אולטרה סגול: חיטוי ובטיחות יעילים

תכונות האולטרה סגול תלויות באורך הגל, ולאולטרה סגול ממקורות שונים יש ספקטרום שונה. נדון באילו מקורות אור אולטרה סגול וכיצד להשתמש בהם על מנת למקסם את השפעת החיידקים תוך מזעור הסיכונים להשפעות ביולוגיות לא רצויות.

אורז. 1. בתמונה לא נראה חיטוי בקרינת UVC, כפי שניתן לחשוב, אלא אימון בשימוש בחליפת מגן עם זיהוי כתמי זוהר של אימון נוזלי גוף בקרני UVA. UVA הוא אולטרה סגול רך ואין לו השפעה חיידקית. עצימת עיניים היא אמצעי זהירות סביר, שכן הספקטרום הרחב של מנורות פלורסנט UVA בשימוש חופף ל-UVB, המזיק לראייה (מקור Simon Davis/DFID).

אורך הגל של האור הנראה תואם לאנרגיה הקוונטית שבה הפעולה הפוטוכימית פשוט מתאפשרת. קוונטות האור הנראה מעוררות תגובות פוטוכימיות ברקמה ספציפית הרגישה לאור - הרשתית.
האולטרה סגול אינו נראה, אורך הגל שלו קצר יותר, התדירות והאנרגיה של הקוונטים גבוהים יותר, הקרינה קשה יותר ומגוון התגובות הפוטוכימיות וההשפעות הביולוגיות גדול יותר.

אולטרה סגול שונה ב:

• אורך גל ארוך/רך/קרוב UVA (400...315 ננומטר) דומה במאפיינים לאור הנראה;
• קשיות בינונית - UVB (315...280 ננומטר);
• גל קצר/גל ארוך/קשה – UVC (280…100 ננומטר).

אפקט קוטל חיידקים של אור אולטרה סגול

אפקט חיידקי מופעל על ידי אור אולטרה סגול קשה - UVC, ובמידה פחותה על ידי אור אולטרה סגול בינוני-קשה - UVB. עקומת היעילות החיידקית מראה שרק לטווח צר של 230...300 ננומטר, כלומר כרבע מהטווח הנקרא אולטרה סגול, יש השפעה חיידקית ברורה.

אורז. 2 עקומות יעילות קוטל חיידקים מ- [CIE 155:2003]

קוונטות עם אורכי גל בטווח זה נספגות על ידי חומצות גרעין, מה שמוביל להרס של מבנה ה-DNA וה-RNA. בנוסף להיותו קוטל חיידקים, כלומר הורג חיידקים, לטווח זה יש השפעות וירואידיות (אנטי-ויראליות), קוטל פטריות (אנטי פטרייתיות) וספור-קוטליות (הורגות נבגים). זה כולל הרג נגיף ה-RNA SARS-CoV-2020, שגרם למגפת 2.

השפעת החיידקים של אור השמש

השפעת החיידקים של אור השמש קטנה יחסית. בואו נסתכל על ספקטרום השמש מעל ומתחת לאטמוספירה:

אורז. 3. ספקטרום קרינת השמש מעל האטמוספירה ובגובה פני הים. החלק הקשה ביותר בטווח האולטרה-סגול אינו מגיע אל פני כדור הארץ (שאיל מויקיפדיה).

כדאי לשים לב לספקטרום האטמוספרי המודגש בצהוב. האנרגיה הקוונטית של הקצה השמאלי של הספקטרום של קרני השמש העל-אטמוספריות עם אורך גל של פחות מ-240 ננומטר מתאימה לאנרגיית קשר כימי של 5.1 eV במולקולת החמצן "O2". חמצן מולקולרי סופג את הקוואנטות הללו, הקשר הכימי נשבר, נוצר חמצן אטומי "O", שמתחבר בחזרה למולקולות של חמצן "O2" ובחלקו אוזון "O3".

UVC על-אטמוספרי שמש יוצר אוזון באטמוספרה העליונה, הנקרא שכבת האוזון. אנרגיית הקשר הכימי במולקולת אוזון נמוכה יותר מאשר במולקולת חמצן ולכן האוזון סופג כמויות בעלות אנרגיה נמוכה יותר מחמצן. ובעוד חמצן סופג רק UVC, שכבת האוזון סופגת UVC ו-UVB. מסתבר שהשמש יוצרת אוזון ממש בקצה החלק האולטרה סגול של הספקטרום, ואז אוזון זה סופג את רוב הקרינה האולטרה סגולה הקשה של השמש, ומגן על כדור הארץ.

כעת, בזהירות, תוך שימת לב לאורכי גל וקנה מידה, נשלב את הספקטרום הסולארי עם הספקטרום של פעולת חיידקים.

אורז. 4 ספקטרום של פעולת חיידקים וספקטרום של קרינת שמש.

