De eigenschappen van ultraviolet hangen af van de golflengte, en verschillende bronnen van ultraviolet hebben een verschillend spectrum. Laten we bespreken welke bronnen van ultraviolet er zijn en hoe ze te gebruiken om de bacteriedodende werking te maximaliseren, terwijl we de risico's van ongewenste biologische effecten minimaliseren.
Figuur 1. Op de foto is er geen desinfectie met UVC-straling, zoals men zou kunnen denken, maar een training in het gebruik van beschermende kleding waarbij luminescentieplekken van leermiddelen in UVA-stralen worden geïdentificeerd. UVA is zachte ultraviolet en heeft geen bacteriedodende werking. Gesloten ogen zijn een gerechtvaardigde veiligheidsmaatregel, omdat het brede spectrum van de gebruikte UVA-lamp zich mengt met UVB, dat gevaarlijk is voor het zicht (bron Simon Davis/DFID).
De golflengte van zichtbaar licht komt overeen met de energie van het quanta waarbij fotochemische actie net mogelijk wordt. Quanta van zichtbaar licht wekken fotochemische reacties op in specifieke lichtgevoelige weefsels — in het netvlies van het oog.
Ultraviolet is onzichtbaar, heeft een kortere golflengte, een hogere frequentie en energie van het quanta, straling is harder, en er zijn meer verscheidenheid aan fotochemische reacties en biologische effecten.
Ultraviolet wordt onderscheiden in:
- Langgolvig / zacht / nabij UVA (400…315 nm);
- Gemiddeld hard — UVB (315…280 nm);
- Korte golven / ver / hard — UVC (280…100 nm).
Bacteriedodende werking van ultraviolet
De bacteriedodende werking wordt uitgevoerd door hard ultraviolet — UVC, en in mindere mate door gemiddeld hard ultraviolet — UVB. Uit de curve van bacteriedodende effectiviteit blijkt dat alleen een smalle bandbreedte van 230…300 nm duidelijk bacteriedodende werking heeft, wat ongeveer een kwart is van het bereik dat ultraviolet wordt genoemd.
Figuur 2 De curves van bacteriedodende effectiviteit uit []
Quanta met golflengten in dit bereik worden door nucleïnezuren geabsorbeerd, wat leidt tot de vernietiging van de structuur van DNA en RNA. Naast bacteriedodende, dat wil zeggen dodelijke effecten op bacteriën, heeft dit bereik ook virucide (tegen virussen), fungicide (tegen schimmels) en sporocide (dodelijk voor sporen) effecten. Inclusief het doden van het SARS-CoV-2 RNA-bevattende virus dat de pandemie van 2020 veroorzaakte.
Bacteriedodende werking van zonlicht
Het bacteriedodende effect van zonlicht is relatief klein. Laten we naar het zonnenspectrum kijken boven en onder de atmosfeer:
Figuur 3. Spectrum van zonnestraling boven de atmosfeer en op zeeniveau. Het meest energieke deel van het ultraviolette bereik bereikt de aardoppervlak niet (overgenomen uit Wikipedia).
Let op het geel gemarkeerde bovenaatmosferische spectrum. De energie van de quantum aan de linkerkant van het bovenaatmosferische zonnespectrum met een golflengte van minder dan 240 nm komt overeen met de chemische bindingsenergie van 5,1 eV in het zuurstofmolecuul "O2". Moleculair zuurstof absorbeert deze quanta, de chemische binding breekt, er ontstaat atomair zuurstof "O", dat weer verbindt in zuurstofmoleculen "O2" en gedeeltelijk in ozon "O3".
Het bovenaatmosferische UVC van de zon genereert in de hogere lagen van de atmosfeer ozon, wat de ozonlaag wordt genoemd. De chemische bindingsenergie in het ozonmolecuul is lager dan in het zuurstofmolecuul, en daarom absorbeert ozon quanta van lagere energie dan zuurstof. En terwijl zuurstof alleen UVC absorbeert, absorbeert de ozonlaag zowel UVC als UVB. Dit betekent dat de zon met de uiterste rand van het ultraviolette deel van het spectrum ozon genereert, en dit ozon absorbeert vervolgens het grootste deel van de harde zonnestraling, waardoor de aarde wordt beschermd.
En nu voorzichtig, let op de golflengten en de schaal, zullen we het zonnenspectrum vergelijken met het spectrum van bacteriedodende werking.
Figuur 4. Spectrum van bacteriedodende werking en spectrum van zonnestraling.
