As propriedades do ultravioleta dependem do comprimento de onda, e o ultravioleta de diferentes fontes tem um espectro diferente. Discutiremos quais fontes de luz ultravioleta e como utilizá-las para maximizar o efeito bactericida e minimizar os riscos de efeitos biológicos indesejados.
Arroz. 1. A foto não mostra desinfecção com radiação UVC, como você pode imaginar, mas treinamento no uso de roupa de proteção com detecção de manchas luminescentes de fluidos corporais treinados em raios UVA. UVA é um ultravioleta suave e não tem efeito bactericida. Fechar os olhos é uma precaução de segurança razoável, uma vez que o amplo espectro de lâmpadas fluorescentes UVA utilizadas se sobrepõe ao UVB, que é prejudicial à visão (fonte Simon Davis/DFID).
O comprimento de onda da luz visível corresponde à energia quântica na qual a ação fotoquímica se torna possível. Os quanta de luz visível estimulam reações fotoquímicas em um tecido fotossensível específico - a retina.
O ultravioleta é invisível, seu comprimento de onda é mais curto, a frequência e a energia do quantum são maiores, a radiação é mais forte e a variedade de reações fotoquímicas e efeitos biológicos é maior.
Ultravioleta difere em:
- UVA de comprimento de onda longo/suave/próximo (400...315 nm) com propriedades semelhantes às da luz visível;
- Dureza média – UVB (315...280 nm);
- Ondas curtas/ondas longas/duras – UVC (280…100 nm).
Efeito bactericida da luz ultravioleta
O efeito bactericida é exercido pela luz ultravioleta forte - UVC e, em menor grau, pela luz ultravioleta média-dura - UVB. A curva de eficiência bactericida mostra que apenas uma faixa estreita de 230...300 nm, ou seja, cerca de um quarto da faixa chamada ultravioleta, tem um efeito bactericida claro.
Arroz. 2 Curvas de eficiência bactericida de []
Quanta com comprimentos de onda nesta faixa são absorvidos pelos ácidos nucléicos, o que leva à destruição da estrutura do DNA e do RNA. Além de ser bactericida, ou seja, matar bactérias, esta gama tem efeitos virucida (antiviral), fungicida (antifúngico) e esporicida (matar esporos). Isto inclui matar o vírus RNA SARS-CoV-2020, que causou a pandemia de 2.
O efeito bactericida da luz solar
O efeito bactericida da luz solar é relativamente pequeno. Vejamos o espectro solar acima e abaixo da atmosfera:
Arroz. 3. Espectro de radiação solar acima da atmosfera e ao nível do mar. A parte mais severa da faixa ultravioleta não atinge a superfície da Terra (emprestado da Wikipedia).
Vale atentar para o espectro acima da atmosfera destacado em amarelo. A energia quântica da borda esquerda do espectro dos raios solares supraatmosféricos com comprimento de onda inferior a 240 nm corresponde a uma energia de ligação química de 5.1 eV na molécula de oxigênio “O2”. O oxigênio molecular absorve esses quanta, a ligação química é quebrada, forma-se o oxigênio atômico “O”, que se combina novamente em moléculas de oxigênio “O2” e, parcialmente, de ozônio “O3”.
O UVC supra-atmosférico solar forma ozônio na alta atmosfera, chamada camada de ozônio. A energia da ligação química em uma molécula de ozônio é menor do que em uma molécula de oxigênio e, portanto, o ozônio absorve quanta de energia menor que o oxigênio. E embora o oxigênio absorva apenas UVC, a camada de ozônio absorve UVC e UVB. Acontece que o sol gera ozônio no limite da parte ultravioleta do espectro, e esse ozônio absorve a maior parte da forte radiação ultravioleta do sol, protegendo a Terra.
Agora, com cuidado, prestando atenção aos comprimentos de onda e à escala, combinaremos o espectro solar com o espectro de ação bactericida.
Arroz. 4 Espectro de ação bactericida e espectro de radiação solar.
