Vlastnosti ultrafialového svetla závisia od vlnovej dĺžky a ultrafialové žiarenie z rôznych zdrojov sa líši spektrom. Prediskutujeme, aké sú zdroje ultrafialového svetla a ako ich aplikovať na maximalizáciu baktericídneho účinku pri minimalizácii rizika nežiaducich biologických efektov.
Obr. 1. Na fotografii nie je dezinfekcia žiarením UVC, ako by sa mohlo zdať, ale tréning používania ochranného obleku s odhaľovaním vo svetle UVA luminiscenčných škvŕn výučbových telesných tekutín. UVA – jemné ultrafialové svetlo, ktoré nemá baktericídny účinok. Zatvorené oči sú oprávneným bezpečnostným opatrením, pretože široké spektrum používaných luminiscenčných lampy UVA sa prekrýva s UVB, ktorý je nebezpečný pre zrak (zdroj Simon Davis/DFID).
Vlnová dĺžka viditeľného svetla zodpovedá energii kvanta, pri ktorej je možné fotochemické pôsobenie. Kvantá viditeľného svetla vzbudzujú fotochemické reakcie v konkrétnej fotocitlivej tkanive – v sietnici oka.
Ultrafialové svetlo je neviditeľné, jeho vlnová dĺžka je menšia, frekvencia a energia kvanta sú vyššie, žiarenie je tvrdšie, rôznorodosť fotochemických reakcií a biologických efektov je väčšia.
Ultrafialové žiarenie sa delí na:
- Blízke vlastnostiam viditeľnému svetlu dlhovlnové/jemné/krátke UVA (400...315 nm);
- Stredne tvrdé – UVB (315...280 nm);
- Krátkovlnové/dialkové/tvrdé – UVC (280...100 nm).
Baktericídny účinok ultrafialového svetla
Baktericídny účinok má tvrdé ultrafialové svetlo – UVC, a v menšej miere ultrafialové svetlo strednej tvrdosti – UVB. Z krivky baktericídnej účinnosti je vidieť, že jasný baktericídny účinok má len úzky rozsah 230...300 nm, teda asi štvrtina z rozsahu, ktorý sa nazýva ultrafialové svetlo.
Obr. 2 Krivky baktericídnej účinnosti z []
Kvantá s vlnovými dĺžkami v tomto rozsahu sú absorbované nukleovými kyselinami, čo vedie k deštrukcii štruktúry DNA a RNA. Okrem baktericídneho, teda zabíjajúceho baktérie, tento rozsah pôsobí aj virucidne (proti vírusom), fungicídne (proti hubám) a sporocídne (zabíjajúce spóry). Medzi nimi sa zabíja aj vírus SARS-CoV-2 obsahujúci RNA, ktorý spôsobil pandémiu v roku 2020.
Baktericídny účinok slnečného svetla
Baktericídny účinok slnečného svetla je relatívne malý. Pozrime sa na slnečné spektrum nad atmosférou a pod atmosférou:
Obr. 3. Spektrum slnečného žiarenia nad atmosférou a na úrovni mora. Najdrsnejšia časť ultrafialového spektra sa nedostáva až na povrch Zeme (prevzaté z Wikipédie).
Je potrebné venovať pozornosť žltou označenému nadatmosférickému spektru. Energia kvanta na ľavom okraji spektra nadatmosférických slnečných lúčov s vlnovou dĺžkou menšou ako 240 nm zodpovedá energii chemickej väzby 5,1 eV v molekule kyslíka „O2“. Molekulárny kyslík absorbuje tieto kvantá, chemická väzba sa pretrhne a vytvorí sa atómový kyslík „O“, ktorý sa späť spája do molekúl kyslíka „O2“ a čiastočne ozónu „O3“.
