Proprietățile ultravioletului depind de lungimea de undă, iar ultravioletul din diferite surse se diferențiază prin spectru. Să discutăm despre ce surse de ultraviolet există și cum să le aplicăm pentru a maximiza efectul bactericid, minimizând riscurile efectelor biologice nedorite.
Fig. 1. În fotografie nu se află o dezinfectare prin radiația UVC, așa cum s-ar putea crede, ci o antrenare a utilizării costumului de protecție, cu identificarea în razele UVA a petelor luminescente ale fluidelor corporale de antrenament. UVA – ultravioletul moale care nu are efect bactericid. Ochi închiși – o măsură rezonabilă de siguranță, deoarece spectrul larg al lampelor fluorescente UVA se suprapune cu UVB, care este periculos pentru vedere (sursa Simon Davis/DFID).
Lungimea de undă a luminii vizibile corespunde energiei cuantelor, la care devine posibilă acțiunea fotocimică. Cuantele de lumină vizibilă excită reacțiile fotocimice în țesutul fotoreceptor specific – în retina ochiului.
Ultravioletele sunt invizibile, au o lungime de undă mai mică, o frecvență și o energie a cuantelor mai mari, radiația este mai dură, iar diversitatea reacțiilor fotocimice și efectelor biologice este mai mare.
Ultravioletele sunt clasificate în:
- Ultraviolete lungi / moi / apropiate UVA (400…315 nm);
- Ultraviolete de medie dure – UVB (315…280 nm);
- Ultraviolete scurte / de distanță / dure – UVC (280…100 nm).
Efectul bactericid al ultravioletului
Efectul bactericid este exercitat de ultravioletul dur – UVC, și într-o măsură mai mică de ultravioletul de medie dure – UVB. Din curba eficienței bactericidă se vede că efectul bactericid evident este exercitat doar într-un interval restrâns de 230…300 nm, adică aproximativ o pătrime din intervalul denumit ultraviolet.
Fig. 2 Curbele eficienței bactericidă din []
Cuantele cu lungimi de undă în acest interval sunt absorbite de acizii nucleici, ceea ce duce la distrugerea structurii ADN-ului și ARN-ului. Pe lângă efectul bactericid, care omoară bacteriile, acest interval exercită efecte virucidale (împotriva virusurilor), fungicide (împotriva fungilor) și sporocidale (care omoară spore). De asemenea, este distrus virusul SARS-CoV-2, care a provocat pandemia din 2020.
Efectul bactericid al luminii solare
Acțiunea bactericidă a luminii solare este relativ mică. Să ne uităm la spectrul solar deasupra și sub atmosferă:
Fig. 3. Spectrul radiației solare deasupra atmosferei și la nivelul mării. Cea mai intensă parte a domeniului ultraviolet nu ajunge la suprafața pământului (împrentat din Wikipedia).
Merită să atragem atenția asupra spectrului deasupra atmosferei evidențiat în galben. Energia cuantei de la capătul stâng al spectrului radiației solare deasupra atmosferei, cu o lungime de undă mai mică de 240 nm, corespunde energiei legăturii chimice de 5.1 eV în moleculele de oxigen „O2”. Oxigenul molecular absoarbe aceste cuante, legătura chimică se rupe, se formează oxigen atomic „O”, care se reintegrează în molecule de oxigen „O2” și, parțial, în ozon „O3”.
UVC-ul solar deasupra atmosferei formează ozon în straturile superioare ale atmosferei, numit stratul de ozon. Energia legăturii chimice în moleculele de ozon este mai mică decât în moleculele de oxigen, și prin urmare ozonul absoarbe cuante cu energie mai mică decât oxigenul. Astfel, dacă oxigenul absoarbe doar UVC, stratul de ozon absoarbe atât UVC, cât și UVB. Rezultă că soarele, pe marginea părții ultraviolete a spectrului, generează ozon, iar acest ozon absoarbe apoi cea mai mare parte a UV-ului solar extrem, protejând Pământul.
Acum, cu atenție, ținând cont de lungimile de undă și de scară, să corelăm spectrul solar cu spectrul de acțiune bactericidă.
Fig. 4 Spectrul acțiunii bactericidă și spectrul radiației solare.