Pode-se observar que o efeito bactericida da luz solar é insignificante. A parte do espectro capaz de exercer efeito bactericida é quase totalmente absorvida pela atmosfera. Em diferentes épocas do ano e em diferentes latitudes a situação é ligeiramente diferente, mas qualitativamente semelhante.
Perigo ultravioleta
O líder de um dos grandes países sugeriu: “para curar a COVID-19, é preciso levar a luz solar para dentro do corpo”. No entanto, o UV germicida destrói o RNA e o DNA, inclusive os humanos. Se você “distribuir luz solar para dentro do corpo”, a pessoa morrerá.
A epiderme, principalmente o estrato córneo de células mortas, protege o tecido vivo dos UVC. Abaixo da camada epidérmica, apenas menos de 1% da radiação UVC penetra [OMS]. Ondas UVB e UVA mais longas penetram em maiores profundidades.
Se não houvesse radiação ultravioleta solar, talvez as pessoas não tivessem epiderme e estrato córneo, e a superfície do corpo seria mucosa, como a dos caracóis. Mas como os humanos evoluíram sob o sol, apenas as superfícies protegidas do sol são mucosas. A mais vulnerável é a superfície mucosa do olho, condicionalmente protegida da radiação ultravioleta solar pelas pálpebras, cílios, sobrancelhas, habilidades motoras faciais e o hábito de não olhar para o sol.
Quando aprenderam a substituir a lente por uma artificial, os oftalmologistas se depararam com o problema das queimaduras na retina. Eles começaram a entender os motivos e descobriram que o cristalino humano vivo é opaco à luz ultravioleta e protege a retina. Depois disso, as lentes artificiais também foram tornadas opacas à luz ultravioleta.
Uma imagem do olho em raios ultravioleta ilustra a opacidade da lente à luz ultravioleta. Não se deve iluminar o próprio olho com luz ultravioleta, pois com o passar do tempo o cristalino fica turvo, inclusive devido à dose de luz ultravioleta acumulada ao longo dos anos, e precisa ser substituído. Portanto, usaremos a experiência de pessoas corajosas que negligenciaram a segurança, direcionaram uma lanterna ultravioleta no comprimento de onda de 365 nm para seus olhos e postaram o resultado no YouTube.
Arroz. 5 Still de um vídeo do canal do Youtube “Kreosan”.
Lanternas ultravioletas indutoras de luminescência com comprimento de onda de 365 nm (UVA) são populares. São comprados por adultos, mas inevitavelmente caem nas mãos de crianças. As crianças apontam essas lanternas para os olhos e olham com atenção e por muito tempo para o cristal brilhante. É aconselhável prevenir tais ações. Se isso acontecer, você pode ter certeza de que a catarata em estudos com ratos é causada de forma confiável pela irradiação UVB do cristalino, mas o efeito catarogênico do UVA é instável [].
No entanto, o espectro exato de ação da luz ultravioleta nas lentes é desconhecido. E considerando que a catarata é um efeito muito retardado, você precisa de um pouco de inteligência para não direcionar luz ultravioleta para os olhos com antecedência.
As membranas mucosas do olho ficam inflamadas de forma relativamente rápida sob a radiação ultravioleta, o que é chamado de fotoceratite e fotoconjuntivite. As mucosas ficam vermelhas e surge uma sensação de “areia nos olhos”. O efeito desaparece após alguns dias, mas queimaduras repetidas podem causar turvação da córnea.
Os comprimentos de onda que causam estes efeitos correspondem aproximadamente à função de risco UV ponderada dada na norma de segurança fotobiológica [IEC 62471] e aproximadamente os mesmos que a faixa germicida.
Arroz. 6 Espectros de radiação ultravioleta causando fotoconjuntivite e fotoceratite de [] e uma função ponderada do risco de UV actínico para a pele e os olhos de [].
As doses limite para fotoceratite e fotoconjuntivite são de 50-100 J/m2, este valor não excede as doses utilizadas para desinfecção. Não será possível desinfetar a mucosa do olho com luz ultravioleta sem causar inflamação.