ניתן לראות כי ההשפעה החיידקית של אור השמש אינה משמעותית. החלק בספקטרום המסוגל להפעיל אפקט קוטל חיידקים נספג כמעט לחלוטין באטמוספירה. בתקופות שונות של השנה ובקווי רוחב שונים המצב מעט שונה, אך דומה מבחינה איכותית.

סכנה אולטרה סגולה

מנהיג אחת המדינות הגדולות הציע: "כדי לרפא את COVID-19, אתה צריך להכניס אור שמש לתוך הגוף." עם זאת, UV קוטל חיידקים הורס RNA ו-DNA, כולל בני אדם. אם "תעביר אור שמש בתוך הגוף", האדם ימות.

האפידרמיס, בעיקר השכבה הקרנית של תאים מתים, מגן על רקמה חיה מפני UVC. מתחת לשכבת האפידרמיס, רק פחות מ-1% מקרינת ה-UVC חודרת [WHO]. גלי UVB ו-UVA ארוכים יותר חודרים לעומקים גדולים יותר.

אם לא הייתה קרינה אולטרה סגולה סולארית, אולי לאנשים לא היו האפידרמיס והשכבה הקרנית, ומשטח הגוף היו רירי, כמו זה של חלזונות. אבל מכיוון שבני אדם התפתחו תחת השמש, רק משטחים מוגנים מהשמש הם ריריים. הפגיע ביותר הוא המשטח הרירי של העין, המוגן על תנאי מקרינת שמש על-ידי עפעפיים, ריסים, גבות, מיומנויות מוטוריות של הפנים וההרגל לא להסתכל בשמש.

כאשר למדו לראשונה להחליף את העדשה בעדשה מלאכותית, רופאי עיניים התמודדו עם הבעיה של כוויות ברשתית. הם התחילו להבין את הסיבות וגילו שהעדשה האנושית החיה אטומה לאור אולטרה סגול ומגינה על הרשתית. לאחר מכן, עדשות מלאכותיות נעשו גם אטומות לאור אולטרה סגול.

תמונה של העין בקרניים אולטרה סגולות ממחישה את האטימות של העדשה לאור אולטרה סגול. אין להאיר את העין בעצמכם באור אולטרה סגול, שכן עם הזמן העדשה נעשית עכורה, לרבות עקב מינון האור האולטרה סגול שנצבר עם השנים, וצריך להחליף אותה. לכן, נשתמש בניסיון של אנשים אמיצים שהזניחו את הבטיחות, הדליקו בעיניהם פנס אולטרה סגול באורך גל של 365 ננומטר, ופרסמו את התוצאה ביוטיוב.

אורז. 5 סטילס מתוך סרטון בערוץ היוטיוב "Kreosan".

פנסים אולטרה סגולים מעוררי זוהר עם אורך גל של 365 ננומטר (UVA) הם פופולריים. הם נקנים על ידי מבוגרים, אבל בהכרח נופלים לידיהם של ילדים. ילדים מאירים את הפנסים האלה לתוך עיניהם ומתבוננים בזהירות ולאורך זמן בקריסטל הזוהר. רצוי למנוע פעולות כאלה. אם זה קורה, אתה יכול להרגיע את עצמך שקטרקט במחקרי עכברים נגרם באופן מהימן מהקרנת UVB של העדשה, אך ההשפעה הקטרוגנית של UVA אינה יציבה [מי].
אולם ספקטרום הפעולה המדויק של אור אולטרה סגול על העדשה אינו ידוע. ובהתחשב בכך שקטרקט הוא אפקט מאוד מושהה, אתה צריך קצת אינטליגנציה כדי לא להאיר אור אולטרה סגול לתוך העיניים שלך מראש.

הריריות של העין מתדלקות מהר יחסית בקרינה אולטרה סגולה, זה נקרא photokeratitis ו photoconjunctivitis. הריריות הופכות לאדומות, ומופיעה תחושה של "חול בעיניים". ההשפעה מתפוגגת לאחר מספר ימים, אך כוויות חוזרות עלולות להוביל לערפול של הקרנית.

אורכי הגל הגורמים להשפעות אלו תואמים בקירוב לפונקציה המשוקללת של סכנת UV הניתנת בתקן הבטיחות הפוטוביולוגי [IEC 62471] ובערך זהה לטווח קוטל החיידקים.

אורז. 6 ספקטרום של קרינה אולטרה-סגולה הגורמת לדלקת פוטו-לחמית ופוטוקרטיטיס מ-[DIN 5031-10] ותפקוד משוקלל של סכנת UV אקטינית לעור ולעיניים מ- [IEC 62471].

מינוני סף עבור photokeratitis ו photoconjunctivitis הם 50-100 J/m2, ערך זה אינו עולה על המינונים המשמשים לחיטוי. לא ניתן יהיה לחטא את הקרום הרירי של העין באור אולטרה סגול מבלי לגרום לדלקת.