Het is duidelijk dat het bacteriedodende effect van zonlicht niet significant is. Het deel van het spectrum dat bacteriedodende werking kan uitoefenen, wordt vrijwel volledig door de atmosfeer geabsorbeerd. In verschillende seizoenen en op verschillende breedtegraden is de situatie iets anders, maar kwalitatief vergelijkbaar.
Gevaren van ultraviolet
De leider van een van de grote landen stelde voor: "Om COVID-19 te genezen, moet je zonlicht in het lichaam brengen". Echter, bacteriedodend UV vernietigt RNA en DNA, inclusief dat van mensen. Als je "zonlicht in het lichaam brengt", zal de persoon omkomen.
De epidermis, voornamelijk de hoornlaag van dode cellen, beschermt het levende weefsel tegen UVC. Minder dan 1% van de UVC-straling dringt door onder de epidermale laag [WHO]. Langere golven van UVB en UVA dringen dieper door.
Als er geen zonnestraling was geweest, zouden mensen misschien geen epidermis en hoornlaag hebben gehad, en zou het oppervlak van het lichaam slijmerig zijn, zoals bij slakken. Maar aangezien mensen onder de zon zijn geëvolueerd, zijn alleen de delen die tegen de zon zijn beschermd slijmerig. Het meest kwetsbare slijmerige oppervlak is dat van het oog, dat voor een groot deel wordt beschermd tegen zonnestraling door het ooglid, de wimpers, de wenkbrauwen, de gezichtsbewegingen en de gewoonte om niet in de zon te kijken.
Toen voor het eerst werd geleerd om de lens te vervangen door een kunstmatige, stuitten oogartsen op het probleem van brandwonden op het netvlies. Ze begonnen de oorzaken te onderzoeken en ontdekten dat de levende menselijke lens ondoorzichtig is voor ultraviolet en het netvlies beschermt. Daarna zijn ook kunstlenzen ondoorzichtig gemaakt voor ultraviolet.
Een afbeelding van het oog onder ultraviolet licht illustreert de ondoorzichtigheid van de lens voor ultraviolet. Het is niet aan te raden om het eigen oog met ultraviolet te belichten, omdat de lens na verloop van tijd vertroebelt, onder andere door de dosis ultraviolet die in de loop der jaren is opgehoopt, en moet worden vervangen. Daarom maken we gebruik van de ervaring van dappere mensen die de veiligheid negeerden en zichzelf belichtte met een ultraviolet zaklamp op een golflengte van 365 nm, en het resultaat op YouTube hebben gedeeld.
Figuur 5 Frame uit de video van het YouTube-kanaal "Kreosan".
Luminescerende ultraviolet zaklampen met een golflengte van 365 nm (UVA) zijn populair. Ze worden door volwassenen aangeschaft, maar komen onvermijdelijk in handen van kinderen. Kinderen schijnen met deze zaklampen in hun ogen en bekijken aandachtig en langdurig de gloeiende kristallen. Dergelijke acties moeten bij voorkeur worden voorkomen. Als dit is gebeurd, kun je jezelf geruststellen met het idee dat cataract in muizenonderzoeken betrouwbaar wordt veroorzaakt door UVB-blootstelling van de lens, maar het catarogeen effect van UVA is onbetrouwbaar [].
En toch is het exacte spectrum van de effecten van ultraviolet op de lens onbekend. En als men in aanmerking neemt dat cataract een sterk uitgesteld effect is, is een zekere hoeveelheid gezond verstand nodig om jezelf niet van tevoren bloot te stellen aan ultraviolet licht.
Slijmvliezen van de ogen worden relatief snel ontstoken door ultraviolet licht, dit wordt fotokeratitis en fotoconjunctivitis genoemd. De slijmvliezen worden rood en er is een gevoel van 'zand in de ogen'. Het effect verdwijnt na enkele dagen, maar herhaaldelijke brandwonden kunnen leiden tot troebeling van het hoornvlies.
De golflengten die deze effecten veroorzaken, komen ongeveer overeen met de gewogen functie van UV-gevaar zoals vermeld in de norm voor fotobiologische veiligheid [IEC 62471] en sluiten aan bij het gebied van bacteriedodende werking.
Figuur 6 Spectra van ultraviolet licht die fotoconjunctivitis en fotokeratitis veroorzaken [] en de gewogen functie van actinisch UV-gevaar voor huid en ogen volgens [].