O eritema, ou seja, “queimadura solar”, é perigoso devido à radiação ultravioleta na faixa de até 300 nm. De acordo com algumas fontes, a eficiência espectral máxima do eritema ocorre em comprimentos de onda de cerca de 300 nm []. A dose mínima que causa eritema quase imperceptível MED (Dose Mínima de Eritema) para diferentes tipos de pele varia de 150 a 2000 J/m2. Para os moradores da zona média, um DER típico pode ser considerado um valor em torno de 200...300 J/m2.
UVB na faixa de 280-320 nm, com máximo em torno de 300 nm, causa câncer de pele. Não há dose limite; uma dose mais alta significa um risco maior e o efeito é retardado.
Arroz. 7 curvas de ação UV causando eritema e câncer de pele.
O envelhecimento fotoinduzido da pele é causado pela radiação ultravioleta em toda a faixa de 200 a 400 nm. Há uma fotografia bem conhecida de um motorista de caminhão que foi exposto à radiação solar ultravioleta principalmente no lado esquerdo enquanto dirigia. O motorista tinha o hábito de dirigir com o vidro do motorista abaixado, mas o lado direito do rosto ficava protegido da radiação ultravioleta do sol pelo para-brisa. A diferença na condição da pele relacionada à idade nos lados direito e esquerdo é impressionante:
Arroz. 8 Foto de um motorista que dirigiu com o vidro abaixado por 28 anos [].
Se estimarmos aproximadamente que a idade da pele nos diferentes lados do rosto desta pessoa difere em vinte anos e isso é uma consequência do fato de que durante aproximadamente os mesmos vinte anos um lado do rosto foi iluminado pelo sol, e o outro não foi, podemos concluir cautelosamente que um dia ao sol é um dia e envelhece a pele.
A partir de dados de referência [] sabe-se que em latitudes médias no verão sob sol direto, a dose eritemal mínima de 200 J/m2 se acumula mais rapidamente do que em uma hora. Comparando estes números com a conclusão tirada, podemos tirar outra conclusão: o envelhecimento da pele durante o trabalho periódico e de curto prazo com lâmpadas ultravioleta não representa um perigo significativo.
Quanta luz ultravioleta é necessária para a desinfecção?
O número de microrganismos sobreviventes nas superfícies e no ar diminui exponencialmente com o aumento da dose de radiação ultravioleta. Por exemplo, a dose que mata 90% do Mycobacterium tuberculosis é de 10 J/m2. Duas dessas doses matam 99%, três doses matam 99,9%, etc.
Arroz. 9 Dependência da proporção de Mycobacterium tuberculosis sobreviventes da dose de radiação ultravioleta no comprimento de onda de 254 nm.
A dependência exponencial é notável porque mesmo uma pequena dose mata a maioria dos microrganismos.
Entre os listados em [] microrganismos patogênicos, a Salmonella é a mais resistente à radiação ultravioleta. A dose que mata 90% de suas bactérias é de 80 J/m2. Segundo a revisão [Kowalski2020], a dose média que mata 90% dos coronavírus é de 67 J/m2. Mas para a maioria dos microrganismos esta dose não excede 50 J/m2. Para fins práticos, lembre-se que a dose padrão que desinfeta com 90% de eficiência é de 50 J/m2.
De acordo com a metodologia atual aprovada pelo Ministério da Saúde da Rússia para o uso de radiação ultravioleta para desinfecção do ar [] é necessária uma eficiência máxima de desinfecção de “três noves” ou 99,9% para salas de cirurgia, maternidades, etc. Para salas de aula, edifícios públicos, etc. “um nove” é suficiente, ou seja, 90% dos microrganismos destruídos. Isto significa que, dependendo da categoria da sala, são suficientes uma a três doses padrão de 50...150 J/m2.
Um exemplo de estimativa do tempo de irradiação necessário: digamos que seja necessário desinfetar o ar e as superfícies de uma sala de 5 × 7 × 2,8 metros, para a qual é utilizada uma lâmpada aberta Philips TUV 30W.