אריתמה, כלומר "כוויות שמש", מסוכנת עקב קרינה אולטרה סגולה בטווח של עד 300 ננומטר. על פי כמה מקורות, היעילות הספקטרלית המקסימלית של אריתמה היא באורכי גל של כ-300 ננומטר.מי]. המינון המינימלי שגורם לאדמת דם בקושי מורגשת MED (Minimum Erythema Dose) לסוגי עור שונים נע בין 150 ל-2000 J/m2. עבור תושבי האזור האמצעי, DER טיפוסי יכול להיחשב בערך של כ 200...300 J/m2.

UVB בטווח של 280-320 ננומטר, עם מקסימום סביב 300 ננומטר, גורם לסרטן העור. אין מינון סף; מינון גבוה יותר פירושו סיכון גבוה יותר, וההשפעה מתעכבת.

אורז. 7 עקומות פעולת UV הגורמות לאריתמה ולסרטן העור.

הזדקנות העור נגרמת על ידי קרינה אולטרה סגולה בכל הטווח של 200...400 ננומטר. יש צילום ידוע של נהג משאית שנחשף לקרינת שמש בעיקר בצד שמאל תוך כדי נסיעה. לנהג היה הרגל לנהוג עם חלון הנהג מגולגל, אך הצד הימני של פניו היה מוגן מקרינת השמש האולטרה סגולה על ידי השמשה הקדמית. ההבדל במצב הקשור לגיל של העור בצד ימין ושמאל מרשים:

אורז. 8 תמונה של נהג שנסע עם חלון הנהג מורכן במשך 28 שנים [נג'ם].

אם אנו מעריכים באופן גס שגיל העור בצדדים שונים של פניו של אדם זה שונה בעשרים שנה וזו תוצאה של העובדה שבמשך אותן עשרים שנה בערך צד אחד של הפנים היה מואר בשמש, והשני. לא היה, אנו יכולים להסיק בזהירות שיום בשמש הפתוחה הוא יום אחד ומזדקן את העור.

מנתוני התייחסות [מי] ידוע כי בקווי הרוחב האמצעיים בקיץ תחת שמש ישירה, המינון הארתימי המינימלי של 200 J/m2 נצבר מהר יותר מאשר בשעה. בהשוואה לנתונים אלו עם המסקנה שהועלתה, נוכל להסיק מסקנה נוספת: הזדקנות העור במהלך עבודה תקופתית וקצרת טווח עם מנורות אולטרה סגול אינה מהווה סכנה משמעותית.

כמה אור אולטרה סגול צריך לחיטוי?

מספר המיקרואורגניזמים השורדים על משטחים ובאוויר יורד באופן אקספוננציאלי עם הגדלת מינון הקרינה האולטרה סגולה. לדוגמה, המינון שהורג 90% משחפת מיקובקטריום הוא 10 J/m2. שתי מנות כאלה הורגות 99%, שלוש מנות הורגות 99,9% וכו'.

אורז. 9 תלות בשיעור השורדים בשחפת מיקובקטריום במינון של קרינה אולטרה סגולה באורך גל של 254 ננומטר.

התלות האקספוננציאלית יוצאת דופן בכך שאפילו מנה קטנה הורגת את רוב המיקרואורגניזמים.

בין הרשומים ב- [CIE 155:2003] מיקרואורגניזמים פתוגניים, סלמונלה היא העמידה ביותר לקרינה אולטרה סגולה. המינון שהורג 90% מהחיידקים שלו הוא 80 J/m2. לפי הסקירה [Kowalski2020], המינון הממוצע שהורג 90% מנגיף הקורונה הוא 67 J/m2. אבל עבור רוב המיקרואורגניזמים מינון זה אינו עולה על 50 J/m2. למטרות מעשיות, אתה יכול לזכור שהמינון הסטנדרטי המחטא ביעילות של 90% הוא 50 J/m2.

על פי המתודולוגיה הנוכחית שאושרה על ידי משרד הבריאות הרוסי לשימוש בקרינה אולטרה סגולה לחיטוי אוויר [ר 3.5.1904-04] יעילות חיטוי מקסימלית של "שלוש תשע" או 99,9% נדרשת עבור חדרי ניתוח, בתי חולים ליולדות וכו'. לכיתות בית ספר, מבני ציבור וכו'. "אחת תשע" מספיקה, כלומר, 90% מהמיקרואורגניזמים שנהרסו. משמעות הדבר היא שבהתאם לקטגוריית החדר, מספיקות בין מנה אחת לשלוש מנות סטנדרטיות של 50...150 J/m2.

דוגמה להערכת זמן ההקרנה הנדרש: נניח שיש צורך לחטא את האוויר והמשטחים בחדר בגודל 5 × 7 × 2,8 מטר, עבורו משמשת מנורה אחת של Philips TUV 30W פתוחה.