Se observă că acțiunea bactericidă a luminii solare este neesențială. Partea spectrului capabilă să exercite acțiune bactericidă este aproape complet absorbită de atmosferă. În diferite anotimpuri și lățimi geografice, situația variază puțin, dar rămâne calitativ similară.
Pericolul ultravioletului
Un lider al uneia dintre marile țări a propus: „pentru tratarea COVID-19, trebuie să aducem lumina solară în interiorul organismului”. Totuși, UV bactericid distruge ARN-ul și ADN-ul, inclusiv al oamenilor. Dacă „aducem lumina solară în interiorul organismului” – omul va muri.
Epidermul, în special stratul cornos al celulelor moarte, protejează țesuturile vii de UVC. Sub stratul epidermic, pătrunde doar mai puțin de 1% din radiația UVC [OMS]. Undele mai lungi UVB și UVA pătrund la o adâncime mai mare.
Dacă nu ar fi fost razele ultraviolete solare, este posibil ca oamenii să nu fi avut epidermă și strat cornos, iar suprafața corpului să fi fost mucilagie, asemenea melcilor. Însă, deoarece oamenii au evoluat sub soare, doar suprafețele protejate de soare sunt mucilaginoase. Cea mai vulnerabilă suprafață mucoasă este ochiul, protejată în mod condiționat de razele ultraviolete solare de pleoape, gene, sprâncene, motorică facială și obiceiul de a nu privi direct soarele.
Când au început să înlocuiască pentru prima dată cristalinul cu unul artificial, oftalmologii s-au confruntat cu problema arsurilor retiniene. Au început să investigheze cauzele și au descoperit că cristalinul uman viu este opac pentru razele ultraviolete și protejează retina. După aceea, au început să facă cristalinurile artificiale opace pentru razele ultraviolete.
Imaginea ochiului sub raze ultraviolete ilustrează opacitatea cristalinului pentru ultraviolete. Nu este indicat să iluminăm ochiul nostru cu ultraviolete, deoarece în timp cristalinul devine opac, inclusiv din cauza dozei de ultraviolete acumulate de-a lungul anilor, necesitând astfel înlocuire. De aceea, vom folosi experiența oamenilor curajoși care au neglijat siguranța, iluminându-se cu un lanternă UV pe lungimea de undă de 365 nm, iar rezultatul a fost postat pe YouTube.
Fig. 5 Cadru din videoclipul canalului YouTube „Kreosan”.
Lanternă ultravioletă care provoacă luminiscență cu o lungime de undă de 365 nm (UVA) este populară. Este cumpărată de adulți, dar inevitabil ajunge în mâinile copiilor. Copiii își luminează ochii cu aceste lanterne, observând cu atenție și pentru perioade lungi cristalul strălucitor. Aceste acțiuni ar trebui prevenite. Dacă s-a întâmplat, ne putem liniști știind că cataracta în studiile pe șoareci este cauzată fără echivoc de iradierea cristalinului cu UVB, dar efectul catarogenic al UVA este instabil [].
Și totuși, spectrul exact al acțiunii ultravioletelor asupra cristalinului nu este cunoscut. Și dacă luăm în considerare că cataracta este un efect atenuat, este nevoie de o dozare de judecată pentru a nu ne lumina ochii cu ultraviolete în avans.
Mucoasele ochiului se inflamează relativ repede sub ultraviolete; acest fenomen se numește fotokeratită și fotoconjunctivită. Mucoasele devin roșii și apare senzația de „nisip în ochi”. Efektul dispare după câteva zile, dar arsurile repetate pot duce la opacifierea corneei.
Lungimile de undă care provoacă aceste efecte corespund aproximativ funcției de risc UV menționate în standardul de siguranță fotobiologică [IEC 62471] și se aliniază cu domeniul de acțiune al bacteriilor.
Fig. 6 Spectrele de acțiune a ultravioletelor, care provoacă fotoconjunctivită și fotokeratită din [] și funcția de risc UV pentru piele și ochi din [].
Dozele minime pentru fotokeratită și fotoconjunctivită sunt de 50-100 J/m²; acest număr nu depășește dozele utilizate pentru dezinfectare. Dezinfectarea mucoasei ochiului cu ultraviolete fără a provoca inflamație nu este posibilă.
