Le proprietà dell'ultravioletto dipendono dalla lunghezza d'onda e l'ultravioletto proveniente da fonti diverse ha uno spettro diverso. Discuteremo quali fonti di luce ultravioletta e come utilizzarle per massimizzare l'effetto battericida minimizzando i rischi di effetti biologici indesiderati.
Riso. 1. La foto non mostra la disinfezione con raggi UVC, come si potrebbe pensare, ma l'addestramento all'uso di una tuta protettiva con il rilevamento di punti luminescenti dei fluidi corporei dell'allenamento ai raggi UVA. L'UVA è un ultravioletto morbido e non ha un effetto battericida. Chiudere gli occhi è una ragionevole precauzione di sicurezza, poiché l'ampio spettro delle lampade fluorescenti UVA utilizzate si sovrappone agli UVB, dannosi per la vista (fonte Simon Davis/DFID).
La lunghezza d'onda della luce visibile corrisponde all'energia quantistica alla quale l'azione fotochimica diventa possibile. I quanti di luce visibile eccitano reazioni fotochimiche in uno specifico tessuto fotosensibile: la retina.
L'ultravioletto è invisibile, la sua lunghezza d'onda è più corta, la frequenza e l'energia del quanto sono più alte, la radiazione è più intensa e la varietà di reazioni fotochimiche ed effetti biologici è maggiore.
L'ultravioletto differisce in:
- Lunghezza d'onda lunga/morbida/vicino ai raggi UVA (400...315 nm) simili nelle proprietà alla luce visibile;
- Durezza media - UVB (315...280 nm);
- Onde corte/onde lunghe/dure – UVC (280…100 nm).
Effetto battericida della luce ultravioletta
Un effetto battericida è esercitato dalla luce ultravioletta dura - UVC, e in misura minore dalla luce ultravioletta medio-dura - UVB. La curva di efficienza battericida mostra che solo un intervallo ristretto di 230...300 nm, cioè circa un quarto dell'intervallo chiamato ultravioletto, ha un chiaro effetto battericida.
Riso. 2 Curve di efficienza 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 ad essere battericida, cioè uccidendo i batteri, questa gamma ha effetti virucida (antivirale), fungicida (antifungino) e sporicida (uccide le spore). Ciò include l’uccisione del virus RNA SARS-CoV-2020, che ha causato la pandemia del 2.
L'effetto battericida della luce solare
L’effetto battericida della luce solare è relativamente piccolo. Diamo un'occhiata allo spettro solare sopra e sotto l'atmosfera:
Riso. 3. Spettro della radiazione solare sopra l'atmosfera e al livello del mare. La parte più dura della gamma ultravioletta non raggiunge la superficie della terra (presa in prestito da Wikipedia).
Vale la pena prestare attenzione allo spettro sopra atmosferico evidenziato in giallo. L’energia quantistica del bordo sinistro dello spettro dei raggi solari sopraatmosferici con una lunghezza d’onda inferiore a 240 nm corrisponde ad un’energia di 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 combina nuovamente in molecole di ossigeno “O2” e, parzialmente, ozono “O3”.
L’UVC solare sopraatmosferico forma ozono nell’atmosfera superiore, chiamato strato di ozono. L'energia del legame chimico in una molecola di ozono è inferiore a quella di una molecola di ossigeno e quindi l'ozono assorbe quanti di energia inferiore rispetto all'ossigeno. E mentre l’ossigeno assorbe solo UVC, lo strato di ozono assorbe UVC e UVB. Si scopre che il sole genera ozono al limite estremo della parte ultravioletta dello spettro, e questo ozono assorbe quindi la maggior parte della dura radiazione ultravioletta del sole, proteggendo la Terra.
Ora, con attenzione, prestando attenzione alle lunghezze d'onda e alla scala, combineremo lo spettro solare con lo spettro dell'azione battericida.
Riso. 4 Spettro dell'azione battericida e spettro della radiazione solare.
Si può vedere che l'effetto battericida della luce solare è insignificante. La parte dello spettro capace di esercitare un effetto battericida viene quasi completamente assorbita dall'atmosfera. Nei diversi periodi dell'anno e alle diverse latitudini la situazione è leggermente diversa, ma qualitativamente simile.