Nadatmosférický UVC slnečný žiarenie vytvára na hornej vrstve atmosféry ozón nazývaný ozónová vrstva. Energia chemickej väzby v molekule ozónu je nižšia ako v molekule kyslíka a preto ozón absorbuje kvantá s nižšou energiou než kyslík. A ak kyslík absorbuje len UVC, tak ozónová vrstva absorbuje UVC aj UVB. Z toho vyplýva, že slnko na okraji ultrafialovej časti spektra generuje ozón, a tento ozón následne absorbuje väčšinu drsného slnečného ultrafialového žiarenia, čím chráni Zem.
A teraz opatrne, s dôrazom na vlnové dĺžky a mierku, porovnajme slnečné spektrum so spektrom baktericídneho účinku.
Obr. 4 Spektrum baktericídneho účinku a spektrum slnečného žiarenia.
Je vidieť, že baktericídny účinok slnečného svetla je zanedbateľný. Časť spektra, ktorá môže mať baktericídny účinok, je takmer úplne absorbovaná atmosférou. V rôznych ročných obdobiach a na rôznych šírkach sa situácia trochu líši, ale kvalitne zostáva podobná.
Nebezpečenstvo ultrafialového žiarenia
Vedúci jednej z veľkých krajín navrhol: „na vyliečenie z COVID-19 je potrebné dodať slnečné svetlo do organizmu“. Avšak, baktericídny UV rozkladá RNA a DNA, vrátane ľudskej. Ak „dodať slnečné svetlo do organizmu“ – človek zomrie.
Epidermis, predovšetkým rohová vrstva odumretých buniek, chráni živú tkanivo pred UVC. Nižšie od epidermálnej vrstvy preniká len menej ako 1% UVC žiarenia [WHO]. Dlhšie vlny UVB a UVA prenikajú do väčšej hĺbky.
Keby slnečné ultrafialové žiarenie neexistovalo, možno by ľudia nemali epidermis a rohovú vrstvu a povrch tela by bol slizký, ako u slimákov. No keďže ľudia evolučne žili pod slnkom, sú slizké len povrchy chránené pred slnkom. Najviac zraniteľná je sliznica oka, podmienečne chránená pred slnečným ultrafialovým žiarením viečkami, riasami, obočím, motorikou tváre a zvykom nepozerať sa na slnko.
Keď sa prvýkrát naučili nahrádzať šošovku umelou, oftalmológovia sa stretli s problémom popálenín sietnice. Začali skúmať príčiny a zistili, že živá ľudská šošovka nie je pre ultrafialové žiarenie priehľadná a chráni sietnicu. Po tom sa umelé šošovky vyrobili nepriehľadné pre ultrafialové žiarenie.
Obrázok oka v ultrafialových lúčoch ilustruje nepriehľadnosť šošovky pre ultrafialové žiarenie. Na vlastnom oku nie je vhodné osvetľovať ultrafialovým žiarením, pretože časom šošovka zakalí, okrem iného aj kvôli dávke ultrafialového žiarenia, ktorú nazbierala s rokmi, a potrebuje výmenu. Preto sa využijeme skúsenosti odvážnych ľudí, ktorí zanedbali bezpečnosť, osvetlili si oči ultrafialovou baterkou na vlnovej dĺžke 365 nm a výsledok zverejnili na YouTube.
Obr. 5 Záber z videa na YouTube kanáli „Kreosan“.
Ultrafialové baterky vyžarujúce luminiscenciu s vlnovou dĺžkou 365 nm (UVA) sú obľúbené. Kupujú ich dospelí, ale nevyhnutne sa dostanú do rúk deťom. Deti si nimi svietia do očí, dôkladne a dlhodobo si prezerajú svietiaci kryštál. Takýmto činnostiam je žiaduce predchádzať. Ak sa to stalo, môžeme sa upokojiť tým, že katarakta je v štúdiách na myšiach dôveryhodne spôsobená ožarovaním šošovky UVB, ale katarogénny účinok UVA je nestály [].
