da bruciatore DRL e lampada DRT
Esiste un modo "popolare" per ottenere un potente fonte di ultravioletti a un costo relativamente basso. Vanno fuori uso, ma sono ancora in vendita le lampade DRL di luce bianca da 125…1000 W. In queste lampade, all'interno del bulbo esterno si trova una "fiamma" - una lampada a mercurio ad alta pressione. Essa 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 connette la fiamma alla rete tramite un reattore standard, si ottiene un potente emettitore di ultravioletti a banda larga.
Tuttavia, questo emittente artigianale presenta degli svantaggi: un'elevata resistenza rispetto alle lampade a bassa pressione, una grande quantità di ultravioletti al di fuori della gamma battericida, e in ambiente chiuso non si può rimanere per un certo periodo dopo lo spegnimento della lampada, finché non si disperde o si decompone l'ozono.
Ma ci sono anche dei vantaggi indiscutibili: basso costo e grande potenza in dimensioni compatte. Tra i vantaggi si può includere anche la generazione di ozono. L'ozono disinfetterà le superfici ombreggiate, che non saranno colpite dai raggi ultravioletti.
Fig. 17 Emittente ultravioletti realizzato con lampade DRL. La foto è pubblicata con il permesso dell'autore, un dentista bulgaro che utilizza questo emittente in aggiunta alla lampada battericida standard Philips TUV 30W.
Fonti di ultravioletti simili per la disinfezione, sotto forma di lampade a mercurio ad alta pressione, sono utilizzate negli emittenti del tipo OFK-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 irradiazione a un metro dalla lampada UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, emissione battericida 8 W, e dopo l'uso è necessaria la ventilazione della stanza dall'ozono []. Alla domanda diretta sulla differenza tra la lampada DRT e la fiamma DRL, il produttore nel suo blog ha risposto che la DRT ha un rivestimento verde isolante sui catodi.
Fig. 18 Fonte di ultravioletti a banda larga - lampada DRT-125
Dalle specifiche dichiarate, si può vedere che lo spettro è a banda larga con una distribuzione quasi uguale di emissioni nella luce UV soft, medium e hard, compresa la generazione di ozono nell'UV hard UVC. Il flusso battericida costituisce il 6,4% della potenza assorbita, cioè un'efficienza sei volte inferiore rispetto a quella di una lampada a tubo a bassa pressione.
Il produttore non pubblica lo spettro di questa lampada, e in rete circola la stessa immagine dello spettro di qualche DRT. L'origine è sconosciuta, ma il rapporto di energia nei range UVC, UVB e UVA non corrisponde a quello dichiarato per la lampada DRT-125. Per la DRT è dichiarato un rapporto approssimativamente uguale, ma dallo spettro risulta che l'energia UVB è di gran lunga superiore a quella dell'UBC. E nell'UVA è di gran lunga superiore all'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 modo diverso. È altrettanto chiaro che un consumatore non informato tende a immaginare autonomamente le caratteristiche e le proprietà desiderate di un prodotto, acquisendo una fiducia basata su supposizioni personali e effettuando un acquisto. La pubblicazione dello spettro di una lampada specifica susciterà discussioni, confronti e conclusioni.
L'autore ha acquistato una unità OUFK-01 con lampada DRT-125 e l'ha utilizzata per diversi anni per testare la resistenza UV dei prodotti in plastica. Ha irradiato simultaneamente due prodotti, uno dei quali era un campione in plastica resistente ai raggi ultravioletti, osservando quale ingiallisse più rapidamente. Per questo tipo di applicazione, conoscere la forma esatta dello spettro non è essenziale, è importante solo che l'emettitore sia a banda larga. Ma a cosa serve utilizzare l'ultravioletto a banda larga se è necessaria la disinfezione?
Nella destinazione dell'OUFK-01 si indica che l'emettitore è utilizzato in caso di processi infiammatori acuti. Cioè, nei casi in cui l'effetto positivo della disattivazione dei germi sulla pelle supera il potenziale danno dell'ultravioletto a banda larga. È ovvio che anche in tal caso sarebbe meglio utilizzare l'ultravioletto a banda stretta, evitando le lunghezze d'onda nello spettro che hanno effetti diversi oltre a quello battericida.
Disinfezione dell'aria
La luce ultravioletta è considerata uno strumento insufficiente per la disinfezione delle superfici, poiché i raggi non possono penetrare dove lo fa, ad esempio, l'alcol. Tuttavia, l'ultravioletto disinfetta efficacemente l'aria.
Allo starnutire e tossire si formano goccioline di dimensioni di alcuni micron, che rimangono nell'aria da qualche minuto a diverse ore []. Studi sulla tubercolosi hanno dimostrato che è sufficiente una goccia aerosol per infettare.
All'aperto siamo relativamente al sicuro a causa dei grandi volumi e della mobilità dell'aria, che è in grado di disperdere e disinfettare nel tempo e con la radiazione solare qualsiasi starnuto. Anche nella metropolitana, finché la percentuale di persone infette è bassa, il volume complessivo dell'aria è grande rispetto a una persona infetta, e una buona ventilazione riduce il rischio di diffusione dell'infezione. Il posto più pericoloso durante le pandemie di malattie trasmissibili per via aerea è l'ascensore. Pertanto, chi starnutisce dovrebbe rimanere in quarantena e l'aria negli spazi pubblici, in caso di insufficiente ventilazione, necessita di disinfezione.