Pericolo ultravioletto
Il leader di uno dei grandi paesi ha suggerito: “per curare il Covid-19 è necessario portare la luce solare all’interno del corpo”. Tuttavia, i raggi UV germicidi distruggono l’RNA e il DNA, compresi quelli umani. Se “fornisci luce solare all’interno del corpo”, la persona morirà.
L'epidermide, principalmente lo strato corneo delle cellule morte, protegge i tessuti viventi dai raggi UVC. Al di sotto dello strato epidermico penetra solo meno dell’1% delle radiazioni UVC [OMS]. Le onde UVB e UVA più lunghe penetrano più in profondità.
Se non ci fossero le radiazioni ultraviolette solari, forse le persone non avrebbero l'epidermide e lo strato corneo, e la superficie del corpo sarebbe mucosa, come quella delle lumache. Ma poiché gli esseri umani si sono evoluti sotto il sole, solo le superfici protette dal sole sono mucose. La più vulnerabile è la superficie mucosa dell'occhio, condizionatamente protetta dalle radiazioni solari ultraviolette da palpebre, ciglia, sopracciglia, capacità motorie facciali e dall'abitudine di non guardare il sole.
Quando hanno imparato per la prima volta a sostituire il cristallino con uno artificiale, gli oftalmologi hanno dovuto affrontare il problema delle ustioni retiniche. Cominciarono a capirne le ragioni e scoprirono che il cristallino umano vivente è opaco alla luce ultravioletta e protegge la retina. Successivamente anche le lenti artificiali furono rese opache alla luce ultravioletta.
Un'immagine dell'occhio ai raggi ultravioletti illustra l'opacità del cristallino alla luce ultravioletta. Non dovresti illuminare il tuo occhio con luce ultravioletta, poiché col tempo il cristallino diventa opaco, anche a causa della dose di luce ultravioletta accumulata negli anni, e deve essere sostituito. Pertanto, utilizzeremo l'esperienza di persone coraggiose che hanno trascurato la sicurezza, hanno puntato nei loro occhi una torcia ultravioletta con una lunghezza d'onda di 365 nm e hanno pubblicato il risultato su YouTube.
Riso. 5 Immagine da un video sul canale Youtube “Kreosan”.
Sono popolari le torce ultraviolette che inducono luminescenza con una lunghezza d'onda di 365 nm (UVA). Vengono acquistati dagli adulti, ma inevitabilmente cadono nelle mani dei bambini. I bambini puntano queste torce negli occhi e guardano attentamente e a lungo il cristallo luminoso. È consigliabile prevenire tali azioni. Se ciò accade, potete essere certi che la cataratta negli studi sui topi è causata in modo affidabile dall'irradiazione UVB del cristallino, ma l'effetto catarogenico degli UVA è instabile [].
Tuttavia l’esatto spettro d’azione della luce ultravioletta sulla lente è sconosciuto. E considerando che la cataratta è un effetto molto ritardato, ci vuole un po' di intelligenza per non illuminare in anticipo la luce ultravioletta negli occhi.
Le mucose dell'occhio si infiammano in tempi relativamente brevi sotto le radiazioni ultraviolette, questo si chiama fotocheratite e fotocongiuntivite. Le mucose diventano rosse e appare una sensazione di "sabbia negli occhi". L'effetto svanisce dopo pochi giorni, ma ustioni ripetute possono portare all'opacizzazione della cornea.
Le lunghezze d'onda che causano questi effetti corrispondono approssimativamente alla funzione di rischio UV ponderata indicata nello standard di sicurezza fotobiologica [IEC 62471] e approssimativamente allo stesso intervallo germicida.
Riso. 6 Spettri di radiazioni ultraviolette che causano fotocongiuntivite e fotocheratite da [] e una funzione ponderata del rischio UV attinico per la pelle e gli occhi derivante da [].
Le dosi soglia per fotocheratite e fotocongiuntivite sono 50-100 J/m2, questo valore non supera le dosi utilizzate per la disinfezione. Non sarà possibile disinfettare la mucosa dell'occhio con la luce ultravioletta senza provocare infiammazioni.