Eritemul, cunoscut și sub numele de „arsură solară”, este periculos în cazul ultravioletelor din gama de până la 300 nm. Conform unor surse, eficiența maximă a eritemului se înregistrează la lungimi de undă în jur de 300 nm []. Doza minimă care provoacă un eritem barely perceptibil MÉD (Doza Minimă Eritematică) variază pentru diferite tipuri de piele între 150 și 2000 J/m². Pentru locuitorii din zona temperată, o MÉD tipică poate fi considerată între 200 și 300 J/m².
UVB în gama 280-320 nm, cu un maxim în jur de 300 nm, provoacă cancer de piele. Nu există o doză prag; cu cât doza este mai mare, cu atât riscul este mai mare, iar efectul apare tardiv.
Fig. 7 Curbele de acțiune a ultravioletelor, care provoacă eritem și cancer de piele.
Îmbătrânirea fotoindusă a pielii este provocată de ultraviolete în întregul domeniu de 200-400 nm. Este cunoscută fotografia unui camionagiu care a fost expus radiatiei solare UV predominant din partea stângă. Șoferul avea obiceiul să conducă cu fereastra deschisă, dar partea dreaptă a feței era protejată de parbriz. Diferența de stare a pielii între partea dreaptă și cea stângă este impresionantă:
Fig. 8 Fotografia șoferului care a condus timp de 28 de ani cu fereastra deschisă [].
Dacă evaluăm într-un mod grosier că vârsta pielii de pe cele două părți ale feței acestei persoane diferă cu douăzeci de ani, iar acest lucru se datorează faptului că aproximativ acești douăzeci de ani o parte a feței a fost expusă soarelui, în timp ce cealaltă nu, putem trasa o concluzie prudentă: o zi petrecută sub soarele direct îmbătrânește pielea cu o zi.
Din datele de referință [] este cunoscut că, în regiunile medii, vara, sub soarele direct, doza minimă de eritem este de 200 J/m2 și este acumulată mai repede decât într-o oră. Comparând aceste cifre cu concluzia formulată, putem trasa o altă concluzie: îmbătrânirea pielii în urma utilizării ocazionale și de scurtă durată a lămpilor ultraviolete nu reprezintă un pericol semnificativ.
Cât ultraviolet este necesar pentru dezinfectare
Numărul microorganismelor supraviețuitoare de pe suprafețe și în aer scade exponențial în urma creșterii dozei de ultraviolet. De exemplu, doza care ucide 90% din micobacteriile tuberculozei este de 10 J/m2. Două astfel de doze ucid 99%, trei doze ucid 99,9% etc.
Fig. 9 Dependența proporției de micobacterii tuberculoasă supraviețuitoare de doza de radiație ultravioletă la o lungime de undă de 254 nm.
Dependența exponențială este notabilă prin faptul că chiar și o doză mică ucide o mare parte din microorganisme.
Printre microorganismele patogene enumerate în [] cea mai rezistentă la ultraviolet este salmonela. Doza care ucide 90% din bacteriile sale este de 80 J/m2. Conform unui studiu [Kowalski2020], valoarea medie a dozei care ucide 90% din coronavirusuri este de 67 J/m2. Însă pentru majoritatea microorganismelor, această doză nu depășește 50 J/m2. Pentru scopuri practice, se poate reține că doza standard care dezinfectează cu o eficiență de 90% este de 50 J/m2.
Conform metodologiei aprobate de Ministerul Sănătății din Rusia pentru utilizarea ultravioletului în dezinfectarea aerului [] eficiența maximă a dezinfectării, «cele trei nouă», sau 99,9%, este necesară pentru sălile de operație, spitale de maternitate etc. Pentru sălile de clasă, clădirile publice etc., este suficient «o nouă», adică 90% din microorganisme distruse. Aceasta înseamnă că, în funcție de categoria camerei, este suficientă o doză standard de la 50 la 150 J/m2.
Exemplu de estimare a timpului necesar pentru expunere: să presupunem că este necesară dezinfectarea aerului și suprafețelor într-o cameră de 5 × 7 × 2,8 metri, pentru care se folosește o lampă deschisă Philips TUV 30W.