A predsa presný spektrum účinku ultrafialového žiarenia na šošovku nie je známe. A ak vezmeme do úvahy, že katarakta je silne oneskorený efekt, treba mať určitý rozum, aby sme si vopred nesvietili do očí ultrafialovým žiarením.
Relatívne rýchlo sa pod ultrafialovým žiarením zapália sliznice oka, čo sa nazýva fotokeratitída a fotokonjunktivitída. Sliznice sa sčervenajú a objaví sa pocit „piesku v očiach“. Tento účinok mizne po niekoľkých dňoch, ale opakované popáleniny môžu viesť k zakaleniu rohovky.
Dĺžky vĺn, ktoré spôsobujú tieto účinky, približne zodpovedajú váženej funkcii UV-rizika uvedenej v norme pre fotobiologickú bezpečnosť [IEC 62471] a približne sa zhodujú s oblastí baktericídneho účinku.
Obr. 6 Spektrá účinku ultrafialového žiarenia, spôsobujúceho fotokonjunktivitídu a fotokeratitídu z [] a vážená funkcia aktinického UV rizika pre kožu a oči z [].
Práhové dávky pre fotokeratitídu a fotokonjunktivitídu sú 50-100 J/m2, táto hodnota nepresahuje dávky používané pri dezinfekcii. Dezinfikovať sliznicu oka ultrafialovým žiarením bez vyvolania zápalu nie je možné.
Erytém, teda „spálenie slnkom“, je nebezpečný ultrafialovým žiarením v oblasti do 300 nm. Podľa niektorých zdrojov je maximálna spektrálna účinnosť erytému pri vlnových dĺžkach okolo 300 nm []. Minimálna dávka, ktorá spôsobuje takmer neviditeľný erytém MED (Minimálna Erytematická Dávka) pre rôzne typy kože sa pohybuje od 150 do 2000 J/m2. Pre obyvateľov stredného pásma sa typická MED môže považovať za približne 200…300 J/m2.
UVB v rozsahu 280-320 nm, s maximom okolo 300 nm spôsobuje rakovinu kože. Práhová dávka neexistuje, vyššia dávka znamená vyššie riziko a účinok je oneskorený.
Obr. 7 Krivky účinkov ultrafialového žiarenia, spôsobujúcich erytém a rakovinu kože.
Fotoindukované starnutie kože je spôsobené ultrafialovým žiarením v celom rozsahu 200…400 nm. Je známa fotografia vodiča, ktorý bol vystavený slnečnému ultrafialovému žiareniu prevažne z ľavej strany počas jazdy. Vodič mal zvyk jazdiť s otvoreným oknom, ale pravá časť tváre bola chránená pred slnečným ultrafialovým žiarením čelním sklom. Rozdiel vo vekovom stave pokožky na pravej a ľavej strane je pôsobivý:
Obr. 8 Fotografia vodiča, ktorý 28 rokov jazdil s otvoreným oknom [].
Ak v hrubých obrysoch odhadneme, že vek pokožky na rôznych stranách tváre tohto človeka sa líši o dvadsať rokov a že je to dôsledok toho, že asi týchto dvadsať rokov bola jedna strana tváre vystavená slnku, zatiaľ čo druhá nie, môžeme si opatrne odvodit, že deň na otvorenom slnku starne pokožku o jeden deň.
Z referenčných údajov [] je známe, že v stredných zemepisných šírkach v lete pod priamym slnkom sa minimálna erytémová dávka 200 J/m2 dosiahne rýchlejšie než za hodinu. Porovnaním týchto čísel s uvedeným záverom môžeme urobiť ďalší záver – starnutie pokožky pri občasnej a krátkodobej práci s ultrafialovými lampami nie je významným rizikom.