A descrição técnica da lâmpada indica fluxo bactericida de 12 W []. Num caso ideal, todo o fluxo vai estritamente para as superfícies a serem desinfetadas, mas numa situação real, metade do fluxo será desperdiçado sem benefício, por exemplo, iluminará a parede atrás da lâmpada com intensidade excessiva. Portanto, contaremos com um fluxo útil de 6 watts. A área total irradiada na sala é de piso 35 m2 + teto 35 m2 + paredes 67 m2, totalizando 137 m2.
Em média, o fluxo de radiação bactericida que incide sobre a superfície é de 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. Em uma hora, ou seja, em 3600 segundos, essas superfícies receberão uma dose de 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, ou aproximadamente 150 J/m2. O que corresponde a três doses padrão de 50 J/m2 ou “três noves” - 99,9% de eficiência bactericida, ou seja, requisitos da sala cirúrgica. E como a dose calculada, antes de cair na superfície, passou pelo volume da sala, o ar foi desinfetado com não menos eficiência.
Se os requisitos de esterilidade forem pequenos e “um nove” for suficiente, para o exemplo considerado será necessário três vezes menos tempo de irradiação - aproximadamente 20 minutos.
Proteção UV
A principal medida de proteção durante a desinfecção ultravioleta é sair do ambiente. Estar perto de uma lâmpada UV em funcionamento, mas desviar o olhar não ajuda; as membranas mucosas dos olhos ainda estão irradiadas.
Os óculos de vidro podem ser uma medida parcial para proteger as mucosas dos olhos. A afirmação categórica “o vidro não transmite radiação ultravioleta” está incorreta; até certo ponto, transmite, e diferentes marcas de vidro fazem-no de diferentes maneiras. Mas, em geral, à medida que o comprimento de onda diminui, a transmitância diminui e o UVC é transmitido efetivamente apenas pelo vidro de quartzo. Os óculos para óculos não são de quartzo em nenhum caso.
Podemos afirmar com segurança que as lentes dos óculos marcadas com UV400 não transmitem radiação ultravioleta.
Arroz. 10 Espectro de transmissão de óculos com índices UV380, UV400 e UV420. Imagem do site []
Também uma medida de proteção é a utilização de fontes da faixa bactericida UVC que não emitem faixas UVB e UVA potencialmente perigosas, mas não eficazes para desinfecção.
Fontes ultravioleta
Diodos UV
Os diodos ultravioleta (UVA) de 365 nm mais comuns são projetados para "lanternas policiais" que produzem luminescência para detectar contaminantes que são invisíveis sem ultravioleta. A desinfecção com tais diodos é impossível (ver Fig. 11).
Para desinfecção, podem ser usados diodos UVC de ondas curtas com comprimento de onda de 265 nm. O custo de um módulo de diodo que substituiria uma lâmpada bactericida de mercúrio é três ordens de grandeza superior ao custo da lâmpada, portanto, na prática, tais soluções não são utilizadas para desinfecção de grandes áreas. Mas estão surgindo dispositivos compactos que utilizam diodos UV para a desinfecção de pequenas áreas - instrumentos, telefones, lesões de pele, etc.
Lâmpadas de mercúrio de baixa pressão
A lâmpada de mercúrio de baixa pressão é o padrão com o qual todas as outras fontes são comparadas.
A maior parcela da energia de radiação do vapor de mercúrio em baixa pressão em uma descarga elétrica recai no comprimento de onda de 254 nm, ideal para desinfecção. Uma pequena parte da energia é emitida no comprimento de onda de 185 nm, que gera ozônio intensamente. E muito pouca energia é emitida em outros comprimentos de onda, incluindo a faixa visível.
Nas lâmpadas fluorescentes convencionais de mercúrio de luz branca, o vidro da lâmpada não transmite a radiação ultravioleta emitida pelo vapor de mercúrio. Mas o fósforo, um pó branco nas paredes do frasco, brilha na faixa visível sob a influência da luz ultravioleta.
