De eigenschappen van ultraviolet zijn afhankelijk van de golflengte, en ultraviolet uit verschillende bronnen heeft een ander spectrum. We zullen bespreken welke bronnen van ultraviolet licht en hoe we deze kunnen gebruiken om het bacteriedodende effect te maximaliseren en tegelijkertijd de risico's op ongewenste biologische effecten te minimaliseren.
Rijst. 1. De foto toont geen desinfectie met UVC-straling, zoals je zou denken, maar training in het gebruik van een beschermend pak met de detectie van lichtgevende plekken van het trainen van lichaamsvloeistoffen in UVA-stralen. UVA is een zacht ultraviolet en heeft geen bacteriedodende werking. Het sluiten van de ogen is een redelijke veiligheidsmaatregel, omdat het brede spectrum van de gebruikte UVA-fluorescentielampen overlapt met UVB, wat schadelijk is voor het gezichtsvermogen (bron Simon Davis/DFID).
De golflengte van zichtbaar licht komt overeen met de kwantumenergie waarbij fotochemische actie net mogelijk wordt. Kwanta van zichtbaar licht wekken fotochemische reacties op in een specifiek lichtgevoelig weefsel: het netvlies.
Ultraviolet is onzichtbaar, de golflengte is korter, de frequentie en energie van het kwantum is hoger, de straling is heftiger en de verscheidenheid aan fotochemische reacties en biologische effecten is groter.
Ultraviolet verschilt in:
- Lange golflengte/zacht/nabij UVA (400...315 nm) qua eigenschappen vergelijkbaar met zichtbaar licht;
- Gemiddelde hardheid - UVB (315...280 nm);
- Korte golf/lange golf/hard – UVC (280…100 nm).
Bacteriedodende werking van ultraviolet licht
Een bacteriedodend effect wordt uitgeoefend door hard ultraviolet licht - UVC, en in mindere mate door middelhard ultraviolet licht - UVB. De bacteriedodende efficiëntiecurve laat zien dat slechts een smal bereik van 230...300 nm, dat wil zeggen ongeveer een kwart van het bereik dat ultraviolet wordt genoemd, een duidelijk bacteriedodend effect heeft.
Rijst. 2 Bactericide-efficiëntiecurven van []
Quanta met golflengten in dit bereik worden geabsorbeerd door nucleïnezuren, wat leidt tot de vernietiging van de structuur van DNA en RNA. Dit assortiment is niet alleen bacteriedodend, dat wil zeggen het doden van bacteriën, maar heeft ook virusdodende (antivirale), fungicide (antischimmel) en sporicide (sporendodende) effecten. Dit omvat het doden van het RNA-virus SARS-CoV-2020, dat de pandemie van 2 veroorzaakte.
De bacteriedodende werking van zonlicht
De bacteriedodende werking van zonlicht is relatief klein. Laten we eens kijken naar het zonnespectrum boven en onder de atmosfeer:
Rijst. 3. Spectrum van zonnestraling boven de atmosfeer en op zeeniveau. Het zwaarste deel van het ultraviolette bereik bereikt het aardoppervlak niet (geleend van Wikipedia).
Het is de moeite waard om aandacht te besteden aan het spectrum boven de atmosfeer, geel gemarkeerd. De kwantumenergie van de linkerrand van het spectrum van supra-atmosferische zonnestralen met een golflengte van minder dan 240 nm komt overeen met een chemische bindingsenergie van 5.1 eV in het zuurstofmolecuul “O2”. Moleculaire zuurstof absorbeert deze quanta, de chemische binding wordt verbroken en atomaire zuurstof “O” wordt gevormd, die zich weer combineert tot zuurstofmoleculen “O2” en, gedeeltelijk, ozon “O3”.
Zonne-boven-atmosferische UVC vormt ozon in de bovenste atmosfeer, de ozonlaag genoemd. De chemische bindingsenergie in een ozonmolecuul is lager dan in een zuurstofmolecuul en daarom absorbeert ozon hoeveelheden lagere energie dan zuurstof. En terwijl zuurstof alleen UVC absorbeert, absorbeert de ozonlaag UVC en UVB. Het blijkt dat de zon ozon genereert aan de uiterste rand van het ultraviolette deel van het spectrum, en deze ozon absorbeert vervolgens het grootste deel van de harde ultraviolette straling van de zon, waardoor de aarde wordt beschermd.
Nu zullen we zorgvuldig, met aandacht voor golflengten en schaal, het zonnespectrum combineren met het spectrum van bacteriedodende werking.