În descrierea tehnică a lămpii, fluxul bactericid este specificat la 12 W []. Într-un scenariu ideal, întregul flux ar fi direcționat strict către suprafețele dezinfectate, dar în situația reală, jumătate din flux se va pierde inutil, de exemplu, va ilumina excesiv peretele din spatele corpului de iluminat. Prin urmare, ne vom baza pe un flux util de 6 W. Suprafața totală de expunere în cameră este: podeaua 35 m2 + tavanul 35 m2 + pereții 67 m2, total 137 m2.
În medie, pe suprafețe cade un flux de radiație bactericidă de 6 W/137m2 = 0,044 W/m2. Într-o oră, adică în 3600 de secunde, aceste suprafețe vor primi o doză de 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, sau aproximativ 150 J/m2. Aceasta corespunde a trei doze standard de 50 J/m2 sau „trei nouă” – 99,9% eficiența bactericidă, adică cerințelor operaționale. Și deoarece doza calculată, înainte de a cădea pe suprafețe, a trecut prin volumul camerei, și aerul a fost dezinfectat cu o eficiență similară.
Dacă cerințele de sterilitate nu sunt mari și este suficientă „o nouă”, pentru exemplul considerat este nevoie de un timp de expunere de trei ori mai scurt – aproximativ 20 de minute.
Protecția împotriva ultravioletei
Măsura principală de protecție în timpul dezinfectării cu ultraviolete este părăsirea încăperii. A fi aproape de o lampă UV activă, dar a întoarce privirea nu ajută, mucoasa ochilor va fi totuși expusă.
O măsură parțială de protecție a mucoasei ochiului pot fi ochelarii de sticlă. Afirmația categorică „sticla nu lasă să treacă ultravioletele” este falsă, într-o oarecare măsură le lasă să treacă, iar diferite tipuri de sticlă le permit în mod diferit. Dar, în general, odată cu reducerea lungimii de undă, coeficientul de transmitere scade, iar UVC este eficient permis doar de sticla de cuarț. Sticlele de ochelari nu sunt, în niciun caz, din cuarț.
Se poate afirma cu certitudine că lentilele de ochelari marcate UV400 nu permit ultravioletele.
Fig. 10 Spectrul de transmisie al sticlei de ochelari cu indecși UV380, UV400 și UV420. Imagine de pe site-ul []
O altă măsură de protecție o reprezintă utilizarea surselor de radiație bactericidă UVC, care nu emit intervale UVB și UVA potențial periculoase, dar neeficiente pentru dezinfectare.
Surse de ultraviolet
Dioduri UV
Cele mai comune sunt diodurile ultraviolete de 365 nm (UVA), destinate "lanternelor de poliție", care produc luminescență pentru a detecta contaminările invizibile fără ultraviolet. Dezinfectarea cu aceste diode nu este posibilă (vezi fig. 11).
Pentru dezinfectare pot fi utilizate diode UVC de lungime de undă 265 nm. Costul modulului cu diode care ar înlocui lampa bactericidă cu mercur depășește costul lămpii cu trei ordine de magnitudine, de aceea în practică astfel de soluții pentru dezinfectarea unor suprafețe mari nu sunt folosite. Totuși, apar dispozitive compacte pe diode UV pentru dezinfectarea unor suprafețe mici – instrumente, telefoane, zone de leziuni ale pielii etc.
Lămpi cu mercur cu presiune joasă
Lampa cu mercur cu presiune joasă este standardul cu care se compară toate celelalte surse.
Cea mai mare parte a energiei emise de vapori de mercur în condiții de presiune joasă în descărcarea electrică este concentrată pe lungimea de undă de 254 nm, ideală pentru dezinfectare. O mică parte a energiei este emisă pe lungimea de undă de 185 nm, generând intens ozon. Și o cantitate foarte mică de energie este emisă pe alte lungimi de undă, inclusiv în intervalul vizibil.
În lămpile fluorescente obișnuite cu mercur pentru lumină albă, sticla bulbului nu permite radiația ultraviolete emisă de vapori de mercur. Însă, fosforul, un praf alb pe pereții bulbului, strălucește în intervalul vizibil sub acțiunea ultravioletului.