התיאור הטכני של המנורה מצביע על זרימת חיידקים של 12 W [TUV]. במקרה אידיאלי, הזרימה כולה עוברת אך ורק למשטחים המבוצעים חיטוי, אך במצב אמיתי, מחצית מהזרימה תתבזבז ללא תועלת, למשל, היא תאיר את הקיר מאחורי המנורה בעוצמה יתרה. לכן, נסמוך על זרימה שימושית של 6 וואט. שטח הפנים הכולל המוקרן בחדר הינו רצפה 35 מ"ר + תקרה 2 מ"ר + קירות 35 מ"ר, סה"כ 2 מ"ר.

בממוצע, השטף של קרינה קוטל חיידקים הנופל על פני השטח הוא 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. תוך שעה, כלומר תוך 3600 שניות, משטחים אלו יקבלו מינון של 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, או כ-150 J/m2. מה שמתאים לשלושה מנות סטנדרטיות של 50 J/m2 או "שלוש תשע" - יעילות קוטל חיידקים של 99,9%, כלומר. דרישות חדר ניתוח. ומכיוון שהמינון המחושב, לפני הנפילה על פני השטח, עבר בנפח החדר, האוויר עבר חיטוי ביעילות לא פחותה.

אם הדרישות לסטריליות קטנות ומספיקות "אחת תשע", עבור הדוגמה הנחשבת, נדרש זמן הקרנה פי שלושה - בערך 20 דקות.

הגנת UV

אמצעי ההגנה העיקריים במהלך חיטוי אולטרה סגול הוא יציאה מהחדר. להיות ליד מנורת UV פועלת, אבל להסתכל הצידה לא יעזור; הריריות של העיניים עדיין מוקרנות.

משקפי זכוכית יכולים להיות אמצעי חלקי להגנה על הריריות של העיניים. ההצהרה הקטגורית "זכוכית אינה מעבירה קרינה אולטרה סגולה" אינה נכונה; במידה מסוימת היא כן, ומותגי זכוכית שונים עושים זאת בדרכים שונות. אבל באופן כללי, ככל שאורך הגל יורד, השידור פוחת, ו-UVC מועבר ביעילות רק על ידי זכוכית קוורץ. משקפי משקפיים הם לא קוורץ בכל מקרה.

אנו יכולים לומר בביטחון שעדשות משקפיים המסומנות UV400 אינן מעבירות קרינה אולטרה סגולה.

אורז. 10 ספקטרום שידור של משקפי משקפיים עם מדדים UV380, UV400 ו-UV420. תמונה מאתר [כימיקלים של מיצוי]

כמו כן, אמצעי הגנה הוא השימוש במקורות מטווח UVC קוטל חיידקים שאינם פולטים פוטנציאל מסוכן, אך אינם יעילים לחיטוי, UVB וטווחי UVA.

מקורות אולטרה סגולים

דיודות UV

דיודות האולטרה סגול (UVA) הנפוצות ביותר 365 ננומטר מיועדות ל"פנסים משטרתיים" המייצרים זוהר כדי לזהות מזהמים שאינם נראים ללא אולטרה סגול. חיטוי עם דיודות כאלה הוא בלתי אפשרי (ראה איור 11).
לחיטוי, ניתן להשתמש בדיודות UVC קצרות גל באורך גל של 265 ננומטר. עלות מודול דיודה שיחליף מנורה קוטל חיידקים כספית גבוהה בשלושה סדרי גודל מעלות המנורה, כך שבפועל לא משתמשים בפתרונות כאלה לחיטוי שטחים גדולים. אבל מכשירים קומפקטיים המשתמשים בדיודות UV מופיעים לחיטוי של אזורים קטנים - מכשירים, טלפונים, נגעי עור וכו'.

מנורות כספית בלחץ נמוך

מנורת הכספית בלחץ נמוך היא הסטנדרט שאליו משווים את כל המקורות האחרים.
החלק העיקרי של אנרגיית הקרינה של אדי כספית בלחץ נמוך בפריקה חשמלית נופל על אורך הגל של 254 ננומטר, אידיאלי לחיטוי. חלק קטן מהאנרגיה נפלט באורך גל של 185 ננומטר, אשר מייצר באינטנסיביות אוזון. ומעט מאוד אנרגיה נפלטת באורכי גל אחרים, כולל הטווח הנראה לעין.

במנורות פלורסנט כספית קונבנציונליות באור לבן, זכוכית הנורה אינה מעבירה קרינה אולטרה סגולה הנפלטת מאדי כספית. אבל הזרחן, אבקה לבנה על דפנות הבקבוק, זוהר בטווח הנראה בהשפעת קרינה אולטרה סגולה.