Rijst. 4 Spectrum van bacteriedodende werking en spectrum van zonnestraling.
Het is duidelijk dat het bacteriedodende effect van zonlicht onbeduidend is. Het deel van het spectrum dat een bacteriedodend effect kan uitoefenen, wordt vrijwel volledig door de atmosfeer geabsorbeerd. Op verschillende tijdstippen van het jaar en op verschillende breedtegraden is de situatie enigszins anders, maar kwalitatief vergelijkbaar.
Ultraviolet gevaar
De leider van een van de grote landen suggereerde: “om COVID-19 te genezen, moet je zonlicht in het lichaam brengen.” Kiemdodende UV vernietigt echter RNA en DNA, inclusief menselijke. Als je ‘zonlicht in het lichaam afgeeft’, zal de persoon sterven.
De epidermis, voornamelijk het stratum corneum van dode cellen, beschermt levend weefsel tegen UVC. Onder de epidermale laag dringt slechts minder dan 1% van de UVC-straling door [WHO]. Langere UVB- en UVA-golven dringen door tot grotere diepten.
Als er geen ultraviolette straling van de zon zou zijn, zouden mensen misschien niet de epidermis en het stratum corneum hebben, en zou het oppervlak van het lichaam slijmerig zijn, zoals dat van slakken. Maar sinds mensen onder de zon zijn geëvolueerd, zijn alleen oppervlakken die tegen de zon worden beschermd slijmerig. Het meest kwetsbaar is het slijmvliesoppervlak van het oog, voorwaardelijk beschermd tegen ultraviolette straling van de zon door oogleden, wimpers, wenkbrauwen, gezichtsmotoriek en de gewoonte om niet naar de zon te kijken.
Toen oogartsen voor het eerst leerden de lens te vervangen door een kunstlens, werden ze geconfronteerd met het probleem van brandwonden aan het netvlies. Ze begonnen de redenen te begrijpen en ontdekten dat de levende menselijke lens ondoorzichtig is voor ultraviolet licht en het netvlies beschermt. Hierna werden ook kunstlenzen ondoorzichtig gemaakt voor ultraviolet licht.
Een afbeelding van het oog in ultraviolette stralen illustreert de ondoorzichtigheid van de lens voor ultraviolet licht. U mag uw eigen oog niet verlichten met ultraviolet licht, aangezien de lens na verloop van tijd troebel wordt, onder meer als gevolg van de dosis ultraviolet licht die zich in de loop der jaren heeft verzameld, en moet worden vervangen. Daarom zullen we gebruik maken van de ervaring van dappere mensen die de veiligheid verwaarloosden, een ultraviolette zaklamp met een golflengte van 365 nm in hun ogen schenen en het resultaat op YouTube plaatsten.
Rijst. 5 Still uit een video op het Youtube-kanaal “Kreosan”.
Luminescentie-inducerende ultraviolette zaklampen met een golflengte van 365 nm (UVA) zijn populair. Ze worden gekocht door volwassenen, maar vallen onvermijdelijk in de handen van kinderen. Kinderen schijnen met deze zaklampen in hun ogen en kijken aandachtig en langdurig naar het gloeiende kristal. Het is raadzaam om dergelijke acties te voorkomen. Als dit gebeurt, kun je jezelf ervan verzekeren dat staar in muisstudies betrouwbaar wordt veroorzaakt door UVB-bestraling van de lens, maar dat het catarogene effect van UVA onstabiel is [].
Toch is het exacte werkingsspectrum van ultraviolet licht op de lens onbekend. En aangezien cataract een zeer vertraagd effect heeft, heb je enige intelligentie nodig om niet van tevoren ultraviolet licht in je ogen te laten schijnen.
De slijmvliezen van het oog raken onder ultraviolette straling relatief snel ontstoken, dit wordt fotokeratitis en fotoconjunctivitis genoemd. De slijmvliezen worden rood en er verschijnt een gevoel van “zand in de ogen”. Het effect verdwijnt na een paar dagen, maar herhaalde brandwonden kunnen leiden tot vertroebeling van het hoornvlies.
De golflengten die deze effecten veroorzaken, komen ongeveer overeen met de gewogen UV-gevarenfunctie die wordt gegeven in de fotobiologische veiligheidsnorm [IEC 62471] en zijn ongeveer hetzelfde als het kiemdodende bereik.
Rijst. 6 Spectra van ultraviolette straling die fotoconjunctivitis en fotokeratitis veroorzaken van [] en een gewogen functie van het actinische UV-gevaar voor huid en ogen van [].