De drempeldoses voor fotokeratitis en fotoconjunctivitis liggen tussen de 50-100 J/m2, deze waarde overschrijdt niet de doses die gebruikt worden voor desinfectie. Het is niet mogelijk om het slijmvlies van het oog te desinfecteren met ultraviolet licht zonder ontsteking te veroorzaken.
Ultraviolet in het bereik tot 300 nm is gevaarlijk voor eritem, oftewel 'zonnebrand'. Volgens sommige bronnen is de spectrale effectiviteit van eritem maximaal bij golflengten rond 300 nm []. De minimale dosis die een nauwelijks waarneembare eritem (MED - Minimale Erythema Dosis) voor verschillende huidtypen veroorzaakt, varieert van 150 tot 2000 J/m2. Voor bewoners van het gematigde klimaat kan een typische MED worden beschouwd als ongeveer 200…300 J/m2.
UVB in het bereik van 280-320 nm, met een maximum rond 300 nm, veroorzaakt huidkanker. Er is geen drempeldosis, hoe hoger de dosis, hoe groter het risico en het effect is uitgesteld.
Figuur 7 Curves van ultraviolet licht die eritem en huidkanker veroorzaken.
Foto-geïnduceerde veroudering van de huid wordt veroorzaakt door ultraviolet licht over het hele bereik van 200…400 nm. Er is een beroemde foto van een vrachtwagenchauffeur die tijdens het rijden werd blootgesteld aan zonneschijn van ultraviolet licht, voornamelijk aan de linkerkant. De bestuurder had de gewoonte om met het raam van de bestuurderskant omlaag te rijden, maar de rechterkant van zijn gezicht was beschermd tegen zonneschijn van ultraviolet licht door de voorruit. Het verschil in de leeftijdstoestand van de huid aan de rechter- en linkerkant is indrukwekkend:
Figuur 8 Foto van de bestuurder die 28 jaar met het raam van de bestuurderskant omlaag heeft gereden [].
Als we ruwweg inschatten dat de huidleeftijd aan de verschillende zijden van het gezicht van deze persoon twintig jaar verschilt, en dit het gevolg is van het feit dat dezelfde kant van het gezicht ongeveer deze twintig jaar aan de zon is blootgesteld, terwijl de andere kant dat niet was, kunnen we voorzichtig concluderen dat een dag in de volle zon de huid met één dag veroudert.
Uit referentiedata [] is bekend dat in gematigde zones in de zomer onder directe zonneschijn de minimale erytheemdosis van 200 J/m2 sneller in minder dan een uur wordt bereikt. Door deze cijfers te vergelijken met de gemaakte conclusie, kunnen we nog een conclusie trekken - het verouderen van de huid door periodiek en kort werken met UV-lampen vormt geen significante bedreiging.
Hoeveel ultraviolet is nodig voor desinfectie
Het aantal overlevende micro-organismen op oppervlakken en in de lucht neemt exponentieel af naarmate de UV-dosis stijgt. Bijv. de dosis die 90% van de mycobacteriën van tuberculose doodt, is 10 J/m2. Twee van dergelijke doses doden 99%, drie doses doden 99,9%, enz.
Figuur 9 De afhankelijkheid van het aandeel overlevende mycobacteriën van tuberculose van de dosis ultravioletstraling met een golflengte van 254 nm.
De exponentiële afhankelijkheid is opmerkelijk omdat zelfs een lage dosis een groot aantal micro-organismen doodt.
Van de genoemde pathogene micro-organismen in [] is salmonella het meest resistent tegen ultraviolet. De dosis die 90% van zijn bacteriën doodt, is 80 J/m2. Volgens een overzicht [Kowalski2020] is de gemiddelde dosis die 90% van de coronavirussen doodt 67 J/m2. Maar voor het merendeel van de micro-organismen overschrijdt deze dosis niet 50 J/m2. Voor praktische doeleinden kan worden onthouden dat de standaarddosis die een efficiëntie van 90% in desinfectie bereikt, 50 J/m2 is.
Volgens de goedgekeurde methode van het Ministerie van Volksgezondheid van Rusland voor het gebruik van ultraviolet ter desinfectie van lucht [] is de maximale desinfectie-efficiëntie 'drie negens' of 99,9% vereist voor operatiekamers, verloskamers enz. Voor klaslokalen, openbare gebouwen enz. is 'één negen' voldoende, wat betekent dat 90% van de micro-organismen vernietigd moet worden. Dit betekent dat afhankelijk van de categorie van de ruimte één tot drie standaarddoses van 50...150 J/m2 voldoende zijn.