Ricircolatori
Una delle opzioni per disinfettare l'aria è rappresentata dai ricircolatori UV chiusi. Discutiamo uno di questi ricircolatori: il 'Dézar 7', noto per essere stato notato persino nell'ufficio del capo di stato.
Nella descrizione del ricircolatore si afferma che sopporta 100 m3 all'ora ed è destinato al trattamento di ambienti di 100 m3 (circa 5 × 7 × 2,8 metri).
Tuttavia, la capacità di disinfettare 100 m3 d'aria all'ora non significa che l'aria in una stanza di 100 m3 venga trattata altrettanto efficacemente in un'ora. L'aria trattata diluisce l'aria inquinata e, in questo modo, entra di nuovo e di nuovo nel ricircolatore. Non è difficile costruire un modello matematico e calcolare l'efficacia di tale processo:
Fig. 20 Influenza del funzionamento del ricircolatore UV sulla quantità di microrganismi nell'aria di una stanza senza ventilazione.
Per ridurre la concentrazione di microrganismi nell'aria del 90%, il ricircolatore deve lavorare per più di due ore. In assenza di ventilazione nella stanza, questo è possibile. Ma in genere non ci sono stanze con persone e senza ventilazione. Ad esempio, [] prescrive un consumo minimo d'aria esterna durante la 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 si considera un modello di miscelamento incompleto, a getti laminari, che seguono una traiettoria complessa stabilita nella stanza e vanno verso la ventilazione, l'efficacia della disinfezione di uno di questi getti è ancora minore rispetto al modello di miscelamento completo.
In ogni caso, il ricircolatore UV non è più utile di una finestra aperta.
Una delle ragioni dell'efficacia limitata dei ricircolatori è che l'effetto battericida per ogni watt di flusso UV è estremamente ridotto. Il raggio percorre circa 10 centimetri all'interno dell'unità e poi viene riflesso 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. Fotogramma di un video su Youtube in cui viene analizzato il ricircolatore. Si vedono le lampade battericide e la superficie riflettente in alluminio, che riflette significativamente peggio l'ultravioletto rispetto alla luce visibile [].
Una lampada battericida appesa apertamente al muro nella sala d'attesa di uno studio medico, accesa secondo un programma dal medico, è molte volte più efficace. I raggi emessi dalla lampada aperta percorrono diversi metri, disinfettando prima l'aria e poi anche le superfici.
Irradiatori d'aria nella parte superiore della stanza
Nelle stanze degli ospedali dove ci sono pazienti allettati, a volte vengono utilizzate unità UV che irradiano i flussi d'aria circolanti sotto il soffitto. Il principale svantaggio di tali unità è che la griglia che copre le lampade consente solo il passaggio dei raggi che vanno in una direzione rigorosamente definita, assorbendo senza alcun beneficio oltre il 90% del resto del flusso.
È possibile anche soffiare l'aria attraverso un tale irradiatore, in modo da ottenere un ricircolatore, ma ciò non viene fatto, probabilmente per la volontà di non creare un accumulatore di polvere nella stanza.
Fig. 22 Irradiatore d'aria UV a soffitto, immagine dal sito [].
Le griglie proteggono le persone all'interno dagli effetti diretti dei raggi ultravioletti, ma i raggi che passano attraverso la griglia colpiscono il soffitto e le pareti, riflettendosi diffusamente con un coefficiente di riflessione di circa il 10%. L'ambiente si riempie di radiazione ultravioletta omnidirezionale e le persone ricevono una dose di UV proporzionale al tempo trascorso all'interno.
Revisori e autore
Revisori:
Artyom Balabanov, ingegnere elettronico, sviluppatore di sistemi di indurimento UV;
Rumen Vasilev, dottore in ingegneria, specialista in illuminazione, OOD "Interlux", Bulgaria;
Vadim Grigorov, biofisico;
Stanislav Lermontov, ingegnere specialista in illuminazione, LLC "Sistemi Complessi";
Alexey Pankrashkin, dottore in ingegneria, docente, tecnologia e fotonica dei semiconduttori, LLC "INTEKH Ingegneria";
Andrei Kramov, specialista nella progettazione di illuminazione per strutture sanitarie;
Vitaliy Tsvyrko, responsabile del laboratorio di testing di illuminazione "CSOT NAN Bielorussia"
Autore: Anton Sharakshane, dottore in fisica e matematica, specialista in illuminazione e biofisico, Primo MGMU intitolato a I.M. Sechenov
Link
Link
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 DISINFEZIONE DELL'ARIA ULTRAVIOLETTA
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fisica delle radiazioni ottiche e ingegneria di illuminazione. Parte 10: Radiazione fotobiologicamente efficace, grandezze, simboli e spettri d'azione. Fisica delle radiazioni ottiche e illuminotecnica. Radiazione fotobiologicamente attiva. Grandezze, simboli e spettri d'azione.
[ESNA] Manuale dei sistematori di illuminazione ESNA, 9ª Edizione. A cura di Rea M.S. Società di ingegneria di illuminazione del Nord America, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampade e sistemi di lampade. Sicurezza fotobiologica
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 Vulnerabilità ultravioletta al Coronavirus COVID-19, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[OMS] Organizzazione Mondiale della Sanità. Radiazione ultravioletta: Revisione scientifica ufficiale sugli effetti della radiazione UV sull'ambiente e sulla salute, con riferimento all'esaurimento globale dello strato di ozono.
[Dezar]
[P 3.5.1904-04] P 3.5.1904-04 Utilizzo della radiazione battericida ultravioletta per la disinfezione dell'aria negli ambienti
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria.
Fonte: habr.com