As lâmpadas UVB ou UVA são projetadas de maneira semelhante, o bulbo de vidro não transmite o pico de 185 nm e o pico de 254 nm, mas o fósforo sob a influência da radiação ultravioleta de ondas curtas não emite luz visível, mas ultravioleta de ondas longas radiação. Estas são lâmpadas para fins técnicos. E como o espectro das lâmpadas UVA é semelhante ao do sol, essas lâmpadas também são utilizadas para bronzeamento. A comparação do espectro com a curva de eficiência bactericida mostra que o uso de lâmpadas UVB e especialmente UVA para desinfecção é inadequado.
Arroz. 11 Comparação da curva de eficiência bactericida, do espectro de uma lâmpada UVB, do espectro de uma lâmpada de bronzeamento UVA e do espectro de um diodo de 365 nm. Espectros de lâmpadas retirados do site da American Paint Manufacturers Association [].
Observe que o espectro de uma lâmpada fluorescente UVA é amplo e cobre a faixa UVB. O espectro do diodo de 365 nm é muito mais estreito, este é o “UVA honesto”. Se o UVA for necessário para produzir luminescência para fins decorativos ou para detectar contaminantes, usar um diodo é mais seguro do que usar uma lâmpada fluorescente ultravioleta.
Uma lâmpada bactericida de mercúrio UVC de baixa pressão difere das lâmpadas fluorescentes porque não há fósforo nas paredes da lâmpada e a lâmpada transmite luz ultravioleta. A linha principal de 254 nm é sempre transmitida, e a linha geradora de ozônio de 185 nm pode ser deixada no espectro da lâmpada ou removida por um bulbo de vidro com transmissão seletiva.
Arroz. 12 A faixa de emissão está indicada na rotulagem das lâmpadas ultravioleta. Uma lâmpada germicida UVC pode ser reconhecida pela ausência de fósforo no bulbo.
O ozônio tem um efeito bactericida adicional, mas é cancerígeno, portanto, para não esperar a erosão do ozônio após a desinfecção, são utilizadas lâmpadas não formadoras de ozônio sem a linha de 185 nm no espectro. Essas lâmpadas têm um espectro quase ideal - uma linha principal com alta eficiência bactericida de 254 nm, radiação muito fraca nas faixas ultravioleta não bactericidas e um pequeno “sinal” de radiação na faixa visível.
Arroz. 13. O espectro de uma lâmpada de mercúrio UVC de baixa pressão (fornecida pela revista lumen2b.ru) é combinado com o espectro de radiação solar (da Wikipedia) e a curva de eficiência bactericida (do ESNA Lighting Handbook []).
O brilho azul das lâmpadas germicidas permite ver se a lâmpada de mercúrio está ligada e funcionando. O brilho é fraco e isso dá a impressão enganosa de que é seguro olhar para a lâmpada. Não acreditamos que a radiação na faixa UVC seja responsável por 35...40% da energia total consumida pela lâmpada.
Arroz. 14 Uma pequena fração da energia de radiação do vapor de mercúrio está na faixa visível e é visível como um fraco brilho azul.
Uma lâmpada bactericida de mercúrio de baixa pressão tem a mesma base de uma lâmpada fluorescente normal, mas é feita de comprimento diferente para que a lâmpada bactericida não seja inserida em lâmpadas comuns. A lâmpada para lâmpada bactericida, além de suas dimensões, se diferencia pelo fato de todas as partes plásticas serem resistentes à radiação ultravioleta, os fios da radiação ultravioleta serem cobertos e não possuir difusor.
Para necessidades bactericidas domiciliares, o autor utiliza uma lâmpada bactericida de 15 W, anteriormente utilizada para desinfetar a solução nutritiva de uma instalação hidropônica. Seu análogo pode ser encontrado pesquisando por “esterilizador UV para aquário”. Quando a lâmpada funciona, é liberado ozônio, o que não é bom, mas é útil para desinfetar, por exemplo, sapatos.
Arroz. 15 Lâmpadas de mercúrio de baixa pressão com diversos tipos de base. Imagens do site Aliexpress.