מנורות UVB או UVA מתוכננות בצורה דומה, נורת הזכוכית אינה מעבירה את שיא 185 ננומטר ואת שיא 254 ננומטר, אך הזרחן בהשפעת קרינה אולטרה סגולה קצרה אינו פולט אור נראה, אלא אולטרה סגול עם גלים ארוכים. קְרִינָה. אלו מנורות למטרות טכניות. ומכיוון שהספקטרום של מנורות UVA דומה לזה של השמש, מנורות כאלה משמשות גם לשיזוף. השוואה של הספקטרום עם עקומת היעילות החיידקית מראה ששימוש במנורות UVB ובעיקר UVA לחיטוי אינו הולם.

אורז. 11 השוואה של עקומת היעילות החיידקית, הספקטרום של מנורת UVB, הספקטרום של מנורת שיזוף UVA והספקטרום של דיודה 365 ננומטר. ספקטרום מנורות נלקח מאתר איגוד יצרני הצבע האמריקאי [צבע].

שימו לב שהספקטרום של מנורת פלורסנט UVA הוא רחב ומכסה את טווח ה-UVB. הספקטרום של דיודה 365 ננומטר הוא הרבה יותר צר, זה "UVA כנה". אם UVA נדרש להפקת זוהר למטרות דקורטיביות או לזיהוי מזהמים, שימוש בדיודה בטוח יותר מאשר שימוש במנורת פלורסנט אולטרה סגול.

מנורה קוטל חיידקים כספית UVC בלחץ נמוך שונה מנורות פלורסנט בכך שאין זרחן על דפנות הנורה, והנורה מעבירה אור אולטרה סגול. הקו הראשי של 254 ננומטר משודר תמיד, וניתן להשאיר את קו 185 ננומטר יוצר האוזון בספקטרום של המנורה או להסיר אותו על ידי נורת זכוכית עם שידור סלקטיבי.

אורז. 12 טווח הפליטה מצוין על התווית של מנורות אולטרה סגול. ניתן לזהות מנורה קוטל חיידקים UVC על ידי היעדר זרחן על הנורה.

לאוזון יש השפעה חיידקית נוספת, אך הוא מסרטן, לכן, על מנת לא לחכות לשחיקת האוזון לאחר החיטוי, נעשה שימוש במנורות שאינן יוצרות אוזון ללא קו 185 ננומטר בספקטרום. למנורות אלו יש ספקטרום כמעט אידיאלי - קו ראשי עם יעילות חיידקית גבוהה של 254 ננומטר, קרינה חלשה מאוד בטווחי האולטרה-סגול הלא קוטלניים וקרינת "אות" קטנה בטווח הנראה לעין.

אורז. 13. הספקטרום של מנורת כספית UVC בלחץ נמוך (המסופק על ידי המגזין lumen2b.ru) משולב עם הספקטרום של קרינת השמש (מתוך ויקיפדיה) ועקומת היעילות החיידקית (מתוך ESNA Lighting Handbook [ESNA]).

הזוהר הכחול של מנורות קוטל חיידקים מאפשר לך לראות שמנורת הכספית דולקת ופועלת. הזוהר חלש, וזה נותן רושם מטעה כי בטוח להסתכל על המנורה. אנחנו לא מרגישים שקרינה בתחום ה-UVC מהווה 35...40% מסך ההספק שצורכת המנורה.

אורז. 14 חלק קטן מאנרגיית הקרינה של אדי כספית נמצא בטווח הנראה ונראה כזוהר כחול חלש.

למנורת כספית קוטל חיידקים בלחץ נמוך יש בסיס זהה למנורת פלורסנט רגילה, אך עשויה באורך שונה כך שהמנורת קוטל החיידקים לא תוחדר לתוך מנורות רגילות. המנורה למנורת קוטל החיידקים, בנוסף למידותיה, נבדלת בכך שכל חלקי הפלסטיק עמידים לקרינה אולטרה סגולה, החוטים מהאולטרה סגול מכוסים ואין מפזר.

לצורכי קוטל חיידקים ביתיים, המחבר משתמש במנורת קוטל חיידקים 15W, ששימשה בעבר לחיטוי תמיסת תזונה של מתקן הידרופוני. ניתן למצוא את האנלוגי שלו על ידי חיפוש "אקווריום uv sterilisator". כאשר המנורה פועלת, משתחרר אוזון, שזה לא טוב, אבל שימושי לחיטוי, למשל, נעליים.

אורז. 15 מנורות כספית בלחץ נמוך עם סוגים שונים של בסיס. תמונות מאתר Aliexpress.

מנורות כספית בלחץ בינוני וגבוה

עלייה בלחץ אדי הכספית מובילה לספקטרום מורכב יותר; הספקטרום מתרחב וקווים נוספים מופיעים בו, כולל באורכי גל המייצרים אוזון. הכנסת תוספים לכספית מובילה למורכבות גדולה עוד יותר של הספקטרום. ישנם סוגים רבים של מנורות כאלה, והספקטרום של כל אחד מהם מיוחד.