Lămpile UVB sau UVA sunt construite similar, iar bulbii de sticlă nu permit trecerea vârfurilor de 185 nm și 254 nm, dar fosforul, sub acțiunea ultravioletului de scurtă lungime de undă, emite lumină invizibilă, dar ultraviolet de lungă lungime. Acestea sunt lămpi destinate uzului tehnic. De asemenea, deoarece spectrul lămpilor UVA este similar cu cel solar, astfel de lămpi sunt folosite și pentru bronzare. Compararea spectrului cu curba eficienței bactericide arată că utilizarea lămpilor UVB și cu atât mai puțin a celor UVA pentru dezinfectare este nefavorabilă.
Fig. 11 Compararea curbei de eficiență bactericidă, spectrul lampii UVB, spectrul lampii UVA „pentru bronzare” și spectrul diodei de 365 nm. Spectrele lămpilor au fost preluate de pe site-ul asociației americane a producătorilor de vopsele [].
Notăm că spectrul lămpii fluorescente UVA este larg și cuprinde gama UVB. Spectrul diodei de 365 nm este semnificativ mai restrâns, fiind un „UVA autentic”. Dacă este necesar un UVA pentru a provoca fluorescență în scopuri decorative sau pentru detectarea contaminanților, utilizarea diodei este mai sigură decât utilizarea unei lămpi fluorescente ultraviolete.
Lampa bactericidă cu mercur de presiune joasă UVC se deosebește de lămpile fluorescente prin absența fosforului pe pereții bulbului, iar bulbii permit trecerea ultravioletului. Linia principală de 254 nm este întotdeauna transmisă, iar linia care generează ozon de 185 nm poate fi lăsată în spectrul lampii sau eliminată printr-un bulb din sticlă cu transmisie selectivă.
Fig. 12 Domeniul de radiație este indicat pe eticheta lămpilor ultraviolete. Lampa bactericidă UVC poate fi identificată prin absența fosforului pe bulb.
Ozonul are un efect bactericid suplimentar, dar este un carcinogen, de aceea, pentru a nu aștepta dispersarea ozonului după dezinfecție, se folosesc lămpi care nu generează ozon, fără linia de 185 nm în spectru. Aceste lămpi au un spectru aproape ideal — linia principală cu o eficiență bactericidă ridicată de 254 nm, o radiație foarte slabă în intervalele ultraviolete ne-bactericide și o radiație „semnal” mică în intervalul vizibil.
Fig. 13. Spectrul lămpii cu mercur de presiune joasă UVC (furnizat de revista lumen2b.ru) este combinat cu spectrul radiației solare (din Wikipedia) și cu curba eficienței bactericidului (din ESNA Lighting Handbook []).
Lumina albastră a lămpilor bactericide permite observarea faptului că lampa cu mercur este pornită și funcționează. Lumina este slabă, iar acest lucru creează o impresie înșelătoare că este sigur să privim la lampă. Nu simțim că radiația în gama UVC reprezintă 35…40% din puterea totală consumată de lampă.
Fig. 14 O proporție mică din energia radiației vaporilor de mercur se află în spectrul vizibil și este vizibilă ca o slabă strălucire albastră.
Lampa bactericidă cu mercur de presiune joasă are același soclu ca o lampă fluorescentă obișnuită, dar este fabricată într-o lungime diferită, pentru a împiedica utilizarea lămpii bactericide în corpuri de iluminat obișnuite. Corpul de iluminat pentru lampa bactericidă, pe lângă dimensiuni, se deosebește prin faptul că toate părțile din plastic sunt rezistente la ultraviolete, cablurile sunt închise pentru a le proteja de ultraviolete, iar dispersorul nu este prezent.
Pentru nevoile bactericide domestice, autorul folosește o lampă bactericidă de 15 W, utilizată anterior pentru dezinfectarea soluției nutritive dintr-o instalație hidroponică. O alternativă poate fi găsită căutând „sterilizator UV pentru acvariu”. Funcționarea lămpii produce ozon, ceea ce nu este recomandat, dar pentru dezinfectarea, de exemplu, a încălțămintei, este util.
Fig. 15 Lămpi cu mercur de presiune joasă cu soclu de diferite tipuri. Imaginile sunt de pe site-ul Aliexpress.
Lămpi cu mercur de presiune medie și înaltă
Creșterea presiunii vaporilor de mercur duce la complicarea spectrului, acesta se extinde și conține mai multe linii, inclusiv la lungimile de undă care generează ozon. Adăugarea de suplimente în mercur duce la o și mai mare complexitate a spectrului. Există multe tipuri de astfel de lămpi, iar spectrul fiecărei lămpi este special.