De drempeldoses voor fotokeratitis en fotoconjunctivitis bedragen 50-100 J/m2, deze waarde is niet hoger dan de doses die voor desinfectie worden gebruikt. Het zal niet mogelijk zijn om het slijmvlies van het oog te desinfecteren met ultraviolet licht zonder ontstekingen te veroorzaken.
Erytheem, dat wil zeggen "zonnebrand", is gevaarlijk vanwege ultraviolette straling in het bereik van maximaal 300 nm. Volgens sommige bronnen ligt de maximale spectrale efficiëntie van erytheem bij golflengten van ongeveer 300 nm []. De minimale dosis die nauwelijks merkbaar erytheem veroorzaakt MED (Minimum Erythema Dose) voor verschillende huidtypes varieert van 150 tot 2000 J/m2. Voor bewoners van de middenzone kan een typische DER worden beschouwd als een waarde van 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; een hogere dosis betekent een hoger risico en het effect wordt uitgesteld.
Rijst. 7 UV-actiecurven die erytheem en huidkanker veroorzaken.
Foto-geïnduceerde huidveroudering wordt veroorzaakt door ultraviolette straling in het gehele bereik van 200...400 nm. Er is een bekende foto van een vrachtwagenchauffeur die tijdens het rijden voornamelijk aan de linkerkant werd blootgesteld aan ultraviolette straling van de zon. De bestuurder had de gewoonte om met het bestuurdersraam naar beneden te rijden, maar de rechterkant van zijn gezicht werd door de voorruit beschermd tegen de ultraviolette straling van de zon. Het verschil in leeftijdsgebonden huidconditie aan de rechter- en linkerkant is indrukwekkend:
Rijst. 8 Foto van een chauffeur die 28 jaar lang met het bestuurdersraam open reed [].
Als we grofweg schatten dat de leeftijd van de huid aan verschillende kanten van het gezicht van deze persoon twintig jaar verschilt en dit een gevolg is van het feit dat gedurende ongeveer dezelfde twintig jaar de ene kant van het gezicht werd verlicht door de zon, en de andere kant van het gezicht Als dat niet het geval was, kunnen we voorzichtig concluderen dat een dag in de open zon één dag is en de huid veroudert.
Uit referentiegegevens [] het is bekend dat op de middelste breedtegraden in de zomer, onder directe zon, de minimale erytheemdosis van 200 J/m2 sneller wordt opgebouwd dan in een uur. Als we deze cijfers vergelijken met de getrokken conclusie, kunnen we een andere conclusie trekken: huidveroudering tijdens periodiek en kortdurend werken met ultraviolette lampen vormt geen significant gevaar.
Hoeveel ultraviolet licht is nodig voor desinfectie?
Het aantal overlevende micro-organismen op oppervlakken en in de lucht neemt exponentieel af met een toenemende dosis ultraviolette straling. De dosis die 90% van de Mycobacterium tuberculosis doodt, is bijvoorbeeld 10 J/m2. Twee van zulke doses doden 99%, drie doses doden 99,9%, enz.
Rijst. 9 Afhankelijkheid van het aandeel overlevende Mycobacterium tuberculosis van de dosis ultraviolette straling bij een golflengte van 254 nm.
De exponentiële afhankelijkheid is opmerkelijk omdat zelfs een kleine dosis de meeste micro-organismen doodt.
Onder degenen vermeld in [] pathogene micro-organismen, Salmonella is het meest resistent tegen ultraviolette straling. De dosis die 90% van de bacteriën doodt, is 80 J/m2. Volgens de review [Kowalski2020] is de gemiddelde dosis die 90% van de coronavirussen doodt 67 J/m2. Maar voor de meeste micro-organismen bedraagt deze dosis niet meer dan 50 J/m2. Voor praktische doeleinden kunt u zich herinneren dat de standaarddosis die desinfecteert met 90% efficiëntie 50 J/m2 is.
Volgens de huidige methodologie die is goedgekeurd door het Russische ministerie van Volksgezondheid voor het gebruik van ultraviolette straling voor luchtdesinfectie [] maximale desinfectie-efficiëntie van “drie negens” of 99,9% is vereist voor operatiekamers, kraamklinieken, enz. Voor schoollokalen, openbare gebouwen, enz. “één negen” is voldoende, dat wil zeggen dat 90% van de micro-organismen wordt vernietigd. Dit betekent dat, afhankelijk van de kamercategorie, één tot drie standaarddoseringen van 50...150 J/m2 voldoende zijn.