Lâmpadas de mercúrio de média e alta pressão
Um aumento na pressão do vapor de mercúrio leva a um espectro mais complexo; o espectro se expande e mais linhas aparecem nele, inclusive em comprimentos de onda geradores de ozônio. A introdução de aditivos no mercúrio leva a uma complexidade ainda maior do espectro. Existem muitas variedades dessas lâmpadas e o espectro de cada uma é especial.
Arroz. 16 Exemplos de espectros de lâmpadas de mercúrio de média e alta pressão
Aumentar a pressão reduz a eficiência da lâmpada. Usando a marca Aquafineuv como exemplo, as lâmpadas UVC de média pressão emitem 15-18% do consumo de energia, e não 40% como as lâmpadas de baixa pressão. E o custo do equipamento por watt de fluxo UVC é maior [].
A diminuição da eficiência e o aumento do custo da lâmpada são compensados pela sua compacidade. Por exemplo, a desinfecção de água corrente ou a secagem de verniz aplicado em alta velocidade na impressão requerem fontes compactas e poderosas; o custo específico e a eficiência não são importantes. Mas é incorreto usar tal lâmpada para desinfecção.
Irradiador UV feito de um queimador DRL e uma lâmpada DRT
Existe uma maneira “popular” de obter uma fonte ultravioleta poderosa de maneira relativamente barata. Elas estão saindo de uso, mas lâmpadas DRL de luz branca de 125...1000 W ainda são vendidas. Nessas lâmpadas, dentro do frasco externo existe um “queimador” - uma lâmpada de mercúrio de alta pressão. Ele emite luz ultravioleta de banda larga, que é bloqueada pelo bulbo de vidro externo, mas faz com que o fósforo em suas paredes brilhe. Se você quebrar o frasco externo e conectar o queimador à rede por meio de uma bobina padrão, obterá um poderoso emissor ultravioleta de banda larga.
Esse emissor caseiro tem desvantagens: baixa eficiência em comparação com lâmpadas de baixa pressão, uma grande proporção da radiação ultravioleta está fora da faixa bactericida e você não pode permanecer na sala por algum tempo após desligar a lâmpada até que o ozônio se desintegre ou desapareça .
Mas as vantagens também são inegáveis: baixo custo e alta potência em tamanho compacto. Uma das vantagens é a geração de ozônio. O ozônio desinfeta superfícies sombreadas que não estão expostas aos raios ultravioleta.
Arroz. 17 Irradiador ultravioleta feito de lâmpadas DRL. A foto foi publicada com autorização do autor, um dentista búlgaro, utilizando este irradiador além da lâmpada bactericida padrão Philips TUV 30W.
Fontes ultravioleta semelhantes para desinfecção na forma de lâmpadas de mercúrio de alta pressão são usadas em irradiadores do tipo OUFK-01 “Solnyshko”.
Por exemplo, para a popular lâmpada “DRT 125-1” o fabricante não publica o espectro, mas fornece os parâmetros na documentação: intensidade de irradiação a uma distância de 1 m da lâmpada UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, fluxo bactericida 8 W, e após o uso, é necessária ventilação da sala com ozônio []. Em resposta a uma pergunta direta sobre a diferença entre uma lâmpada DRT e um queimador DRL, o fabricante respondeu em seu blog que o DRT possui um revestimento isolante verde nos cátodos.
Arroz. 18 Fonte ultravioleta de banda larga - lâmpada DRT-125
De acordo com as características declaradas, fica claro que o espectro é de banda larga com uma parcela quase igual de radiação ultravioleta suave, média e forte, incluindo o UVC duro gerador de ozônio. O fluxo bactericida é de 6,4% do consumo de energia, ou seja, a eficiência é 6 vezes menor que a de uma lâmpada tubular de baixa pressão.
O fabricante não divulga o espectro desta lâmpada, e a mesma imagem com o espectro de um dos DRTs está circulando na internet. A fonte original é desconhecida, mas a relação de energia nas faixas UVC, UVB e UVA não corresponde às declaradas para a lâmpada DRT-125. Para DRT, é declarada uma proporção aproximadamente igual, e o espectro mostra que a energia UVB é muitas vezes maior que a energia UBC. E no UVA é muitas vezes maior do que no UVB.