Fig. 16 Exemple de spectre ale lămpilor cu mercur de presiune medie și înaltă
Creșterea presiunii reduce eficiența lampii. În cazul lămpei de presiune medie Aquafineuv în domeniul emisiilor UVC, acestea emit doar 15-18% din puterea consumată, și nu 40% ca lămpile de presiune joasă. Iar costul echipamentului, raportat la un watt de flux UVC, devine mai mare [].
Reducerea eficienței și creșterea costului lămpii sunt compensate de compactitate. De exemplu, dezinfectarea apei curente sau uscarea lacului aplicat la o viteză mare în tipografie necesită surse compacte și puternice, iar costul specific și eficiența nu sunt relevante. Însă utilizarea unei astfel de lămpi pentru dezinfectare nu este corectă.
Emitator UV din arzătorul DRL și lampa DRT
Există o metodă "populară" relativ ieftină de a obține o sursă puternică de ultraviolete. Lampile DRL cu lumină albă de 125…1000 W ies din uz, dar sunt încă disponibile. În aceste lămpi, în interiorul colbei externe se află un "baza" - o lampă cu mercur cu presiune înaltă. Aceasta emite ultraviolete cu bandă largă, care sunt reținute de colba externă din sticlă, dar determină strălucirea fosforului de pe pereții acesteia. Dacă se sparge colba externă și se conectează baza la rețea printr-un balast standard, se obține un emitator puternic de ultraviolete cu bandă largă.
Acest tip de emitator artizanal are dezavantajele sale: un randament scăzut comparativ cu lămpile cu presiune joasă, o proporție mare de ultraviolete în afara domeniului bactericid, și nu este permis să se afle în cameră pentru un timp după oprirea lămpii, până când ozonul nu se descompune sau nu se evaporă.
Dar avantaje sunt îndoielnice: costul scăzut și puterea mare în dimensiuni compacte. Un alt avantaj este generarea de ozon. Ozonul va dezinfecta suprafețele umbrite, care nu vor fi expuse razelor ultraviolete.
Fig. 17 Emitatorul de ultraviolete, realizat din lămpi DRL. Fotografia este publicată cu permisiunea autorului, un dentist bulgar care folosește acest emitator împreună cu lampa standard de dezinfectare bactericidă Philips TUV 30W.
Surse similare de ultraviolete pentru dezinfectare, sub formă de lămpi cu mercur cu presiune înaltă, sunt utilizate în emitatoarele de tip OUFC-01 „Soare”.
De exemplu, pentru lampa populară „DRT 125-1”, producătorul nu publică spectra, dar documentația menționează parametrii: intensitatea radiației la o distanță de 1 m de lampă UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, flux bactericid de 8 W, și după utilizare este necesară ventilația camerei de ozon []. La o întrebare directă despre diferența dintre lampa DRT și baza DRL, producătorul a răspuns pe blogul său că DRT are un strat izolat verde pe catod.
Fig. 18 Surse de ultraviolete cu bandă largă - lampa DRT-125
Conform caracteristicilor anunțate, spectrul este foarte larg, având aproape aceeași pondere de radiație în ultravioletul moale, mediu și dur, inclusiv capturând ultravioletul dur UVC care generează ozon. Fluxul bactericid reprezintă 6,4% din puterea consumată, adică eficiența este de 6 ori mai mică decât cea a lampelor tubulare cu presiune joasă.
Producătorul nu publică spectrul acestei lămpi, iar pe internet circulă aceeași imagine cu spectrul uneia dintre DRT-uri. Sursa originală este necunoscută, dar raportul energiei în regiunile UVC, UVB și UVA nu corespunde celor anunțate pentru lampa DRT-125. Pentru DRT s-a declarat un raport aproximativ egal, dar din spectru reiese că energia UVB este de mai multe ori mai mare decât energia UBC. În plus, energia UVA este de câteva ori mai mare decât cea din UVB.
Fig. 19. Spectrul lămpii cu mercur în arc de înaltă presiune, cel mai adesea ilustrând spectrul utilizat frecvent în scopuri medicale DRT-125.