Een voorbeeld van het inschatten van de benodigde bestralingstijd: stel dat het nodig is om de lucht en oppervlakken te desinfecteren in een ruimte van 5×7×2,8 meter, waarvoor één Philips TUV 30W open lamp wordt gebruikt.
De technische beschrijving van de lamp geeft een bacteriedodende stroom aan van 12 W []. In het ideale geval gaat de gehele stroom uitsluitend naar de oppervlakken die worden gedesinfecteerd, maar in een reële situatie zal de helft van de stroom zonder enig voordeel worden verspild, omdat de muur achter de lamp bijvoorbeeld met overmatige intensiteit wordt verlicht. Daarom rekenen we op een nuttig debiet van 6 watt. Het totaal bestraalde oppervlak in de ruimte is vloer 35 m2 + plafond 35 m2 + muren 67 m2, totaal 137 m2.
Gemiddeld bedraagt de flux van bacteriedodende straling die op het oppervlak valt 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. Binnen een uur, dat wil zeggen binnen 3600 seconden, zullen deze oppervlakken een dosis ontvangen van 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, oftewel ongeveer 150 J/m2. Dat komt overeen met drie standaarddoses van 50 J/m2 of “drie negens” - 99,9% bacteriedodende efficiëntie, d.w.z. vereisten voor de operatiekamer. En aangezien de berekende dosis, voordat deze op het oppervlak viel, door het volume van de kamer ging, werd de lucht met niet minder efficiëntie gedesinfecteerd.
Als de vereisten voor steriliteit klein zijn en “één negen” voldoende is, is in het beschouwde voorbeeld drie keer minder bestralingstijd nodig: ongeveer 20 minuten.
UV-bescherming
De belangrijkste beschermende maatregel tijdens ultraviolette desinfectie is het verlaten van de kamer. In de buurt van een werkende UV-lamp zijn, maar wegkijken helpt niet; de slijmvliezen van de ogen zijn nog steeds bestraald.
Een glazen bril kan een gedeeltelijke maatregel zijn om de slijmvliezen van de ogen te beschermen. De categorische uitspraak ‘glas zendt geen ultraviolette straling uit’ is onjuist; tot op zekere hoogte is dat wel het geval, en verschillende glasmerken doen dit op verschillende manieren. Maar over het algemeen neemt de transmissie af naarmate de golflengte afneemt, en wordt UVC alleen effectief door kwartsglas overgedragen. Brillenglazen zijn in ieder geval geen kwarts.
We kunnen vol vertrouwen zeggen dat brillenglazen met de markering UV400 geen ultraviolette straling doorlaten.
Rijst. 10 Transmissiespectrum van brillenglazen met indices UV380, UV400 en UV420. Afbeelding van website []
Ook een beschermende maatregel is het gebruik van bronnen uit het bacteriedodende UVC-bereik die geen potentieel gevaarlijke, maar niet effectieve desinfectie-, UVB- en UVA-bereiken uitstralen.
Ultraviolette bronnen
UV-diodes
De meest voorkomende ultraviolette diodes (UVA) van 365 nm zijn ontworpen voor "politiezaklampen" die luminescentie produceren om verontreinigingen te detecteren die onzichtbaar zijn zonder ultraviolet. Desinfectie met dergelijke diodes is onmogelijk (zie figuur 11).
Voor desinfectie kunnen kortegolf-UVC-diodes met een golflengte van 265 nm worden gebruikt. De kosten van een diodemodule die een kwikbacteriëndodende lamp zou vervangen, zijn drie ordes van grootte hoger dan de kosten van de lamp, dus in de praktijk worden dergelijke oplossingen niet gebruikt voor het desinfecteren van grote oppervlakken. Maar er verschijnen compacte apparaten die UV-diodes gebruiken voor de desinfectie van kleine oppervlakken: instrumenten, telefoons, huidlaesies, enz.
Lagedrukkwiklampen
De lagedrukkwiklamp is de standaard waarmee alle andere bronnen worden vergeleken.
Het grootste deel van de stralingsenergie van kwikdamp bij lage druk in een elektrische ontlading valt op de golflengte van 254 nm, ideaal voor desinfectie. Een klein deel van de energie wordt uitgezonden op een golflengte van 185 nm, waardoor op intensieve wijze ozon ontstaat. En er wordt heel weinig energie uitgezonden op andere golflengten, inclusief het zichtbare bereik.
Bij conventionele kwikfluorescentielampen met wit licht laat het glas van de lamp geen ultraviolette straling door die wordt uitgezonden door kwikdamp. Maar de fosfor, een wit poeder op de wanden van de fles, gloeit in het zichtbare bereik onder invloed van ultraviolette straling.