L'eritema, cioè la "scottatura solare", è pericoloso a causa delle radiazioni ultraviolette nell'intervallo fino a 300 nm. Secondo alcune fonti, la massima efficienza spettrale dell'eritema è a lunghezze d'onda di circa 300 nm []. La dose minima che provoca un eritema appena percettibile MED (Minimum Erythema Dose) per diversi tipi di pelle varia da 150 a 2000 J/m2. Per i residenti della zona media, un DER tipico può essere considerato un valore di circa 200...300 J/m2.
Gli UVB nell'intervallo 280-320 nm, con un massimo intorno ai 300 nm, provocano il cancro della pelle. Non esiste una dose soglia; una dose più alta significa un rischio più elevato e l’effetto è ritardato.
Riso. 7 Curve di azione degli UV che causano eritemi e tumori della pelle.
L'invecchiamento cutaneo fotoindotto è causato dalle radiazioni ultraviolette nell'intero intervallo compreso tra 200 e 400 nm. Esiste una fotografia ben nota di un camionista che è stato esposto alla radiazione solare ultravioletta principalmente sul lato sinistro durante la guida. L'autista aveva l'abitudine di guidare con il finestrino abbassato, ma la parte destra del viso era protetta dai raggi ultravioletti del sole dal parabrezza. La differenza nello stato della pelle legato all'età sul lato destro e sinistro è impressionante:
Riso. 8 Foto di un conducente che ha guidato con il finestrino abbassato per 28 anni [].
Se stimiamo approssimativamente che l'età della pelle sui diversi lati del viso di questa persona differisce di vent'anni e ciò è una conseguenza del fatto che per circa gli stessi vent'anni un lato del viso era illuminato dal sole e l'altro non lo fosse, possiamo cautamente concludere che una giornata al sole è un giorno e invecchia la pelle.
Dai dati di riferimento [] è noto che alle medie latitudini, in estate, sotto il sole diretto, la dose eritematosa minima di 200 J/m2 si accumula più velocemente che in un'ora. Confrontando queste cifre con la conclusione tratta, possiamo trarre un'altra conclusione: l'invecchiamento della pelle durante il lavoro periodico e di breve durata con lampade ultraviolette non rappresenta un pericolo significativo.
Quanta luce ultravioletta è necessaria per la disinfezione?
Il numero di microrganismi sopravvissuti sulle superfici e nell’aria diminuisce esponenzialmente con l’aumentare della dose di radiazioni ultraviolette. Ad esempio, la dose che uccide il 90% del micobatterio tubercolare è di 10 J/m2. Due di queste dosi uccidono il 99%, tre dosi uccidono il 99,9%, ecc.
Riso. 9 Dipendenza della percentuale di sopravvissuti al Mycobacterium tuberculosis dalla dose di radiazioni ultraviolette con una lunghezza d'onda di 254 nm.
La dipendenza esponenziale è notevole in quanto anche una piccola dose uccide la maggior parte dei microrganismi.
Tra quelli elencati in [] microrganismi patogeni, la Salmonella è la più resistente alle radiazioni ultraviolette. La dose che uccide il 90% dei suoi batteri è di 80 J/m2. Secondo lo studio [Kowalski2020], la dose media 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 ragioni pratiche ricordiamo che la dose standard che disinfetta con un'efficienza del 90% è di 50 J/m2.
Secondo l’attuale metodologia approvata dal Ministero della Salute russo per l’utilizzo delle radiazioni ultraviolette per la disinfezione dell’aria [] Per sale operatorie, maternità, ecc. è richiesta la massima efficienza di disinfezione di “tre nove” o 99,9%. Per aule scolastiche, edifici pubblici, ecc. È sufficiente “uno nove”, cioè distrutto il 90% dei microrganismi. Ciò significa che, a seconda della categoria della stanza, sono sufficienti da una a tre dosi standard da 50...150 J/m2.
Un esempio di stima del tempo di irraggiamento necessario: supponiamo che sia necessario disinfettare l'aria e le superfici in una stanza di 5×7×2,8 metri, per la quale viene utilizzata una lampada aperta Philips TUV 30W.