Este clar că lămpile cu diferite presiuni și aditivi în mercur emit radiații puțin diferit. De asemenea, este clar că un consumator neinformat tinde să își imagineze caracteristicile și proprietățile dorite ale produsului, să își cumpere o încredere bazată pe propriile presupuneri și să finalizeze achiziția. Publicarea spectrului unei lămpi specifice va determina discuții, comparații și concluzii.
Autorul a cumpărat odată o instalație OUFK-01 cu lampa DRT-125 și a folosit-o timp de câțiva ani pentru teste de rezistență UV a produselor din plastic. A expus simultan două produse, unul dintre ele fiind de control din plastic rezistent la ultraviolet și a observat care îngălbeneste mai repede. Pentru această utilizare, cunoașterea formei exacte a spectrului nu este esențială, este important doar ca emitatorul să fie cu spectru larg. Dar pentru ce ar trebui utilizat ultravioletul cu spectru larg dacă se necesită dezinfectare?
În specificația OUFK-01 se menționează că emitatorul este utilizat în cazuri de procese inflamatorii acute. Asta înseamnă că, în cazurile când efectul pozitiv al dezinfectării pielii depășește posibilele daune cauzate de ultravioletul cu spectru larg. Evident, chiar și în acest caz, ar fi mai bine să se utilizeze ultravioletul cu spectru îngust, fără lungimi de undă în spectru care să aibă altă acțiune în afară de cea bactericidă.
Dezinfectarea aerului
Ultravioletele sunt recunoscute ca un mijloc insuficient pentru dezinfectarea suprafețelor, deoarece razele nu pot pătrunde acolo unde o face, de exemplu, alcoolul. Totuși, ultravioletele dezinfectează eficient aerul.
Atunci când tușim sau strănutăm, se formează picături de câțiva micrometri, care rămân în aer de la câteva minute până la câteva ore []. Studiile privind tuberculoza au arătat că o singură picătură aerosolizată este suficientă pentru a infecta.
Afara suntem relativ în siguranță datorită volumelor mari și mobilității aerului, care poate dispersa și dezinfecta în timp și prin radiația solară orice strănut. Chiar și în metrou, atâta vreme cât proporția oamenilor infectați este mică, volumul total de aer pe cap de persoană infectată este mare, iar o ventilație bună face riscul răspândirii infecției redus. Cel mai periculos loc în timpul pandemiilor de boli transmise prin aer este liftul. Prin urmare, cei care strănută trebuie să rămână în carantină, iar aerul din spațiile publice cu ventilație insuficientă necesită dezinfectare.
Recirculatoare
O opțiune pentru dezinfectarea aerului constă în recirculatoarele UV închise. Vom discuta despre unul dintre aceste recirculatoare – "Dezar 7", cunoscut pentru faptul că a fost remarcat chiar și în cabinetul primului om al statului.
În descrierea recirculatoarei se menționează că aceasta suflă 100 m3 pe oră și este destinat pentru tratarea unei încăperi cu un volum de 100 m3 (aproximativ 5 × 7 × 2,8 metri).
Cu toate acestea, capacitatea de a dezinfecta 100 m3 de aer pe oră nu înseamnă că aerul dintr-o cameră de 100 m3 va fi tratat la fel de eficient într-o oră. Aerul tratat diluează aerul murdar, care astfel revine în mod constant în recirculatoare. Este simplu să construiești un model matematic și să calculezi eficiența acestui proces:
Fig. 20 Influenta funcționării recirculatoarei UV asupra numărului de microorganisme din aerul unei încăperi fără ventilație.
Pentru a reduce concentrația microorganismelor din aer cu 90%, recirculatoarea trebuie să funcționeze mai mult de două ore. În absența ventilației în încăpere, acest lucru este posibil. Dar nu există de obicei încăperi cu oameni și fără ventilație. De exemplu, [] stabilește un debit minim de aer exterior pentru ventilație de 3 m3 pe oră pentru fiecare m2 de suprafață a apartamentului. Aceasta corespunde unei înlocuiri complete a aerului o dată pe oră și face inutilă funcționarea recirculatorului.
Dacă luăm în considerare modelul de amestecare incompletă, cu jeturi laminare care urmează o traiectorie complexă stabilită în cameră și se îndreaptă spre ventilație, eficiența dezinfectării unuia dintre aceste jeturi este și mai redusă decât în modelul de amestecare completă.
În orice caz, recirculatorul UV nu este mai eficient decât o fereastră deschisă.