UVB- of UVA-lampen zijn op een vergelijkbare manier ontworpen, de glazen bol laat de 185 nm-piek en de 254 nm-piek niet door, maar de fosfor zendt onder invloed van kortegolf-ultraviolette straling geen zichtbaar licht uit, maar langgolvig ultraviolet straling. Dit zijn lampen voor technische doeleinden. En omdat het spectrum van UVA-lampen vergelijkbaar is met dat van de zon, worden dergelijke lampen ook gebruikt voor het bruinen. Vergelijking van het spectrum met de bacteriedodende efficiëntiecurve laat zien dat het gebruik van UVB- en vooral UVA-lampen voor desinfectie niet geschikt is.
Rijst. 11 Vergelijking van de bacteriedodende efficiëntiecurve, het spectrum van een UVB-lamp, het spectrum van een UVA-bruiningslamp en het spectrum van een 365 nm-diode. Lampspectra afkomstig van de website van de American Paint Manufacturers Association [].
Houd er rekening mee dat het spectrum van een UVA-fluorescentielamp breed is en het UVB-bereik bestrijkt. Het spectrum van de 365 nm diode is veel smaller, dit is “eerlijke UVA”. Als UVA nodig is om luminescentie te produceren voor decoratieve doeleinden of om verontreinigingen te detecteren, is het gebruik van een diode veiliger dan het gebruik van een ultraviolette fluorescentielamp.
Een lagedruk UVC-kwikbacteriëndodende lamp verschilt van fluorescentielampen doordat er geen fosfor op de wanden van de lamp zit en de lamp ultraviolet licht doorlaat. De hoofdlijn van 254 nm wordt altijd doorgelaten, en de ozongenererende lijn van 185 nm kan in het spectrum van de lamp blijven of worden verwijderd door een glazen bol met selectieve transmissie.
Rijst. 12 Het emissiebereik staat aangegeven op de etikettering van ultraviolette lampen. Een UVC-kiemdodende lamp is te herkennen aan de afwezigheid van fosfor op de lamp.
Ozon heeft een extra bacteriedodende werking, maar is kankerverwekkend. Om daarom na desinfectie niet te wachten tot ozon erodeert, worden niet-ozonvormende lampen zonder de 185 nm-lijn in het spectrum gebruikt. Deze lampen hebben een bijna ideaal spectrum: een hoofdlijn met een hoge bacteriedodende efficiëntie van 254 nm, zeer zwakke straling in het niet-bacteriedodende ultraviolette bereik en een kleine "signaal" -straling in het zichtbare bereik.
Rijst. 13. Het spectrum van een lagedruk UVC-kwiklamp (verstrekt door het tijdschrift lumen2b.ru) wordt gecombineerd met het spectrum van zonnestraling (van Wikipedia) en de bacteriedodende efficiëntiecurve (van ESNA Lighting Handbook []).
Door de blauwe gloed van kiemdodende lampen kun je zien dat de kwiklamp is ingeschakeld en werkt. De gloed is zwak en dit geeft de misleidende indruk dat het veilig is om naar de lamp te kijken. Wij zijn van mening dat straling in het UVC-bereik 35...40% van het totale vermogen dat door de lamp wordt verbruikt, voor zijn rekening neemt.
Rijst. 14 Een klein deel van de stralingsenergie van kwikdamp bevindt zich in het zichtbare bereik en is zichtbaar als een zwakke blauwe gloed.
Een lagedruk bacteriedodende kwiklamp heeft dezelfde voet als een gewone fluorescentielamp, maar is gemaakt van een andere lengte zodat de bacteriedodende lamp niet in gewone lampen wordt gestoken. De lamp voor de bacteriedodende lamp onderscheidt zich, naast zijn afmetingen, door het feit dat alle plastic onderdelen bestand zijn tegen ultraviolette straling, de draden van het ultraviolet bedekt zijn en er geen diffuser is.
Voor bacteriedodende behoeften thuis gebruikt de auteur een bacteriedodende lamp van 15 W, die eerder werd gebruikt om de voedingsoplossing van een hydrocultuurinstallatie te desinfecteren. Het analoog kan worden gevonden door te zoeken naar "aquarium uv-sterilisator". Als de lamp brandt komt er ozon vrij, wat niet goed is, maar wel handig voor het desinfecteren van bijvoorbeeld schoenen.
Rijst. 15 Lagedrukkwiklampen met diverse soorten voet. Afbeeldingen van de AliExpress-website.