La descrizione tecnica della lampada indica un flusso battericida di 12 W []. In un caso ideale, l'intero flusso va esclusivamente alle superfici da disinfettare, ma in una situazione reale metà del flusso verrà sprecato senza alcun beneficio, ad esempio illuminerà con intensità eccessiva la parete dietro la lampada. Conteremo quindi su un flusso utile di 6 watt. La superficie totale irradiata nella stanza è pavimento 35 m2 + soffitto 35 m2 + pareti 67 m2, totale 137 m2.
In media, il flusso di radiazioni battericide che cade sulla superficie è di 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. In un’ora, cioè in 3600 secondi, queste superfici riceveranno una dose di 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, ovvero circa 150 J/m2. Ciò corrisponde a tre dosi standard di 50 J/m2 o “tre nove” - efficienza battericida del 99,9%, ovvero requisiti della sala operatoria. E poiché la dose calcolata, prima di cadere in superficie, attraversava il volume della stanza, l'aria veniva disinfettata con non minore efficacia.
Se i requisiti per la sterilità sono piccoli e “uno nove” è sufficiente, per l'esempio considerato è necessario un tempo di irradiazione tre volte inferiore, circa 20 minuti.
Protezione UV
La principale misura protettiva durante la disinfezione ultravioletta è lasciare la stanza. Stare vicino ad una lampada UV funzionante, ma distogliere lo sguardo non aiuta; le mucose degli occhi sono ancora irradiate.
Gli occhiali di vetro possono essere una misura parziale per proteggere le mucose degli occhi. L’affermazione categorica “il vetro non trasmette radiazioni ultraviolette” non è corretta; in una certa misura lo fa, e diverse marche di vetro lo fanno in modi diversi. Ma in generale, quando la lunghezza d’onda diminuisce, la trasmittanza diminuisce e l’UVC viene trasmesso in modo efficace solo dal vetro al quarzo. In ogni caso gli occhiali per occhiali non sono al quarzo.
Possiamo tranquillamente affermare che le lenti degli occhiali contrassegnate con UV400 non trasmettono radiazioni ultraviolette.
Riso. 10 Spettro di trasmissione degli occhiali con indici UV380, UV400 e UV420. Immagine dal sito web []
Anche una misura protettiva è l'uso di fonti della gamma UVC battericida che non emettono sostanze potenzialmente pericolose, ma non efficaci per la disinfezione, delle gamme UVB e UVA.
Sorgenti ultraviolette
Diodi UV
I diodi ultravioletti (UVA) da 365 nm più comuni sono progettati per "torce della polizia" che producono luminescenza per rilevare contaminanti invisibili senza ultravioletti. La disinfezione con tali diodi è impossibile (vedere Fig. 11).
Per la disinfezione si possono utilizzare diodi UVC a onde corte con una lunghezza d'onda di 265 nm. Il costo di un modulo a diodi che sostituirebbe una lampada battericida al mercurio è tre ordini di grandezza superiore al costo della lampada, quindi in pratica tali soluzioni non vengono utilizzate per disinfettare grandi aree. Ma stanno comparendo dispositivi compatti che utilizzano diodi UV per la disinfezione di piccole aree: strumenti, telefoni, lesioni cutanee, ecc.
Lampade al mercurio a bassa pressione
La lampada al mercurio a bassa pressione è lo standard a cui vengono paragonate tutte le altre sorgenti.
La parte principale dell'energia di radiazione del vapore di mercurio a bassa pressione in una scarica elettrica cade sulla lunghezza d'onda di 254 nm, ideale per la disinfezione. Una piccola parte dell'energia viene emessa alla lunghezza d'onda di 185 nm, che genera intensamente ozono. E pochissima energia viene emessa ad altre lunghezze d'onda, compresa la gamma visibile.
Nelle tradizionali lampade fluorescenti al mercurio a luce bianca, il vetro della lampadina non trasmette la radiazione ultravioletta emessa dai vapori di mercurio. Ma il fosforo, una polvere bianca sulle pareti del pallone, si illumina nel campo del visibile sotto l'influenza della luce ultravioletta.