Arroz. 19. Espectro de uma lâmpada de arco de mercúrio de alta pressão, que na maioria das vezes ilustra o espectro do DRT-125, amplamente utilizado para fins médicos.
É claro que lâmpadas com diferentes pressões e aditivos de mercúrio emitem de forma ligeiramente diferente. Também está claro que um consumidor desinformado tende a imaginar de forma independente as características e propriedades desejadas de um produto, adquirir confiança com base em suas próprias suposições e fazer uma compra. E a publicação do espectro de uma determinada lâmpada causará discussões, comparações e conclusões.
Certa vez, o autor comprou uma instalação OUFK-01 com uma lâmpada DRT-125 e a usou por vários anos para testar a resistência UV de produtos plásticos. Irradiei dois produtos ao mesmo tempo, um deles de controle feito de plástico resistente aos raios ultravioleta, e observei qual deles amarelaria mais rápido. Para tal aplicação não é necessário o conhecimento da forma exata do espectro; é importante apenas que o emissor seja de banda larga. Mas porquê utilizar luz ultravioleta de banda larga se a desinfecção é necessária?
A finalidade do OUFK-01 afirma que o irradiador é utilizado para processos inflamatórios agudos. Ou seja, nos casos em que o efeito positivo da desinfecção da pele supera os possíveis danos da radiação ultravioleta de banda larga. Obviamente, neste caso, é melhor usar ultravioleta de banda estreita, sem comprimentos de onda no espectro que tenham efeito diferente do bactericida.
Desinfecção do ar
A luz ultravioleta é considerada um meio insuficiente para desinfetar superfícies, pois os raios não conseguem penetrar onde, por exemplo, o álcool penetra. Mas a luz ultravioleta desinfecta eficazmente o ar.
Ao espirrar e tossir, formam-se gotículas de vários micrômetros de tamanho, que ficam suspensas no ar por vários minutos a várias horas []. Estudos sobre tuberculose demonstraram que uma única gota de aerossol é suficiente para causar infecção.
Na rua estamos relativamente seguros devido aos enormes volumes e mobilidade do ar, que pode dispersar e desinfetar qualquer espirro com o tempo e a radiação solar. Mesmo no metro, embora a proporção de pessoas infectadas seja pequena, o volume total de ar por pessoa infectada é grande e uma boa ventilação reduz o risco de propagação da infecção. O lugar mais perigoso durante uma pandemia de doenças transmitidas pelo ar é um elevador. Portanto, quem espirra deve ficar em quarentena e o ar dos espaços públicos com ventilação insuficiente precisa ser desinfetado.
Recirculadores
Uma das opções para desinfecção do ar são os recicladores UV fechados. Vamos discutir um desses recirculadores - “Dezar 7”, conhecido por ser visto até no gabinete da primeira pessoa do estado.
A descrição do recirculador diz que ele sopra 100 m3 por hora e foi projetado para tratar uma sala com volume de 100 m3 (aproximadamente 5 × 7 × 2,8 metros).
Contudo, a capacidade de desinfetar 100 m3 de ar por hora não significa que o ar numa sala com 100 m3 por hora será tratado de forma tão eficaz. O ar tratado dilui o ar sujo e, dessa forma, entra continuamente no recirculador. É fácil construir um modelo matemático e calcular a eficiência de tal processo:
Arroz. 20 A influência do funcionamento de um recirculador UV no número de microrganismos no ar de uma sala sem ventilação.
Para reduzir em 90% a concentração de microrganismos no ar, o recirculador precisa funcionar por mais de duas horas. Se não houver ventilação na sala, isso é possível. Mas normalmente não há salas com pessoas e sem ventilação. Por exemplo, [] prescreve uma vazão mínima de ar externo para ventilação de 3 m3 por hora por 1 m2 de área do apartamento. Isto corresponde a uma substituição completa do ar uma vez por hora e torna inútil o funcionamento do recirculador.