Midden- en hogedrukkwiklampen
Een toename van de kwikdampdruk leidt tot een complexer spectrum; het spectrum breidt zich uit en er verschijnen meer lijnen in, ook bij ozongenererende golflengten. De introductie van additieven in kwik leidt tot een nog grotere complexiteit van het spectrum. Er zijn veel varianten van dergelijke lampen, en het spectrum van elk is speciaal.
Rijst. 16 Voorbeelden van spectra van midden- en hogedrukkwiklampen
Het verhogen van de druk vermindert het rendement van de lamp. Als we het merk Aquafineuv als voorbeeld nemen, zenden middendruk UVC-lampen 15-18% van het energieverbruik uit, en niet 40% als lagedruklampen. En de kosten van apparatuur per watt UVC-stroom zijn hoger [].
De afname van het rendement en de stijging van de kosten van de lamp worden gecompenseerd door de compactheid ervan. Voor de desinfectie van stromend water of het drogen van vernis die bij het drukken met hoge snelheid wordt aangebracht, zijn bijvoorbeeld compacte en krachtige bronnen nodig; specifieke kosten en efficiëntie zijn onbelangrijk. Maar het is onjuist om zo'n lamp te gebruiken voor desinfectie.
UV-bestraler gemaakt van een DRL-brander en een DRT-lamp
Er is een ‘volks’ manier om relatief goedkoop een krachtige ultraviolette bron te verkrijgen. Ze gaan buiten gebruik, maar er worden nog steeds witlicht-DRL-lampen van 125...1000 W verkocht. In deze lampen bevindt zich in de buitenkolf een "brander" - een hogedrukkwiklamp. Het zendt breedband-ultraviolet licht uit, dat wordt geblokkeerd door de buitenste glazen bol, maar ervoor zorgt dat de fosfor op de wanden gaat gloeien. Als je de buitenkolf breekt en de brander via een standaard smoorspoel op het netwerk aansluit, krijg je een krachtige breedband-ultravioletzender.
Zo'n zelfgemaakte zender heeft nadelen: laag rendement vergeleken met lagedruklampen, een groot deel van de ultraviolette straling valt buiten het bacteriedodende bereik en je kunt na het uitschakelen van de lamp niet enige tijd in de kamer blijven totdat de ozon uiteenvalt of verdwijnt.
Maar de voordelen zijn ook onmiskenbaar: lage kosten en hoog vermogen in een compact formaat. Een van de voordelen is de vorming van ozon. Ozon desinfecteert schaduwrijke oppervlakken die niet zijn blootgesteld aan ultraviolette straling.
Rijst. 17 Ultraviolette bestraler gemaakt van DRL-lampen. De foto is gepubliceerd met toestemming van de auteur, een Bulgaarse tandarts, die deze bestraler gebruikt naast de standaard Philips TUV 30W bacteriedodende lamp.
Soortgelijke ultraviolette bronnen voor desinfectie in de vorm van hogedrukkwiklampen worden gebruikt in bestralers van het type OUFK-01 "Solnyshko".
Voor de populaire lamp “DRT 125-1” publiceert de fabrikant bijvoorbeeld niet het spectrum, maar geeft de parameters op in de documentatie: bestralingsintensiteit op een afstand van 1 m van de lamp UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, bacteriedodende stroom 8 W, en na gebruik is ventilatie van de kamer tegen ozon vereist []. Op een directe vraag over het verschil tussen een DRT-lamp en een DRL-brander reageerde de fabrikant in zijn blog dat de DRT een isolerende groene coating op de kathodes heeft.
Rijst. 18 Breedband ultraviolette bron - DRT-125 lamp
Volgens de genoemde kenmerken is het duidelijk dat het spectrum breedbandig is met een vrijwel gelijk aandeel straling in zacht, midden en hard ultraviolet, inclusief de ozongenererende harde UVC. De bacteriedodende stroom bedraagt 6,4% van het energieverbruik, dat wil zeggen dat het rendement 6 keer minder is dan dat van een lagedrukbuislamp.
De fabrikant publiceert het spectrum van deze lamp niet en dezelfde foto met het spectrum van een van de DRT's circuleert op internet. De oorspronkelijke bron is onbekend, maar de energieverhouding in het UVC-, UVB- en UVA-bereik komt niet overeen met die aangegeven voor de DRT-125-lamp. Voor DRT wordt een ongeveer gelijke verhouding aangegeven, en uit het spectrum blijkt dat de UVB-energie vele malen groter is dan de UBC-energie. En bij UVA is het vele malen hoger dan bij UVB.