אורז. 16 דוגמאות לספקטרום של מנורות כספית בלחץ בינוני וגבוה

הגדלת הלחץ מפחיתה את יעילות המנורה. באמצעות המותג Aquafineuv כדוגמה, מנורות UVC בלחץ בינוני פולטות 15-18% מצריכת החשמל, ולא 40% כנורות בלחץ נמוך. ועלות הציוד לוואט של זרימת UVC גבוהה יותר [Aquafineuv].
הירידה ביעילות והעלייה בעלות המנורה מפוצה על ידי הקומפקטיות שלה. לדוגמה, חיטוי של מים זורמים או ייבוש של לכה המיושמת במהירות גבוהה בהדפסה דורשים מקורות קומפקטיים וחזקים; עלות ויעילות ספציפיות אינן חשובות. אבל זה לא נכון להשתמש במנורה כזו לחיטוי.

מקרן UV עשוי מבער DRL ומנורת DRT

יש דרך "עממית" להשיג מקור אולטרה סגול חזק יחסית בזול. הן יוצאות מכלל שימוש, אבל עדיין נמכרות מנורות DRL עם אור לבן של 125...1000 W. במנורות אלה, בתוך הבקבוק החיצוני יש "צורב" - מנורת כספית בלחץ גבוה. הוא פולט אור אולטרה סגול בפס רחב, אשר נחסם על ידי נורת הזכוכית החיצונית, אך גורם לזרחן על קירותיו להאיר. אם תשברו את הבקבוק החיצוני ותחברו את המבער לרשת באמצעות משנק סטנדרטי, תקבלו פולט אולטרה סגול עוצמתי בפס רחב.

לפולט תוצרת בית כזה יש חסרונות: יעילות נמוכה בהשוואה למנורות בלחץ נמוך, חלק גדול מהקרינה האולטרה סגולה נמצא מחוץ לתחום קוטל החיידקים, ואי אפשר להישאר בחדר זמן מה לאחר כיבוי המנורה עד שהאוזון יתפרק או ייעלם.

אבל גם היתרונות אינם ניתנים להכחשה: עלות נמוכה והספק גבוה בגודל קומפקטי. אחד היתרונות הוא יצירת אוזון. האוזון יחטא משטחים מוצלים שאינם חשופים לקרניים אולטרה סגולות.

אורז. 17 מקרן אולטרה סגול עשוי מנורות DRL. התמונה מתפרסמת באישור המחבר, רופא שיניים בולגרי, המשתמש בקרן זו בנוסף למנורת קוטל החיידקים הסטנדרטית של Philips TUV 30W.

מקורות אולטרה סגולים דומים לחיטוי בצורה של מנורות כספית בלחץ גבוה משמשים במקרנים מסוג OUFK-01 "Solnyshko".

לדוגמה, עבור המנורה הפופולרית "DRT 125-1" היצרן אינו מפרסם את הספקטרום, אלא מספק את הפרמטרים בתיעוד: עוצמת הקרינה במרחק של 1 מ' מהמנורה UVA - 0,98 W/m2, UVB - 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, זרימת חיידקים 8 W, ולאחר השימוש נדרש אוורור החדר מאוזון [ליסמה]. בתשובה לשאלה ישירה על ההבדל בין מנורת DRT למבער DRL, השיב היצרן בבלוג שלו כי ל-DRT יש ציפוי ירוק מבודד על הקתודות.

אורז. 18 מקור אולטרה סגול בפס רחב - מנורת DRT-125

על פי המאפיינים המוצהרים, ברור שהספקטרום הוא פס רחב עם נתח כמעט שווה של קרינה באולטרה סגול רך, בינוני וקשה, כולל UVC הקשה יוצר האוזון. זרימת החיידקים היא 6,4% מצריכת החשמל, כלומר היעילות נמוכה פי 6 מזו של מנורה צינורית בלחץ נמוך.

היצרן אינו מפרסם את הספקטרום של המנורה הזו, ואותה תמונה עם הספקטרום של אחד ה-DRT מסתובבת באינטרנט. המקור המקורי אינו ידוע, אך יחס האנרגיה בטווחי UVC, UVB ו-UVA אינו תואם את אלו המוצהרים עבור מנורת DRT-125. עבור DRT, מצוין יחס שווה בקירוב, והספקטרום מראה כי אנרגיית ה-UVB גדולה פי כמה מאנרגיית ה-UBC. וב-UVA זה הרבה פעמים גבוה יותר מאשר ב-UVB.

אורז. 19. ספקטרום של מנורת קשת כספית בלחץ גבוה, הממחיש לרוב את הספקטרום של DRT-125, בשימוש נרחב למטרות רפואיות.

ברור שמנורות עם לחצים שונים ותוספי כספית פולטות מעט שונה. ברור גם שצרכן לא מודע נוטה לדמיין באופן עצמאי את המאפיינים והמאפיינים הרצויים של מוצר, לרכוש ביטחון על סמך הנחותיו שלו ולבצע רכישה. ופרסום הספקטרום של מנורה מסוימת יגרום לדיונים, השוואות ומסקנות.