Koľko ultravioletu je potrebné na dezinfekciu
Počet prežívajúcich mikroorganizmov na povrchoch a vo vzduchu sa pri zvyšovaní dávky ultrafialového žiarenia exponenciálne znižuje. Napríklad dávka, ktorá zabíja 90% mykobaktérií tuberkulózy – 10 J/m2. Dve také dávky zabíjajú 99%, tri dávky zabíjajú 99,9% atď.
Obr. 9 Závislosť podielu prežívajúcich mykobaktérií tuberkulózy na dávke ultrafialového žiarenia pri vlnovej dĺžke 254 nm.
Exponenciálna závislosť je pozoruhodná tým, že aj malá dávka zabíja veľkú časť mikroorganizmov.
Medzi uvedenými v [] patogénnymi mikroorganizmami je najodolnejšia voči ultrafialovému žiareniu salmonela. Dávka, ktorá zabíja 90% jej baktérií – 80 J/m2. Podľa prehľadu [Kowalski2020] je priemerná hodnota dávky, ktorá zabíja 90% koronavírusov – 67 J/m2. Ale pre väčšinu mikroorganizmov táto dávka nepresahuje 50 J/m2. Pre praktické účely si môžete zapamätať, že štandardná dávka, dezinfikujúca s účinnosťou 90%, je 50 J/m2.
Podľa platnej schválenej metodiky Ministerstva zdravotníctva Ruskej federácie na používanie ultrafialového žiarenia na dezinfekciu vzduchu [] maximálna účinnosť dezinfekcie „tri deviatky“ alebo 99,9% je požadovaná pre operačné sály, pôrodnice a pod. Pre školské triedy, priestory verejných budov a pod. je dostatočná „jedna deviatka“, teda 90% zničených mikroorganizmov. To znamená, že v závislosti od kategórie miestnosti je potrebné od jednej do troch štandardných dávok 50…150 J/m2.
Príklad posúdenia potrebného času ožarovania: predpokladajme, že je potrebné dezinfikovať vzduch a povrchy v miestnosti s rozmermi 5 × 7 × 2,8 metra, na čo sa používa jedna otvorená lampa Philips TUV 30W.
V technickom popise lampy je uvedený baktericídny výkon 12 W []. V ideálnom prípade ide celý výkon presne na dezinfikované povrchy, ale v reálnej situácii polovica výkonu sa stratí bez úžitku, napríklad budú nadmerne intenzívne osvetľovať stenu za svietidlom. Preto budeme počítať s využiteľným výkonom 6 W. Celková ožarovaná plocha povrchov v miestnosti – podlaha 35 m2 + strop 35 m2 + steny 67 m2, dokopy 137 m2.
Priemerne na povrchy dopadá baktericídny výkon 6 W/137m2 = 0,044 W/m2. Za hodinu, teda za 3600 sekúnd, na tieto povrchy pripadne dávka 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, alebo zaokrúhlene 150 J/m2. To zodpovedá trom štandardným dávkam 50 J/m2, alebo "trom deviatkam" – 99,9% baktericídnej účinnosti, t.j. požiadavkám na operačné sály. A keďže vypočítaná dávka, skôr ako dopadne na povrchy, prešla objemom miestnosti, s rovnakou účinnosťou dezinfikovala aj vzduch.
Ak sú požiadavky na sterilitu nízke a postačuje "jedna deviatka", pre uvedený príklad potrebujeme trikrát menej času ožarovania – zaokrúhlene 20 minút.
Ochrana pred ultrafialovým žiarením
Hlavná ochranná opatrenie počas dezinfekcie ultrafialovým žiarením – vyhnúť sa miestnosti. byť blízko pracujúcej UV lampy a odvracať pohľad nepomôže, sliznice očí sú aj tak ožarované.
Čiastočnou ochranou slizníc očí môžu byť sklenené okuliare. Kategorické tvrdenie, že „sklo neprepúšťa ultrafialové žiarenie“ nie je správne, do určitej miery prepúšťa, pričom rôzne druhy skla prepúšťajú rôzne. Všeobecne platí, že so zmenšujúcou sa vlnovou dĺžkou klesá koeficient prepúšťania, a UVC sa účinne prepúšťa iba kremenným sklom. Okulárové sklá v každom prípade nie sú kremenné.