Le lampade UVB o UVA sono progettate in modo simile, il bulbo di vetro non trasmette il picco di 185 nm e il picco di 254 nm, ma il fosforo sotto l'influenza della radiazione ultravioletta a onde corte non emette luce visibile, ma ultravioletta a onde lunghe radiazione. Queste sono lampade per scopi tecnici. E poiché lo spettro delle lampade UVA è simile a quello del sole, tali lampade vengono utilizzate anche per l'abbronzatura. Il confronto dello spettro con la curva dell'efficienza battericida mostra che l'uso di lampade UVB e soprattutto UVA per la disinfezione non è appropriato.
Riso. 11 Confronto tra la curva di efficienza battericida, lo spettro di una lampada UVB, lo spettro di una lampada abbronzante UVA e lo spettro di un diodo da 365 nm. Spettri della lampada tratti dal sito web dell'American Paint Manufacturers Association [].
Si noti che lo spettro di una lampada fluorescente UVA è ampio e copre la gamma UVB. Lo spettro del diodo da 365 nm è molto più ristretto, questo è "UVA onesto". Se i raggi UVA sono necessari per produrre luminescenza per scopi decorativi o per rilevare contaminanti, l'utilizzo di un diodo è più sicuro rispetto all'utilizzo di una lampada fluorescente ultravioletta.
Una lampada battericida al mercurio UVC a bassa pressione differisce dalle lampade fluorescenti in quanto non è presente fosforo sulle pareti della lampadina e la lampadina trasmette la luce ultravioletta. Viene sempre trasmessa la riga principale da 254 nm, mentre la riga da 185 nm che genera ozono può essere lasciata nello spettro della lampada o rimossa con un bulbo di vetro con trasmissione selettiva.
Riso. 12 Il range di emissione è indicato sull'etichetta delle lampade ultraviolette. Una lampada germicida UVC si riconosce dall'assenza di fosforo sul bulbo.
L'ozono ha un ulteriore effetto battericida, ma è cancerogeno, quindi, per non aspettare che l'ozono si eroda dopo la disinfezione, vengono utilizzate lampade che non formano ozono senza la linea di 185 nm nello spettro. Queste lampade hanno uno spettro quasi ideale: una linea principale con un'elevata efficienza battericida di 254 nm, una radiazione molto debole nella gamma ultravioletta non battericida e una piccola radiazione "segnale" nella gamma visibile.
Riso. 13. Lo spettro di una lampada UVC al mercurio a bassa pressione (fornita dalla rivista lumen2b.ru) è combinato con lo spettro della radiazione solare (da Wikipedia) e la curva di efficienza battericida (da ESNA Lighting Handbook []).
La luce blu delle lampade germicide ti consente di vedere che la lampada al mercurio è accesa e funzionante. La luce è debole e questo dà l'impressione fuorviante che sia sicuro guardare la lampada. Non riteniamo che la radiazione nella gamma UVC rappresenti il 35...40% della potenza totale consumata dalla lampada.
Riso. 14 Una piccola frazione dell'energia radiante del vapore di mercurio si trova nel campo del visibile ed è visibile come un debole bagliore blu.
Una lampada battericida al mercurio a bassa pressione ha la stessa base di una normale lampada fluorescente, ma è di lunghezza diversa in modo che la lampada battericida non venga inserita nelle normali lampade. La lampada per lampada battericida, oltre alle sue dimensioni, si distingue per il fatto che tutte le parti in plastica sono resistenti alle radiazioni ultraviolette, i fili dell'ultravioletto sono coperti e non è presente un diffusore.
Per le esigenze battericide domestiche, l'autore utilizza una lampada battericida da 15 W, precedentemente utilizzata per disinfettare la soluzione nutritiva di un impianto idroponico. Il suo analogo può essere trovato cercando “sterilizzatore UV per acquario”. Quando la lampada funziona, si libera ozono, che non va bene, ma è utile per disinfettare, ad esempio, le scarpe.
Riso. 15 Lampade al mercurio a bassa pressione con vari tipi di attacco. Immagini dal sito Aliexpress.
Lampade al mercurio a media e alta pressione
Un aumento della pressione del vapore di mercurio porta a uno spettro più complesso; lo spettro si espande e al suo interno compaiono più linee, anche alle lunghezze d’onda che generano ozono. L'introduzione di additivi nel mercurio porta ad una complessità ancora maggiore dello spettro. Esistono molte varietà di tali lampade e lo spettro di ciascuna è speciale.