Voorbeeld van de beoordeling van de benodigde bestralingstijd: stel dat het nodig is om de lucht en oppervlakken in een kamer van 5 × 7 × 2,8 meter te desinfecteren, waarvoor een open Philips TUV 30W lamp wordt gebruikt.
In de technische beschrijving van de lamp is de bacteriedodende stroom vermeld als 12 W []. In een ideaal geval gaat de hele stroom strikt naar de te desinfecteren oppervlakken, maar in de praktijk gaat de helft van de stroom verloren zonder nut, bijvoorbeeld omdat het de wand achter de lamp te intensief verlicht. Daarom rekenen we op een nuttige stroom van 6 W. Het totale bestraalde oppervlak in de kamer bedraagt 35 m2 voor de vloer + 35 m2 voor het plafond + 67 m2 voor de wanden, totaal 137 m2.
Gemiddeld valt er een bacteriedodende stralingsstroom van 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2 op de oppervlakken. In één uur, dat is 3600 seconden, krijgen deze oppervlakken een dosis van 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, of afgerond 150 J/m2. Dit komt overeen met drie standaarddoses van 50 J/m2 of 'drie negens' – 99,9% bacteriedodende effectiviteit, dus voldoet het aan de vereisten voor operatiekamers. En aangezien de berekende dosis, voordat deze op de oppervlakken valt, door de ruimte is gegaan, wordt de lucht met gelijke effectiviteit gedesinfecteerd.
Als de eisen aan steriliteit niet hoog zijn en 'één negen' voldoende is, vereist het besproken voorbeeld drie keer minder bestralingstijd – afgerond 20 minuten.
UV-bescherming
De belangrijkste maatregel ter bescherming tijdens desinfectie met ultraviolet licht is om de ruimte te verlaten. In de buurt van een werkende UV-lamp blijven, maar wegkijken helpt niet, de slijmvliezen van de ogen worden toch bestraald.
Een gedeeltelijke maatregel ter bescherming van de slijmvliezen van de ogen kunnen glazen brillen zijn. De categorische uitspraak "glas laat geen ultraviolet door" is onjuist, het laat tot op zekere hoogte door, en verschillende soorten glas laten dit in verschillende mate door. Maar over het algemeen neemt de transmissiecoëfficiënt af met de afname van de golflengte, en UVC wordt effectief alleen door kwartsglas doorgelaten. Brillenglazen zijn in elk geval geen kwarts.
Men kan met zekerheid zeggen dat brillenglazen met de markering UV400 geen ultraviolet doorlaten.
Figuur 10 Transmissiespectrum van brillenglazen met indexen UV380, UV400 en UV420. Afbeelding van de website []
Een andere beschermingsmaatregel is het gebruik van bacteriedodende UVC-bronnen, die geen potentieel gevaarlijke, maar niet effectieve UVB- en UVA-straling uitzenden voor desinfectie.
Ultravioletbronnen
UV-diodes
De meest voorkomende zijn ultravioletdiodes met 365 nm (UVA), die zijn ontworpen voor 'politie-lampen', die fluorescentie veroorzaken om onzichtbare vervuiling zonder ultraviolet licht te detecteren. Desinfectie met deze diodes is niet mogelijk (zie fig. 11).
Voor desinfectie kunnen korte golf UVC-diodes met een golflengte van 265 nm worden gebruikt. De kosten van een diode-module die zou kunnen worden gebruikt ter vervanging van een kwikbacteriedodende lamp, zijn drie keer hoger dan de kosten van de lamp, daarom worden dergelijke oplossingen in de praktijk niet gebruikt voor desinfectie van grote oppervlakken. Maar er komen compacte apparaten met UV-diodes voor desinfectie van kleine oppervlakken – zoals gereedschappen, telefoons, plekken op de huid enz.
Kwikhigh-pressure lampen
Een kwikhigh-pressure lamp is de standaard waarmee alle andere bronnen worden vergeleken.
De meeste radiatie-energie van kwikdampen bij lage druk in een elektrische ontlading valt op een golflengte van 254 nm, die ideaal is voor desinfectie. Een klein deel van de energie wordt uitgezonden op een golflengte van 185 nm, die intensief ozon genereert. En een zeer klein percentage energie wordt uitgezonden op andere golflengten, waaronder het zichtbare spectrum.
In gewone kwikfluorescentielampen met wit licht laat glas de door kwikdampen uitgezonden ultravioletstraling niet door. Maar het fosfor, een witte poedercoating aan de binnenkant van de lamp, gaat gloeien in het zichtbare spectrum onder invloed van ultraviolet licht.