Una dintre cauzele eficienței reduse a recirculatorilor este că efectul bactericid este extrem de mic în raport cu fiecare watt de flux UV. Razele trec aproximativ 10 centimetri în interiorul aparatului și apoi se reflectă de aluminiu cu un coeficient de aproximativ k=0,7. Aceasta înseamnă că distanța eficientă de propagare a razei în interiorul aparatului este de aproximativ jumătate de metru, după care este absorbită fără folos.
Fig. 21. Cadru dintr-un videoclip pe Youtube, în care se analizează recirculatorul. Se observă lămpile bactericide și suprafața reflectantă din aluminiu, care reflectă ultravioletul semnificativ mai rău decât lumina vizibilă [].
O lampă bactericidă, care este expusă liber pe peretele cabinetului de policlinică și este deschisă conform programului stabilit de medic, este de mai multe ori mai eficientă. Razele de la lampa deschisă parcurg câțiva metri, dezinfectând întâi aerul, apoi și suprafețele.
Dispozitive de iradiere a aerului în partea superioară a încăperii
În saloanele spitalelor, în care se află constant pacienți imobilizați, uneori se utilizează instalații UV care iradiază fluxuri circulante de aer de sub tavan. Principalul dezavantaj al acestor instalații este că grila care acoperă lămpile permite să treacă doar razele care vin strict într-o singură direcție, absorbând fără folos mai mult de 90% din restul fluxului.
Se poate insufla suplimentar aerul printr-un astfel de iradiator, pentru a obține de asemenea un recirculator, dar așa ceva nu se face, probabil din cauza dorinței de a evita un acumulător de praf în salon.
Fig. 22. Iradiator UV sub tavan, imagine de pe site-ul [].
Grilele protejează persoanele din interior de fluxul direct de ultraviolet, dar fluxul care trece prin grilă ajunge pe tavan și pereți și se reflectă difuz, cu un coeficient de reflexie de aproximativ 10%. Spațiul se umple cu radiații ultraviolet în toate direcțiile, iar oamenii primesc o dozare de ultraviolet proporțională cu timpul petrecut în interior.
Recenzori și autor
Recenzori:
Artiom Balabanov, inginer electronist, dezvoltator de sisteme UV de întărire;
Rumen Vasilev, doctor în științe tehnice, specialist în iluminat, OOD «Interlux», Bulgaria;
Vadim Grigorov, biofizician;
Stanislav Lermontov, inginer în iluminat, ООО «Sisteme Integrate»;
Alexei Pankrashkin, doctor în științe tehnice, conferențiar, iluminat pe bază de semiconductori și fotonica, ООО «INTEH Engineering»;
Andrei Hramov, specialist în proiectarea iluminatului pentru instituții medicale;
Vitaly Tsvirko, șef al laboratorului de teste de iluminat «ЦСОТ НАН Беларуси»
Autor: Anton Sharakshany, doctor în științe fizico-matematice, specialist în iluminat și biofizician, Primul MGMU im. I.M. Sechenov
Linkuri
Linkuri
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 DEZINFECȚIA AERULUI PRIN UV
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fizica radiațiilor optice și ingineria iluminatului. Partea 10: Radiații eficace din punct de vedere fotobiologic, cuantități, simboluri și spectre de acțiune. Fizica radiațiilor optice și ingineria iluminatului. Radiația fotobiologic activă. Dimensiuni, denumiri convenționale și spectre de acțiune
[ESNA] Manualul de iluminat ESNA, a 9-a ediție. ed. Rea M.S. Societatea de Inginerie a Iluminatului din America de Nord, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampi și sisteme de lampi. Siguranța fotobiologică
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 Sensibilitatea ultravioletă a Coronavirusului COVID-19, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[ВОЗ] Organizația Mondială a Sănătății. Radiația ultravioletă: Revizuire științifică oficială asupra impactului radiației UV asupra mediului și sănătății, menționând despre epuizarea globală a stratului de ozon.
[Дезар]
[Р 3.5.1904-04] Р 3.5.1904-04 Utilizarea radiației bactericidale ultraviolete pentru dezinfectarea aerului în interior
[СП 60.13330.2016] СП 60.13330.2016 Încălzire, ventilație și aer condiționat.
Sursa: habr.com