המחבר קנה פעם מתקן OUFK-01 עם מנורת DRT-125 והשתמש בו במשך מספר שנים כדי לבדוק את עמידות ה-UV של מוצרי פלסטיק. הקרנתי שני מוצרים בו זמנית, אחד מהם היה בקרה מפלסטיק עמיד בפני אולטרה סגול, ובדקתי איזה מהם יצהיב מהר יותר. עבור יישום כזה, אין צורך בידע על הצורה המדויקת של הספקטרום; חשוב רק שהפולט יהיה רחב פס. אבל למה להשתמש באור אולטרה סגול רחב פס אם נדרש חיטוי?

מטרת OUFK-01 קובעת שהקרן משמש לתהליכים דלקתיים חריפים. כלומר, במקרים בהם ההשפעה החיובית של חיטוי העור עולה על הנזק האפשרי של קרינה אולטרה סגולה בפס רחב. ברור שבמקרה זה עדיף להשתמש באולטרה סגול צר פס, ללא אורכי גל בספקטרום בעלי השפעה שאינה קוטל חיידקים.

חיטוי אוויר

אור אולטרה סגול נחשב לאמצעי לא מספיק לחיטוי משטחים, מכיוון שהקרניים לא יכולות לחדור למקום שבו, למשל, חודר אלכוהול. אבל אור אולטרה סגול מחטא ביעילות את האוויר.

בעת התעטשות ושיעול נוצרות טיפות בגודל של כמה מיקרומטרים, התלויות באוויר ממספר דקות עד מספר שעות [CIE 155:2003]. מחקרי שחפת הראו כי די בטיפת אירוסול אחת כדי לגרום לזיהום.

ברחוב אנו בטוחים יחסית בשל הנפחים העצומים והניידות של האוויר, שיכולים לפזר ולחטא כל עיטוש עם הזמן וקרינת השמש. גם במטרו, בעוד ששיעור הנדבקים קטן, נפח האוויר הכולל לאדם נגוע גדול, ואוורור טוב מקטין את הסיכון בהפצת הזיהום. המקום המסוכן ביותר במהלך מגיפת מחלות מוטסות הוא מעלית. לכן יש להסגר את המתעטשים, ויש לחטא את האוויר במרחבים ציבוריים עם אוורור לא מספיק.

מחזרים

אחת האפשרויות לחיטוי אוויר היא ממחזרי UV סגורים. בואו נדון באחד מהמחזירים הללו - "דזאר 7", הידוע בכך שנראה אפילו במשרדו של האדם הראשון של המדינה.

בתיאור המחזיר נכתב כי הוא נושף 100 מ"ק לשעה ונועד לטפל בחדר בנפח של 3 מ"ק (כ-100 × 3 × 5 מטר).
עם זאת, היכולת לחטא 100 מ"ק אוויר לשעה אינה אומרת שהאוויר בחדר של 3 מ"ק לשעה יטופל בצורה יעילה. האוויר המטופל מדלל את האוויר המלוכלך, ובצורה זו הוא נכנס למחזר שוב ושוב. קל לבנות מודל מתמטי ולחשב את היעילות של תהליך כזה:

אורז. 20 השפעת פעולתו של מחזיר UV על מספר המיקרואורגניזמים באוויר של חדר ללא אוורור.

כדי להפחית את ריכוז המיקרואורגניזמים באוויר ב-90%, המחזיר צריך לעבוד יותר משעתיים. אם אין אוורור בחדר, זה אפשרי. אבל בדרך כלל אין חדרים עם אנשים וללא אוורור. למשל, [SP 60.13330.2016] קובע קצב זרימת אוויר חיצוני מינימלי לאוורור של 3 מ"ר לשעה לכל 3 מ"ר שטח דירה. זה מתאים להחלפה מלאה של אוויר פעם בשעה והופך את פעולת המחזיר לחסר תועלת.

אם ניקח בחשבון את הדגם לא של ערבוב מלא, אלא של סילונים למינריים העוברים במסלול מורכב קבוע בחדר ונכנסים לאוורור, היתרון בחיטוי אחד מהסילונים הללו קטן אף יותר מאשר במודל של ערבוב מלא.

בכל מקרה, מחזיר UV אינו שימושי יותר מחלון פתוח.

אחת הסיבות ליעילות הנמוכה של מחזרים היא שהאפקט קוטל החיידקים קטן ביותר במונחים של כל וואט של זרימת UV. הקרן עוברת כ-10 ס"מ בתוך המתקן, ולאחר מכן מוחזרת מאלומיניום במקדם של כ-k = 0,7. המשמעות היא שהמסלול האפקטיבי של הקורה בתוך המתקן הוא כחצי מטר, ולאחר מכן היא נקלטת ללא תועלת.