Riso. 16 Esempi di spettri di lampade al mercurio a media e alta pressione
Aumentando la pressione si riduce l'efficienza della lampada. Prendendo come esempio il marchio Aquafineuv, le lampade UVC a media pressione emettono il 15-18% del consumo energetico e non il 40% come le lampade a bassa pressione. Inoltre, il costo dell’attrezzatura per watt di flusso UVC è più elevato [].
La diminuzione dell'efficienza e l'aumento del costo della lampada sono compensati dalla sua compattezza. Ad esempio, la disinfezione dell’acqua corrente o l’essiccazione della vernice applicata ad alta velocità nella stampa richiedono fonti compatte e potenti; il costo specifico e l’efficienza non sono importanti. Ma non è corretto utilizzare una lampada del genere per la disinfezione.
Irradiatore UV composto da un bruciatore DRL e una lampada DRT
Esiste un modo "popolare" per ottenere una potente fonte ultravioletta in modo relativamente economico. Stanno andando in disuso, ma si vendono ancora lampade DRL a luce bianca da 125...1000 W. In queste lampade, all'interno del pallone esterno è presente un "bruciatore": una lampada al mercurio ad alta pressione. Emette luce ultravioletta a banda larga, che viene bloccata dal bulbo di vetro esterno, ma fa brillare il fosforo sulle sue pareti. Se rompi il pallone esterno e colleghi il bruciatore alla rete tramite uno starter standard, otterrai un potente emettitore ultravioletto a banda larga.
Un emettitore così fatto in casa presenta degli svantaggi: bassa efficienza rispetto alle lampade a bassa pressione, gran parte della radiazione ultravioletta è al di fuori dell'intervallo battericida e non è possibile rimanere nella stanza per un po' di tempo dopo aver spento la lampada finché l'ozono non si disintegra o scompare.
Ma anche i vantaggi sono innegabili: basso costo ed elevata potenza in dimensioni compatte. Uno dei vantaggi è la generazione di ozono. L’ozono disinfetterà le superfici ombreggiate che non sono esposte ai raggi ultravioletti.
Riso. 17 Irradiatore ultravioletto realizzato con lampade DRL. La foto è pubblicata con il permesso dell'autore, un dentista bulgaro, che utilizza questo irradiatore in aggiunta alla lampada battericida standard Philips TUV 30W.
Sorgenti ultraviolette simili per la disinfezione sotto forma di lampade al mercurio ad alta pressione vengono utilizzate negli irradiatori del tipo OUFK-01 “Solnyshko”.
Ad esempio, per la popolare lampada “DRT 125-1” il produttore non pubblica lo spettro, ma fornisce i parametri nella documentazione: intensità di irradiazione ad una distanza di 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 dall'ozono []. In risposta a una domanda diretta sulla differenza tra una lampada DRT e un bruciatore DRL, il produttore ha risposto nel suo blog che la DRT ha un rivestimento verde isolante sui catodi.
Riso. 18 Sorgente ultravioletta a banda larga - Lampada DRT-125
Secondo le caratteristiche indicate, è chiaro che lo spettro è a banda larga con una quota quasi uguale di radiazioni nell’ultravioletto morbido, medio e duro, compreso l’UVC duro che genera ozono. Il flusso battericida rappresenta il 6,4% del consumo energetico, ovvero l'efficienza è 6 volte inferiore a quella di una lampada tubolare a bassa pressione.
Il produttore non pubblica lo spettro di questa lampada e su Internet circola la stessa immagine con lo spettro di uno dei DRT. La fonte originale è sconosciuta, ma il rapporto energetico nelle gamme UVC, UVB e UVA non corrisponde a quelli dichiarati per la lampada DRT-125. Per DRT viene indicato un rapporto approssimativamente uguale e lo spettro mostra che l'energia UVB è molte volte maggiore dell'energia UBC. E negli UVA è molte volte superiore che negli UVB.
Riso. 19. Spettro di una lampada ad arco al mercurio ad alta pressione, che molto spesso illustra lo spettro di DRT-125, ampiamente utilizzato per scopi medici.