UVB- of UVA-lampen zijn op een vergelijkbare manier geconstrueerd; de glazen lamp laat pieken van 185 nm en 254 nm niet door, maar het fosfor zendt onder invloed van kortgolvig ultraviolet niet-zichtbaar licht uit, maar langgolvig ultraviolet. Dit zijn technische lampen. En omdat het spectrum van UVA-lampen lijkt op dat van zonlicht, worden dergelijke lampen ook gebruikt voor tanning. Vergelijking van het spectrum met de bacteriedodende effectiviteitcurve toont aan dat de inzet van UVB-lampen en vooral UVA-lampen voor desinfectie ongepast is.
Figuur 11 Vergelijking van de bacteriedodende effectiviteit curve, het spectrum van de UVB-lamp, het spectrum van de UVA 'bruining' lamp en het spectrum van de diode van 365 nm. De spectrums van de lampen zijn genomen van de website van de Amerikaanse Vereniging van Verfproducenten [].
Het is belangrijk op te merken dat het spectrum van de fluorescentielamp UVA breed is en het UVB-bereik omvat. Het spectrum van de diode van 365 nm is veel smaller, het is 'eerlijk UVA'. Als UVA nodig is voor luminescentiedoeleinden of om verontreinigingen te detecteren, is het gebruik van de diode veiliger dan het gebruik van een ultraviolette fluorescentielamp.
De kwik bacteriedodende lamp met lage druk UVC onderscheidt zich van fluorescentielampen doordat er geen luminescentiemateriaal op de wanden van de bulb zit en de bulb ultraviolette straling doorlaat. De hoofdlijn van 254 nm wordt altijd doorgelaten, terwijl de ozongenererende lijn van 185 nm in het spectrum van de lamp kan blijven of verwijderd kan worden door een glasbulb met selectieve doorlatendheid.
Figuur 12 Het uitzendgebied is aangegeven op de markering van de ultraviolette lampen. Een bacteriedodende UVC-lamp is te herkennen aan het ontbreken van luminescentiemateriaal op de bulb.
Ozongas heeft een extra bacteriedodende werking, maar is kankerverwekkend. Om niet te hoeven wachten op het vervliegen van ozongas na desinfectie, worden lampen zonder 185 nm lijn in het spectrum gebruikt. Deze lampen hebben een bijna ideaal spectrum — de hoofdlijn met hoge bacteriedodende effectiviteit van 254 nm, zeer zwakke straling in niet-bacteriedodende ultraviolette bereiken, en een kleine 'signaal' straling in het zichtbare bereik.
Figuur 13. Spectrum van de kwik lamp met lage druk UVC (verstrekt door tijdschrift lumen2b.ru) gecombineerd met het spectrum van zonne-uitstraling (uit Wikipedia) en de curve van bacteriedodende effectiviteit (uit de ESNA Lighting Handbook []).
Het blauwe licht van bacteriedodende lampen laat zien dat de kwik lamp is ingeschakeld en werkt. Het licht is zwak, en dit creëert een verkeerd beeld dat het veilig is om naar de lamp te kijken. We voelen niet dat de straling in het UVC-bereik 35…40% van het totale vermogen dat de lamp verbruikt uitmaakt.
Figuur 14 Een klein deel van de energie die door kwikdamp wordt uitgezonden valt in het zichtbare bereik en is zichtbaar als een zwakke blauwe gloed.
Een bacteriedodende kwiklamp met lage druk heeft dezelfde fitting als een gewone fluorescentielamp, maar is in een andere lengte gemaakt, zodat de bacteriedodende lamp niet in standaard armaturen kan worden geplaatst. De armatuur voor de bacteriedodende lamp verschilt, naast de afmetingen, doordat alle plastic onderdelen bestand zijn tegen ultraviolet licht, de draden van ultraviolet licht zijn afgeschermd en er geen diffuser is.
Voor thuisgebruik van bacteriedodende lampen gebruikt de auteur een 15W bacteriedodende lamp, die eerder is gebruikt voor het desinfecteren van voedingsoplossingen in een hydroponisch systeem. Een vergelijkbaar artikel kan worden gevonden onder de zoekterm 'aquarium uv sterilisator'. Tijdens het gebruik van de lamp komt ozon vrij, wat niet ideaal is, maar nuttig kan zijn voor het desinfecteren van bijvoorbeeld schoenen.
Figuur 15 Kwiklampen met lage druk met verschillende type fittingen. Afbeeldingen van de website Aliexpress.