S určitosťou môžeme povedať, že ultrafialové žiarenie neprenikajú šošovky okuliarov s označením UV400.
Obr. 10 Spektrum prepúšťania okuliarových skiel s indexami UV380, UV400 a UV420. Obrázok z webovej stránky []
Ochranu zabezpečuje aj použitie bakteriálnych zdrojov UV-C, ktoré nevydávajú potenciálne nebezpečné, ale neúčinné UVB a UVA spektrum na dezinfekciu.
Ultrafialové zdroje
UV diódy
Najrozšírenejšie sú ultrafialové diódy 365 nm (UVA), určené na "policajné svietidla", ktoré spôsobujú luminescenciu na odhaľovanie neviditeľných kontaminantov bez ultrafialového svetla. Dezinfekcia takýmito diódami je nemožná (pozri obr. 11).
Na dezinfekciu je možné použiť krátkovlnné UVC diódy s vlnovou dĺžkou 265 nm. Cena modulu na diódach, ktorý by nahradil ortuťovú bakteriálnu lampu, prevyšuje cenu lampy o tri poriadky, a preto sa takéto riešenia v praxi na dezinfekciu veľkých plôch nepoužívajú. Objavujú sa však kompaktné zariadenia na UV diódy na dezinfekciu malých plôch – nástrojov, telefónov, miest poškodenia pleti atď.
Ortuťové lampy s nízkym tlakom
Ortuťová lampa s nízkym tlakom je štandard, s ktorým sa porovnávajú všetky ostatné zdroje.
Hlavná časť energie vyžarovanej parami ortuti pri nízkom tlaku v elektrickom výboji sa sústreďuje na vlnovej dĺžke 254 nm, ideálnej na dezinfekciu. Malé množstvo energie sa vyžiari na vlnovej dĺžke 185 nm, ktoré intenzívne generuje ozón. A veľmi malé množstvo energie sa vyžiari na iných vlnových dĺžkach, vrátane viditeľného spektra.
V bežných ortuťových fluorescenčných lampách bieleho svetla sklo baňky neprepúšťa ultrafialové svetlo vyžarované ortuťovými parami. Ale luminofor, biely prášok na stenách baňky, pod pôsobením ultrafialového svetla žiari v viditeľnom spektre.
Lampy UVB alebo UVA sú zostavené podobne, sklenená baňa neprepúšťa špičky 185 nm a špičku 254 nm, ale luminofor pod pôsobením krátkovlnného ultrafialového svetla vyžaruje neviditeľné svetlo, a dlhovlnné ultrafialové svetlo. Ide o lampy technického určenia. A pretože spektrum lampy UVA je podobné slnečnému, tieto lampy sa používajú aj na opaľovanie. Porovnanie spektra s krivkou bakteriálnej účinnosti ukazuje, že používanie lamp UVB a najmä UVA na dezinfekciu nie je opodstatnené.
Obr. 11 Porovnanie krivky bakteriálnej účinnosti, spektra lampy UVB, spektra lampy UVA „pre opaľovanie“ a spektra diódy 365 nm. Spektrá lámp boli prevzaté z webovej stránky americkej asociácie výrobcov farieb [].
Je dôležité poznamenať, že spektrum fluorescenčnej lampy UVA je široké a pokrýva UVB rozsah. Spektrum diódy 365 nm je oveľa užšie, čo je „čestné UVA“. Ak je UVA potrebné na vyvolanie luminiscencie na dekoratívne účely alebo na odhaľovanie znečistení, použitie diódy je bezpečnejšie ako použitie ultrafialovej fluorescenčnej lampy.