Rijst. 19. Spectrum van een hogedrukkwikbooglamp, dat meestal het spectrum illustreert van DRT-125, dat veel wordt gebruikt voor medische doeleinden.
Het is duidelijk dat lampen met verschillende drukken en kwikadditieven iets anders uitstoten. Het is ook duidelijk dat een ongeïnformeerde consument de neiging heeft om zich zelfstandig de gewenste kenmerken en eigenschappen van een product voor te stellen, vertrouwen te verwerven op basis van zijn eigen aannames, en een aankoop te doen. En de publicatie van het spectrum van een bepaalde lamp zal discussies, vergelijkingen en conclusies veroorzaken.
De auteur kocht ooit een OUFK-01 installatie met een DRT-125 lamp en gebruikte deze enkele jaren om de UV-bestendigheid van kunststofproducten te testen. Ik bestraalde twee producten tegelijk, waarvan één een controleproduct van ultravioletbestendig plastic, en keek welke sneller geel zou worden. Voor een dergelijke toepassing is kennis van de exacte vorm van het spectrum niet nodig; het is alleen belangrijk dat de zender breedbandig is. Maar waarom zou u breedband-ultraviolet licht gebruiken als desinfectie vereist is?
Het doel van OUFK-01 stelt dat de bestraler wordt gebruikt voor acute ontstekingsprocessen. Dat wil zeggen, in gevallen waarin het positieve effect van huiddesinfectie groter is dan de mogelijke schade van breedband-ultraviolette straling. Uiteraard is het in dit geval beter om smalbandig ultraviolet te gebruiken, zonder golflengten in het spectrum die een ander effect hebben dan bacteriedodend.
Desinfectie van de lucht
Ultraviolet licht wordt als een onvoldoende middel beschouwd om oppervlakken te desinfecteren, omdat de stralen niet kunnen binnendringen waar bijvoorbeeld alcohol binnendringt. Maar ultraviolet licht desinfecteert de lucht effectief.
Bij niezen en hoesten worden druppeltjes van enkele micrometers gevormd, die enkele minuten tot enkele uren in de lucht blijven hangen []. Onderzoek naar tuberculose heeft aangetoond dat één enkele aërosoldruppel voldoende is om een infectie te veroorzaken.
Op straat zijn we relatief veilig vanwege de enorme volumes en mobiliteit van de lucht, die na verloop van tijd en zonnestraling elk niesgeluid kan verspreiden en desinfecteren. Zelfs in de metro is het aandeel besmette mensen weliswaar klein, maar is het totale luchtvolume per besmette persoon groot, en goede ventilatie maakt het risico op verspreiding van de infectie klein. De gevaarlijkste plek tijdens een pandemie van door de lucht overgedragen ziekten is een lift. Daarom moeten degenen die niezen in quarantaine worden geplaatst en moet de lucht in openbare ruimtes met onvoldoende ventilatie worden gedesinfecteerd.
Recirculatoren
Een van de mogelijkheden voor luchtdesinfectie zijn gesloten UV-recyclers. Laten we een van deze recirculators bespreken - "Dezar 7", waarvan bekend is dat hij zelfs in het kantoor van de eerste persoon van de staat wordt gezien.
In de beschrijving van de recirculator staat dat deze 100 m3 per uur blaast en ontworpen is om een ruimte met een volume van 100 m3 (circa 5×7×2,8 meter) te behandelen.
Het vermogen om 100 m3 lucht per uur te desinfecteren betekent echter niet dat de lucht in een ruimte van 100 m3 per uur even effectief zal worden behandeld. De behandelde lucht verdunt de vuile lucht en komt in deze vorm steeds weer in de recirculator terecht. Het is gemakkelijk om een wiskundig model te bouwen en de efficiëntie van een dergelijk proces te berekenen:
Rijst. 20 De invloed van de werking van een UV-recirculator op het aantal micro-organismen in de lucht van een ruimte zonder ventilatie.
Om de concentratie micro-organismen in de lucht met 90% te verminderen, moet de recirculator ruim twee uur werken. Als er geen ventilatie in de kamer is, is dit mogelijk. Maar er zijn normaal gesproken geen kamers met mensen en zonder ventilatie. Bijvoorbeeld, [] schrijft een minimaal buitenluchtdebiet voor ventilatie voor van 3 m3 per uur per 1 m2 appartementoppervlak. Dit komt overeen met een volledige luchtverversing eenmaal per uur en maakt de werking van de recirculator nutteloos.