Kwiklampen met gemiddelde en hoge druk
Een verhoging van de druk van de kwikdamp leidt tot een complexer spectrum, dat breder wordt en meer lijnen bevat, ook op golflengten die ozon genereren. Het toevoegen van toevoegingen aan het kwik leidt tot een nog complexer spectrum. Er zijn veel varianten van dergelijke lampen, elk met een uniek spectrum.
Figuur 16 Voorbeelden van spectrums van kwiklampen met gemiddelde en hoge druk
Een verhoging van de druk verlaagt de efficiëntie van de lamp. Bij het voorbeeld van het merk Aquafineuv stralen lampen met gemiddelde druk in het UVC-gedeelte al 15-18% van het verbruikte vermogen uit, in plaats van 40% zoals bij lampen met lage druk. Bovendien is de kostprijs van de apparatuur per watt UVC-stroom hoger.].
De verlaging van de efficiëntie en de verhoging van de kosten van de lamp wordt gecompenseerd door de compactheid. Bijvoorbeeld, het desinfecteren van stromend water of het drogen van snel aangebrachte lak in de drukindustrie vereist compacte en krachtige bronnen; de specifieke kosten en efficiëntie zijn minder belangrijk. Maar het gebruik van een dergelijke lamp voor desinfectie is niet juist.
UV-bestraaler van DRI-brander en DRL-lampen
Er is een 'volks' manier om relatief goedkoop een krachtige bron van ultraviolet licht te krijgen. Oude, maar nog steeds beschikbare DRI-lampen met wit licht van 125…1000 W worden gebruikt. In deze lampen bevindt zich binnen de externe glazen buis een 'branders' — een hogedruk kwiklamp. Deze zendt breed-spectrum ultraviolet uit, dat wordt opgevangen door de externe glazen buis, maar doet de fosfor op de wanden oplichten. Als je de externe buis breekt en de brander aansluit op het netwerk via een standaard ballast, krijg je een krachtige emitter van breed-spectrum ultraviolet licht.
Zo'n ambachtelijk gemaakte emitter heeft nadelen: een lagere efficiëntie in vergelijking met lampen met lage druk, een groot aandeel ultraviolet buiten het bactericide bereik, en in de ruimte mag je enige tijd niet zijn na het uitschakelen van de lamp, totdat de ozon is afgebroken of verdampt.
Maar er zijn ook onmiskenbare voordelen: lage kosten en hoge kracht bij compacte afmetingen. Een voordeel is ook de generatie van ozon. Ozon desinfecteert de schaduwrijke oppervlakken die niet door de ultravioletstralen worden bereikt.
Figuur 17 Ultraviolet bestralingsapparaat gemaakt van DRI-lampen. De foto wordt gepubliceerd met toestemming van de auteur, een Bulgaarse tandarts die dit apparaat gebruikt als aanvulling op de standaard bactericide lamp Philips TUV 30W.
Vergelijkbare bronnen van ultraviolet voor desinfectie in de vorm van hogedruk kwiklampen worden gebruikt in de type OUFK-01 'Zonnetje' bestralers.
Bijvoorbeeld, voor de populaire lamp 'DRT 125-1' publiceert de fabrikant geen spectrum, maar in de documentatie worden de parameters vermeld: de stralingsintensiteit op een afstand van 1 m van de lamp UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, bactericide stroom 8 W, en na gebruik is ventilatie van de ruimte van ozon vereist [] Op de directe vraag naar het verschil tussen de DRT-lamp en de DRI-brander, antwoordde de fabrikant in zijn blog dat de DRT een isolerende groene coating heeft op de kathoden.
Figuur 18 Bron van breed-spectrum ultraviolet licht — lamp DRT-125
Aan de opgegeven specificaties is te zien dat het spectrum breedbandig is met bijna gelijke emissiefases in de zachte, middelmatige en harde ultraviolet, inclusief het harde UVC dat ozon genereert. De bacteriedodende flux bedraagt 6,4% van het verbruikte vermogen, wat betekent dat de efficiëntie 6 keer lager is dan die van een buislamp met lage druk.
De fabrikant publiceert het spectrum van deze lamp niet, en op internet circuleert steeds dezelfde afbeelding van het spectrum van een bepaalde DRT. De oorspronkelijke bron is onbekend, maar de energieverhouding in de UVC, UVB en UVA verschillende segmenten komt niet overeen met de opgegeven waarden voor de DRT-125 lamp. Voor de DRT is een ongeveer gelijke verhouding opgegeven, maar uit het spectrum blijkt dat de energie in UVB meerdere malen hoger is dan de energie in UBC. En in UVA is het meerdere keren hoger dan in UVB.