È chiaro che le lampade con pressioni diverse e additivi al mercurio emettono in modo leggermente diverso. È anche chiaro che un consumatore disinformato è propenso a immaginare autonomamente le caratteristiche e le proprietà desiderate di un prodotto, acquisire fiducia in base alle proprie ipotesi ed effettuare un acquisto. E la pubblicazione dello spettro di una particolare lampada provocherà discussioni, confronti e conclusioni.
L'autore una volta ha acquistato un'installazione OUFK-01 con una lampada DRT-125 e l'ha utilizzata per diversi anni per testare la resistenza ai raggi UV dei prodotti in plastica. Ho irradiato due prodotti contemporaneamente, uno dei quali era di controllo in plastica resistente ai raggi ultravioletti, e ho osservato quale sarebbe diventato giallo più velocemente. Per tale applicazione non è necessaria la conoscenza dell'esatta forma dello spettro; è importante solo che l'emettitore sia a banda larga. Ma perché utilizzare la luce ultravioletta a banda larga se è necessaria la disinfezione?
Lo scopo dell'OUFK-01 stabilisce che l'irradiatore viene utilizzato per i processi infiammatori acuti. Cioè nei casi in cui l'effetto positivo della disinfezione della pelle supera il possibile danno delle radiazioni ultraviolette a banda larga. Ovviamente in questo caso è meglio utilizzare l'ultravioletto a banda stretta, senza lunghezze d'onda nello spettro che abbiano effetto diverso da quello battericida.
Disinfezione dell'aria
La luce ultravioletta è considerata un mezzo insufficiente per disinfettare le superfici, poiché i raggi non possono penetrare dove penetra, ad esempio, l'alcol. Ma la luce ultravioletta disinfetta efficacemente l’aria.
Quando si starnutisce e si tossisce si formano goccioline di diversi micrometri che restano sospese nell'aria da alcuni minuti a diverse ore.]. Studi sulla tubercolosi hanno dimostrato che una singola goccia di aerosol è sufficiente per causare un’infezione.
Per strada siamo relativamente sicuri grazie agli enormi volumi e alla mobilità dell'aria, che con il tempo e la radiazione solare può disperdere e disinfettare qualsiasi starnuto. Anche nella metropolitana, sebbene la percentuale di persone infette sia piccola, il volume totale di aria per persona infetta è elevato e una buona ventilazione riduce il rischio di diffusione dell’infezione. Il luogo più pericoloso durante una pandemia di malattie trasmesse per via aerea è un ascensore. Pertanto, chi starnutisce deve essere messo in quarantena e l’aria negli spazi pubblici con ventilazione insufficiente deve essere disinfettata.
Ricircolatori
Una delle opzioni per la disinfezione dell'aria sono i riciclatori UV chiusi. Parliamo di uno di questi circolatori - "Dezar 7", noto per essere stato visto anche nell'ufficio della prima persona dello stato.
La descrizione del ricircolatore dice che soffia 100 m3 all'ora ed è progettato per trattare una stanza con un volume 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 da 100 m3 all'ora verrà trattata in modo altrettanto efficace. L'aria trattata diluisce l'aria sporca e in questa forma entra ripetutamente nel ricircolo. È facile costruire un modello matematico e calcolare l'efficienza di tale processo:
Riso. 20 L'influenza del funzionamento di un circolatore UV sul numero di microrganismi nell'aria di una stanza senza ventilazione.
Per ridurre del 90% la concentrazione di microrganismi nell'aria, il ricircolo deve funzionare per più di due ore. Se non c'è ventilazione nella stanza, questo è possibile. Ma normalmente non ci sono stanze con persone e senza ventilazione. Per esempio, [] prescrive una portata d'aria esterna minima per la ventilazione di 3 m3 all'ora per 1 m2 di superficie dell'appartamento. Ciò corrisponde ad un ricambio completo d'aria una volta ogni ora e rende inutile il funzionamento del ricircolo.
Se consideriamo il modello non di miscelazione completa, ma di getti laminari che percorrono una traiettoria complessa e costante nell'ambiente ed entrano nella ventilazione, il beneficio di disinfettare uno di questi getti è ancora minore che nel modello di miscelazione completa.
In ogni caso, un ricircolo UV non è più utile di una finestra aperta.