Rtuťová bakteriálna lampa nízkeho tlaku UVC sa od fluorescenčných líši tým, že na stenách sklenenej baňky nie je luminofor, a baňka prepúšťa ultrafialové žiarenie. Hlavná línia 254 nm sa vždy prepúšťa, zatiaľ čo ozón vytvárajúca línia 185 nm môže byť v spektre lampy buď ponechaná, alebo odstránená sklenenou baňkou so selektívnym prepúšťaním.
Obr. 12 Rozsah žiarenia je uvedený na označení ultrafialových lámp. Bakteriálnu lampu UVC možno spoznať podľa absencie luminoforu na baňke.
Ozón má dodatočný bakteriálny účinok, ale je karcinogénny, preto aby sa nečakalo na vyprchanie ozónu po dezinfekcii, používajú sa lampy, ktoré neprodukujú ozón a nemajú čiaru 185 nm v spektre. Tieto lampy majú takmer ideálne spektrum — hlavná línia s vysokou bakteriálnou účinnosťou 254 nm, veľmi slabé žiarenie v nebakteriálnych oblastiach ultrafialového spektra a malé „signálne“ žiarenie vo viditeľnom rozsahu.
Obr. 13 Spektrum rtuťovej lampy nízkeho tlaku UVC (poskytnuté časopisom lumen2b.ru) je spojené so spektrom slnečného žiarenia (z Wikipédie) a krivkou účinnosti bakteriálneho účinku (z ESNA Lighting Handbook []).
Modré žiarenie bakteriálnych lámp umožňuje vidieť, že rtuťová lampa je zapnutá a funguje. Žiarenie je slabé, čo vytvára klamný pocit, že pozeranie na lampu je bezpečné. Nezaznamenávame, že žiarenie v rozsahu UVC predstavuje 35…40 % celkovej spotrebovanej energie lampou.
Obr. 14 Malá časť energie žiarenia pár ortuti pripadá na viditeľný rozsah a je viditeľná ako slabé modré žiarenie.
Baktericídna rtutová lampa s nízkym tlakom má rovnaký objímku ako bežná fluorescenčná lampa, ale je vyrobená v inej dĺžke, aby sa bakteriálna lampa nemohla vložiť do bežných svietidiel. Svietidlo pre bakteriálnu lampu sa okrem rozmerov líši tým, že všetky plastové diely sú odolné voči ultrafialovému žiareniu, káble sú chránené pred UV žiarením a nie je tu rozptýľovač.
Pre domácich bakteriálnych potrebností autor používa bakteriálnu lampu 15 W, ktorá sa predtým používala na dezinfekciu výživného roztoku hydroponickej súpravy. Jej analóg možno nájsť pod vyhľadávaním „aquarium uv sterilisator“. Pri práci lampy sa uvoľňuje ozón, čo nie je dobré, ale na dezinfekciu, napríklad obuvi, je užitočné.
Obr. 15 Rtuťové lampy s nízkym tlakom s objímkami rôznych typov. Obrázky z webu Aliexpress.
Rtuťové lampy stredného a vysokého tlaku
Zvýšenie tlaku pár rtuti vedie k zložitosti spektra, spektrum sa rozširuje a v ňom sa objavuje viac línií, vrátane generujúcich ozón na vlnových dľžkách. Pridanie aditív do rtuti vedie k ešte väčšej zložitosti spektra. Existuje mnoho typov takýchto lámp a spektrum každého je jedinečné.
Obr. 16 Príklady spektrá rtuťových lámp stredného a vysokého tlaku
Zvýšenie tlaku znižuje účinnosť lampy. Na príklade značky Aquafineuv lampa stredného tlaku v oblasti UVC vyžaruje už 15-18% z odoberanej energie, a nie 40% ako lampy s nízkym tlakom. A náklady na zariadenie na jeden watt toku UVC sú vyššie [].