Figuur 19. Spectrum van een hogedruk kwiklamp, die het vaakst het spectrum illustreert van de veelgebruikte medicinale DRT-125.
Het is duidelijk dat lampen met verschillende drukken en toevoegingen in kwik iets anders uitstralen. Ook is het duidelijk dat een onwetende consument geneigd is om zelf de gewenste kenmerken en eigenschappen van het product te fantaseren, en op basis van eigen aannames zelfvertrouwen op te bouwen en tot aankoop over te gaan. Het publiceren van het spectrum van een specifieke lamp zal discussies, vergelijkingen en conclusies oproepen.
De auteur kocht ooit een OUVK-01-installatie met een DRT-125 lamp en heeft deze enkele jaren gebruikt voor tests op UV-bestendigheid van plastic producten. Twee producten werden tegelijkertijd bestraald, waarvan er één een controlevoorbeeld was van UV-bestendig plastic, en ik keek welk product sneller vergeelde. Voor dit doel is kennis van de exacte vorm van het spectrum niet essentieel, het is alleen belangrijk dat de straler breedbandig is. Maar waarom breedbandig ultraviolet gebruiken als desinfectie vereist is?
In de beschrijving van de OUVK-01 staat dat de straler wordt gebruikt bij acute inflammatoire processen. Dat wil zeggen in gevallen waarin het positieve effect van de desinfectie van de huid zwaarder weegt dan de mogelijke schade van breedbandig ultraviolet. Het is duidelijk dat in zo'n geval het beter is om smalbandig ultraviolet te gebruiken, zonder golflengten in het spectrum die een andere werking hebben dan bacteriedodend.
Lucht desinfectie
Ultraviolette wordt erkend als een onvoldoende middel voor het desinfecteren van oppervlakken, omdat de stralen niet doordringen waar bijvoorbeeld alcohol dat wel doet. Maar ultraviolet desinfecteert de lucht effectief.
Bij niezen en hoesten worden druppels van enkele micrometers gevormd die enkele minuten tot enkele uren in de lucht blijven hangen []. Onderzoek naar tuberculose heeft aangetoond dat één aerosol-druppel voldoende is voor besmetting.
Buiten zijn we relatief veilig door de enorme hoeveelheid en beweeglijkheid van de lucht, die in staat is om elke nies te verspreiden en te desinfecteren met de tijd en zonnestraling. Zelfs in de metro, zolang het percentage besmette mensen laag blijft, is het totale luchtvolume per besmette persoon groot, en goede ventilatie maakt het risico op verspreiding van infecties klein. De gevaarlijkste plek tijdens pandemieën van luchtwegziekten is de lift. Daarom moeten mensen die niezen in quarantaine zitten, en de lucht in openbare ruimtes met onvoldoende ventilatie moet worden gedesinfecteerd.
Recirculators
Een van de manieren om de lucht te desinfecteren is met gesloten UV-recirculators. Laten we een van deze recirculators bespreken - de "Dezar 7", die bekend is omdat hij zelfs is gezien in het kantoor van de eerste persoon van de staat.
In de beschrijving van de recirculator staat dat hij 100 m3 per uur blaast en bedoeld is voor het behandelen van een ruimte van 100 m3 (ongeveer 5 × 7 × 2,8 meter).
Echter, het vermogen om 100 m3 lucht per uur te desinfecteren betekent niet dat de lucht in een ruimte van 100 m3 in dat uur even effectief zal worden behandeld. De verwerkte lucht verdunt de vuile lucht, en zo komt deze keer op keer terug in de recirculator. Het is niet moeilijk om een wiskundig model te bouwen en de effectiviteit van zo'n proces te berekenen:
Figuur 20 Invloed van de werking van de UV-recirculator op het aantal micro-organismen in de lucht van een kamer zonder ventilatie.
Om de concentratie van micro-organismen in de lucht met 90% te verlagen, moet de recirculator meer dan twee uur werken. Bij afwezigheid van ventilatie in de ruimte is dat mogelijk. Maar er zijn normaal gesproken geen ruimtes met mensen en zonder ventilatie. Bijvoorbeeld, [] schrijft een minimumverbruik van buitenlucht voor bij ventilatie van 3 m³ per uur per 1 m² vloeroppervlakte van de woning. Dit komt overeen met een volledige vervanging van de lucht eenmaal per uur en maakt het werken met de recirculator nutteloos.