Uno dei motivi della bassa efficienza dei ricircolatori è che l'effetto battericida è estremamente ridotto in termini di ciascun watt di flusso UV. Il raggio percorre circa 10 centimetri all'interno dell'impianto, per poi essere riflesso dall'alluminio con un coefficiente di circa k = 0,7. Ciò significa che il percorso effettivo del fascio all'interno dell'impianto è di circa mezzo metro, dopodiché viene assorbito senza beneficio.
Riso. 21. Immagine tratta da un video di YouTube che mostra lo smantellamento della riciclatrice. Sono visibili lampade germicide e una superficie riflettente in alluminio, che riflettono la radiazione ultravioletta molto peggio della luce visibile [].
Una lampada battericida appesa apertamente al muro nell'ufficio di una clinica e accesa da un medico secondo un programma è molte volte più efficace. I raggi di una lampada aperta percorrono diversi metri, disinfettando prima l'aria e poi le superfici.
Irraggiatori d'aria nella parte superiore della stanza
Nei reparti ospedalieri dove sono costantemente presenti pazienti allettati, a volte vengono utilizzate unità UV per irradiare i flussi d'aria circolanti sotto il soffitto. Lo svantaggio principale di tali installazioni è che la griglia che copre le lampade lascia passare solo i raggi rigorosamente in una direzione, assorbendo senza beneficio più del 90% del flusso rimanente.
È inoltre possibile soffiare aria attraverso un tale irradiatore per creare contemporaneamente un ricircolo, ma ciò non viene fatto, probabilmente a causa della riluttanza ad avere un accumulatore di polvere nella stanza.
Riso. 22 Irradiatore UV ad aria da soffitto, immagine dal sito [].
Le griglie proteggono le persone presenti nell'ambiente dal flusso diretto delle radiazioni ultraviolette, ma il flusso che attraversa la griglia colpisce il soffitto e le pareti e viene riflesso diffusamente, con un coefficiente di riflessione di circa il 10%. La stanza è piena di radiazioni ultraviolette omnidirezionali e le persone ricevono una dose di radiazioni ultraviolette proporzionale al tempo trascorso nella stanza.
Revisori e autore
revisori:
Artyom Balabanov, ingegnere elettronico, sviluppatore di sistemi di polimerizzazione UV;
Rumen Vasilev, Ph.D., ingegnere illuminotecnico, OOD "Interlux", Bulgaria;
Vadim Grigorov, biofisico;
Stanislav Lermontov, ingegnere illuminotecnico, Complex Systems LLC;
Alexey Pankrashkin, Ph.D., professore associato, ingegneria dell'illuminazione e fotonica dei semiconduttori, INTECH Engineering LLC;
Andrey Khramov, specialista in progettazione illuminotecnica per istituti medici;
Vitaly Tsvirko, capo del laboratorio di test sull'illuminazione "TSSOT NAS della Bielorussia"
Autore: Anton Sharakshane, Ph.D., ingegnere illuminotecnico e biofisico, da cui prende il nome la prima università medica statale di Mosca. LORO. Sechenov
riferimenti
riferimenti
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 DISINFEZIONE ARIA ULTRAVIOLETTA
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fisica delle radiazioni ottiche e illuminotecnica. Parte 10: Radiazione fotobiologicamente efficace, quantità, simboli e spettro d'azione. Fisica della radiazione ottica e illuminotecnica. Radiazione fotobiologicamente attiva. Dimensioni, simboli e spettri d'azione
[ESNA] Manuale di illuminazione ESNA, 9a edizione. ed. Rea MS Illuminating Engineering Society of North America, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampade e sistemi di lampade. Sicurezza fotobiologica
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., Suscettibilità ai raggi ultravioletti del coronavirus COVID-2020 19, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Prodotti chimici Mitsui]
[Nejm]
[Colore]
[TUV]
[OMS] Organizzazione Mondiale della Sanità. Radiazioni ultraviolette: una revisione scientifica formale degli effetti ambientali e sulla salute delle radiazioni UV, con riferimento alla riduzione globale dell’ozono.
[Desar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Uso di radiazioni battericide ultraviolette per la disinfezione dell'aria interna
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria.
Fonte: habr.com