Als we het model niet van volledige menging beschouwen, maar van laminaire jets die een stabiel complex traject door de kamer volgen en de ventilatie ingaan, is het voordeel van het desinfecteren van een van deze jets zelfs minder dan in het model van volledige menging.
Een UV-recirculator is in ieder geval niet nuttiger dan een open raam.
Een van de redenen voor de lage efficiëntie van recirculators is dat het bacteriedodende effect extreem klein is in termen van elke watt UV-stroom. De straal reist ongeveer 10 centimeter door de installatie en wordt vervolgens gereflecteerd door aluminium met een coëfficiënt van ongeveer k = 0,7. Dit betekent dat het effectieve pad van de straal binnen de installatie ongeveer een halve meter bedraagt, waarna deze zonder enig voordeel wordt geabsorbeerd.
Rijst. 21. Still uit een YouTube-video waarin de recycler wordt ontmanteld. Er zijn kiemdodende lampen en een reflecterend aluminium oppervlak zichtbaar, die ultraviolette straling veel slechter reflecteren dan zichtbaar licht [].
Een bacteriedodende lamp, die in een kliniekkantoor openlijk aan de muur hangt en volgens schema door een arts wordt aangezet, is vele malen effectiever. De stralen van een open lamp reizen meerdere meters, waarbij eerst de lucht en vervolgens de oppervlakken worden gedesinfecteerd.
Luchtstralers in het bovenste gedeelte van de kamer
Op ziekenhuisafdelingen waar voortdurend bedlegerige patiënten aanwezig zijn, worden soms UV-units gebruikt om circulerende luchtstromen onder het plafond te bestralen. Het grootste nadeel van dergelijke installaties is dat het rooster dat de lampen bedekt, alleen de stralen strikt in één richting doorlaat, waardoor meer dan 90% van de resterende stroom zonder enig voordeel wordt geabsorbeerd.
Je kunt bovendien lucht door zo'n bestraler blazen om tegelijkertijd een recirculator te creëren, maar dit gebeurt niet, waarschijnlijk vanwege de onwil om een stofaccumulator in de kamer te hebben.
Rijst. 22 Plafondgemonteerde UV-luchtbestraler, afbeelding van de site [].
De roosters beschermen mensen in de kamer tegen de directe stroom ultraviolette straling, maar de stroom die door het rooster gaat, raakt het plafond en de muren en wordt diffuus gereflecteerd, met een reflectiecoëfficiënt van ongeveer 10%. De kamer is gevuld met omnidirectionele ultraviolette straling en mensen ontvangen een dosis ultraviolette straling die evenredig is aan de tijd die ze in de kamer doorbrengen.
Recensenten en auteur
Recensenten:
Artyom Balabanov, elektronica-ingenieur, ontwikkelaar van UV-uithardingssystemen;
Rumen Vasilev, Ph.D., lichtingenieur, OOD "Interlux", Bulgarije;
Vadim Grigorov, biofysicus;
Stanislav Lermontov, lichtingenieur, Complex Systems LLC;
Alexey Pankrashkin, Ph.D., universitair hoofddocent, halfgeleiderverlichtingstechniek en fotonica, INTECH Engineering LLC;
Andrey Khramov, specialist in lichtontwerp voor medische instellingen;
Vitaly Tsvirko, hoofd van het lichttestlaboratorium "TSSOT NAS of Belarus"
auteur: Anton Sharakshane, Ph.D., lichtingenieur en biofysicus, vernoemd naar de Eerste Moskouse Staatsmedische Universiteit. HEN. Sechenov
referenties
referenties
[Luchtsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLETTE LUCHTDESINFECTIE
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Optische stralingsfysica en verlichtingstechniek. Deel 10: Fotobiologisch effectieve straling, hoeveelheden, symbolen en actiespectrum. Fysica van optische straling en lichttechniek. Fotobiologisch actieve straling. Afmetingen, symbolen en actiespectra
[ESNA] ESNA Verlichtingshandboek, 9e editie. red. Rea M.S. Illuminating Engineering Society of North America, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampen en lampsystemen. Fotobiologische veiligheid
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19-coronavirus-ultraviolette gevoeligheid, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsui-chemicaliën]
[Nejm]
[Verf]
[TUV]
[WHO] Wereldgezondheidsorganisatie. Ultraviolette straling: een formeel wetenschappelijk overzicht van de milieu- en gezondheidseffecten van UV-straling, met verwijzing naar de mondiale aantasting van de ozonlaag.
[Desar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Gebruik van ultraviolette bacteriedodende straling voor desinfectie van binnenlucht
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Verwarming, ventilatie en airconditioning.
Bron: www.habr.com