Als we het model van niet-volledige menging beschouwen, maar van laminaire stromen die zich langs een gevestigde complexe traject in de kamer bewegen en naar de ventilatie verdwijnen, is het nut van desinfectie door een van deze stromen nog minder dan in het model van volledige menging.
In elk geval is de UV-recirculator niet nuttiger dan een open raam.
Een van de redenen voor de lage effectiviteit van recirculators is dat het bacteriedodende effect per watt UV-stroom extreem laag is. De straal beweegt ongeveer 10 centimeter binnen de unit en wordt daarna weerkaatst door aluminium met een coëfficiënt van ongeveer k=0,7. Dit betekent dat de effectieve straal binnen de unit ongeveer een halve meter bedraagt, waarna deze zonder effect wordt geabsorbeerd.
Figuur 21. Een still uit een video op Youtube waarin de recirculator wordt besproken. De bacteriedodende lampen en het aluminium reflecterende oppervlak zijn zichtbaar, dat veel slechter ultraviolet licht reflecteert dan zichtbaar licht [].
Een bacteriedodende lamp die open aan de muur in de spreekkamer hangt en volgens een schema door de arts wordt ingeschakeld, is vele malen effectiever. De stralen van de open lamp reizen enkele meters, desinfecteren eerst de lucht en daarna ook de oppervlakken.
Luchtbestralers in de bovenste ruimte van de kamer
In ziekenhuiskamers waar voortdurend patiënten liggen, worden soms UV-installaties gebruikt die de circulerende luchtstromen onder het plafond bestralen. Het belangrijkste nadeel van dergelijke installaties is dat het rooster dat de lampen afsluit alleen stralen doorlaat die in één richting gaan, waardoor meer dan 90% van de reststroom nutteloos wordt geabsorbeerd.
Je kunt extra lucht door zo'n bestralingsapparaat blazen om ook een recirculator te creëren, maar dit wordt niet gedaan, waarschijnlijk omdat men niet wil dat er een stofverzamelaar in de kamer ontstaat.
Figuur 22. Plafond UV-luchtbestraler, afbeelding van de site [].
Roosters beschermen mensen in een ruimte tegen directe ultravioletstraling, maar de straling die door het rooster komt, valt op het plafond en de muren en wordt diffuus weerkaatst, met een weerkaatsingscoëfficiënt van ongeveer 10%. De ruimte wordt gevuld met omnidirectionele ultravioletstraling en mensen ontvangen een dosis ultravioletstraling die evenredig is aan de tijd die in de ruimte doorgebracht wordt.
Recensenten en auteur
Recensenten:
Artyom Balabanov, elektronisch ingenieur, ontwikkelaar van UV-uithardingssystemen;
Rumen Vasilev, PhD, lichttechnicus, OOD 'Interlux', Bulgarije;
Vadim Grigorov, biofysicus;
Stanislav Lermontov, lichttechnisch ingenieur, ООО 'Complexe Systemen';
Aleksey Pankrashkin, PhD, docent, halfgeleiderlichttechniek en fotonica, ООО 'INTEK Engineering';
Andrey Khamov, specialist in het ontwerpen van verlichting voor medische instellingen;
Vitaliy Tsvirko, hoofd van het lichttechnisch testlaboratorium 'CSOT NAS Belarus'
Auteur: Anton Sharakshané, PhD in natuurkunde en wiskunde, lichttechnicus en biofysicus, Eerste MGMU van I.M. Sechenov
Links
Links
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLET AIR DISINFECTION
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fysica van optische straling en verlichtingstechniek. Deel 10: Fysiek effectieve straling, grootheden, symbolen en actiekleuren. Fysica van optische straling en lichttechniek. Fysiek actieve straling. Grootheden, symbolen en actiekleuren.
[ESNA] ESNA Lighting Handbook, 9de editie. Ed. Rea M.S. Illuminating Engineering Society of North America, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampen en lampensystemen. Lichtbiologische veiligheid
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Coronavirus Ultraviolet Susceptibility, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[WHO] Wereldgezondheidsorganisatie. Ultravioletstraling: Officiële wetenschappelijke beoordeling van de impact van UV-straling op het milieu en de gezondheid, met vermelding van de wereldwijde uitputting van de ozonlaag.
[Dezar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Gebruik van ultraviolet bacteriedodende straling voor de desinfectie van lucht in binnenruimtes
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Verwarming, ventilatie en luchtconditie.
Bron: habr.com