Se considerarmos o modelo não de mistura completa, mas de jatos laminares que percorrem uma trajetória complexa constante na sala e vão para a ventilação, o benefício de desinfetar um desses jatos é ainda menor do que no modelo de mistura completa.
Em qualquer caso, um recirculador UV não é mais útil do que uma janela aberta.
Uma das razões para a baixa eficiência dos recirculadores é que o efeito bactericida é extremamente pequeno em termos de cada watt de fluxo UV. O feixe percorre cerca de 10 centímetros dentro da instalação e depois é refletido no alumínio com um coeficiente de cerca de k = 0,7. Isto significa que o percurso efetivo da viga dentro da instalação é de cerca de meio metro, após o qual é absorvido sem benefício.
Arroz. 21. Foto de um vídeo do YouTube mostrando a recicladora sendo desmontada. São visíveis lâmpadas germicidas e uma superfície reflexiva de alumínio, que refletem a radiação ultravioleta muito pior do que a luz visível [].
Uma lâmpada bactericida, pendurada abertamente na parede de um consultório clínico e ligada por um médico de acordo com um cronograma, é muitas vezes mais eficaz. Os raios de uma lâmpada aberta percorrem vários metros, desinfetando primeiro o ar e depois as superfícies.
Irradiadores de ar na parte superior da sala
Em enfermarias hospitalares onde pacientes acamados estão constantemente presentes, às vezes são usadas unidades UV para irradiar fluxos de ar circulantes sob o teto. A principal desvantagem de tais instalações é que a grade que cobre as lâmpadas permite que apenas os raios passem estritamente em uma direção, absorvendo mais de 90% do fluxo restante sem benefício.
Além disso, você pode soprar ar através de tal irradiador para criar um recirculador ao mesmo tempo, mas isso não é feito, provavelmente devido à relutância em ter um acumulador de poeira na sala.
Arroz. 22 Irradiador de ar UV montado no teto, imagem do site [].
As grades protegem as pessoas na sala do fluxo direto da radiação ultravioleta, mas o fluxo que passa pela grade atinge o teto e as paredes e é refletido difusamente, com coeficiente de reflexão de cerca de 10%. A sala é preenchida com radiação ultravioleta omnidirecional e as pessoas recebem uma dose de radiação ultravioleta proporcional ao tempo de permanência na sala.
Revisores e autor
Revisores:
Artyom Balabanov, engenheiro eletrônico, desenvolvedor de sistemas de cura UV;
Rumen Vasilev, Ph.D., engenheiro de iluminação, OOD "Interlux", Bulgária;
Vadim Grigorov, biofísico;
Stanislav Lermontov, engenheiro de iluminação, Complex Systems LLC;
Alexey Pankrashkin, Ph.D., Professor Associado, Engenharia de Iluminação de Semicondutores e Fotônica, INTECH Engineering LLC;
Andrey Khramov, especialista em design de iluminação para instituições médicas;
Vitaly Tsvirko, chefe do laboratório de testes de iluminação "TSSOT NAS da Bielorrússia"
Autor: Anton Sharakshane, Ph.D., engenheiro de iluminação e biofísico, Primeira Universidade Médica Estadual de Moscou. ELES. Sechenov
referências
referências
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 DESINFECÇÃO DE AR ULTRAVIOLETA
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Física da radiação óptica e engenharia de iluminação. Parte 10: Radiação fotobiologicamente eficaz, quantidades, símbolos e espectro de ação. Física da radiação óptica e engenharia de iluminação. Radiação fotobiologicamente ativa. Dimensões, símbolos e espectros de ação
[ESNA] Manual de Iluminação ESNA, 9ª Edição. Ed. Rea MS Illuminating Engineering Society da América do Norte, Nova York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lâmpadas e sistemas de lâmpadas. Segurança fotobiológica
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Coronavirus Ultraviolet Susceptibility, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
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[Desejar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Uso de radiação bactericida ultravioleta para desinfecção do ar interno
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Aquecimento, ventilação e ar condicionado.
Fonte: habr.com