אורז. 21. עדיין מתוך סרטון יוטיוב שמראה את הממחזר בפירוק. נראות מנורות קוטל חיידקים ומשטח מחזיר אור אלומיניום, המשקפות קרינה אולטרה סגולה גרועה בהרבה מאור נראה [יקירתי].

מנורה קוטל חיידקים, התלויה בגלוי על הקיר במשרד מרפאה ומודלקת על ידי רופא לפי לוח זמנים, יעילה פי כמה. הקרניים של מנורה פתוחה עוברות כמה מטרים, מחטאות תחילה את האוויר ולאחר מכן את פני השטח.

מקריני אוויר בחלק העליון של החדר

במחלקות בבתי חולים בהן נמצאים כל הזמן חולים מרותקים למיטה, משתמשים לעיתים ביחידות UV להקרנת זרימות אוויר במחזור מתחת לתקרה. החיסרון העיקרי של מתקנים כאלה הוא שהסורג המכסה את המנורות מאפשר רק מעבר של קרניים בכיוון אחד, וסופגים יותר מ-90% מהזרימה שנותרה ללא תועלת.

ניתן בנוסף לנשוף אוויר דרך מקרין כזה כדי ליצור מחזר בו-זמנית, אבל זה לא נעשה, כנראה בגלל חוסר הרצון להחזיק מצבר אבק בחדר.

אורז. 22 מקרין אוויר UV צמוד תקרה, תמונה מהאתר [Airsteril].

הסורגים מגנים על האנשים בחדר מפני זרימה ישירה של קרינה אולטרה סגולה, אך הזרימה העוברת דרך הסורג פוגעת בתקרה ובקירות ומשתקפת בצורה מפוזרת, עם מקדם השתקפות של כ-10%. החדר מלא בקרינה אולטרה סגולה בכל כיוונית ואנשים מקבלים מינון של קרינה אולטרה סגולה פרופורציונלית לזמן השהות בחדר.

סוקרים ומחבר

מבקרים:
ארטיום בלבנוב, מהנדס אלקטרוניקה, מפתח מערכות ריפוי UV;
רומן וסילב, Ph.D., מהנדס תאורה, OOD "Interlux", בולגריה;
ואדים גריגורוב, ביופיזיקאי;
סטניסלב לרמונטוב, מהנדס תאורה, Complex Systems LLC;
אלכסיי פנקרשקין, Ph.D., פרופסור חבר, הנדסת תאורה מוליכים למחצה ופוטוניקה, INTECH Engineering LLC;
אנדריי חרמוב, מומחה בעיצוב תאורה למוסדות רפואיים;
ויטלי צווירקו, ראש מעבדת בדיקת התאורה "TSSOT NAS של בלארוס"
מחבר: אנטון שראקשן, Ph.D., מהנדס תאורה וביופיזיקאי, האוניברסיטה הממלכתית לרפואה של מוסקבה הראשונה על שם. אוֹתָם. סצ'נוב

תזכור

תזכור

[איירסטריל] www.airsteril.com.hk/en/products/UR460
[Aquafineuv] www.aquafineuv.com/uv-lamp-technologies
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 חיטוי אוויר אולטרה-סגול
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 פיזיקת קרינה אופטית והנדסת תאורה. חלק 10: קרינה יעילה מבחינה פוטו-ביולוגית, כמויות, סמלים וספקטרום פעולה. פיזיקה של קרינה אופטית והנדסת תאורה. קרינה פעילה פוטו-ביולוגית. מידות, סמלים וספקטרום פעולה
[ESNA] ESNA Lighting Handbook, מהדורה 9. ed. רי מ.ס. החברה להנדסה מאירה של צפון אמריקה, ניו יורק, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 מנורות ומערכות מנורות. בטיחות פוטוביולוגית
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski וחב', 2020 COVID-19 Coronavirus רגישות לאולטרה סגול, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[ליסמה] lisma.su/en/strategiya-i-razvitie/bactericidal-lamp-drt-ultra.html
[מיצוכימיקלים] jp.mitsuichemicals.com/en/release/2014/141027.htm
[Nejm] www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMicm1104059
[צֶבַע] www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/analytical-series-principles-of-accelerated-weathering-evaluations-of-coatings
[TUV] www.assets.signify.com/is/content/PhilipsLighting/fp928039504005-pss-ru_ru
[WHO] ארגון הבריאות העולמי. קרינה אולטרה סגולה: סקירה מדעית רשמית של ההשפעות הסביבתיות והבריאותיות של קרינת UV, בהתייחס לדלדול האוזון העולמי.
[יקירי] youtu.be/u6kAe3bOVVw
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 שימוש בקרינה קוטל חיידקים אולטרה סגול לחיטוי אוויר פנימי
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 חימום, אוורור ומיזוג אוויר.

מקור: www.habr.com