Zníženie účinnosti a zvyšovanie nákladov lampy je vyvážené kompaktnosťou. Napríklad dezinfekcia prietokovej vody alebo sušenie rýchlo aplikovanej farby v polygrafii vyžaduje kompaktné a silné zdroje, špecifická cena a účinnosť nie sú dôležité. Ale použitie takejto lampy na dezinfekciu nie je správne.
UV ožarovač z horáka DRL a lampy ДРТ
Existuje 'ľudový' spôsob, ako relativne lacno získať silný zdroj ultrafialového žiarenia. Vychádzajú z používania, ale stále sú v predaji lampy DRL bieleho svetla 125…1000 W. Tieto lampy majú vo vnútri vonkajšieho skla 'horák' — rtuťovú lampu s vysokým tlakom. Vydáva širokospektrum ultrafialové svetlo, ktoré sa zadržiava vonkajším skleneným obalom, ale spôsobuje, že lumífor na jej stenách žiari. Ak rozbijete vonkajšie sklo a pripojíte horák k sieti cez štandardný transformátor, získate silný emitér širokospektrálneho ultrafialového žiarenia.
Takýto domácimi výrobcami vyrobený emitér má nedostatky: nízkoefektívnosť v porovnaní s lampami nízko tlaku, značný podiel ultrafialového žiarenia mimo baktericídneho spektra, a v priestoroch sa nesmie nachádzať nejaký čas po vypnutí lampy, pokiaľ sa nerozpadne alebo neodíde ozón.
Ale sú nepopierateľné aj plusy: nízka cena a vysoký výkon pri kompaktných rozmeroch. K plusom patrí aj generácia ozónu. Ozón dezinfikuje tienené povrchy, na ktoré sa nedostanú lúče ultrafialového žiarenia.
Obr. 17 Ultrafiolový ožarovač vyrobený z lám DRL. Fotografia sa publikovaná so súhlasom autora, bulharského zubára, ktorý používa tento ožarovač ako doplnok k štandardnej baktericídnej lampe Philips TUV 30W.
Podobné zdroje ultrafialového žiarenia na dezinfekciu vo forme rtuťových lamp vysokého tlaku sa používajú v ožarovačoch typu OUFK-01 'Slnečko'.
Napríklad pre populárnu lampu 'DRT 125-1' výrobca nezverejňuje spektrum, ale v dokumentácii uvádza parametre: intenzita ožarovania vo vzdialenosti 1 m od lampy UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, baktericídny tok 8 W, a po použití je potrebné vetranie priestorov od ozónu []. Na priamej otázke o rozdiele medzi lampou DRT a horákom DRL, výrobca vo svojom blogu odpovedal, že DRT má izolačné zelené pokrytie na katódach.
Obr. 18 Zdroje širokospektrálneho ultrafialového žiarenia — lampa DRT-125
Podľa deklarovaných charakteristík je zrejmé, že spektrum je širokopásmové s takmer rovnakým podielom žiarenia na mäkkej, strednej a tvrdej ultrafialovej zóne, vrátane zachytenia ozón generujúcej tvrdej UVC. Baktericídny prúd predstavuje 6,4% z odoberanej energie, čo znamená, že účinnosť je šesťkrát nižšia ako pri trubici s nízkym tlakom.
Výrobca nezverejňuje spektrum tejto lampy a na internete koluje jedna a tá istá fotografia so spektrom niektorej z DRT. Pôvodný zdroj je neznámy, ale pomer energie v UVC, UVB a UVA pásmach nezodpovedá údajom uvedeným pre lampu DRT-125. Pre DRT je uvádzaný približne rovnaký pomer, ale podľa spektra je jasné, že energia UVB je násobne vyššia ako energia UBC. A v UVA je ďaleko viac ako v UVB.
Obr. 19. Spektrum oblúkových vysokotlakových rtuťových lámp, najčastejšie ilustrujúce spektrum široko používaných na medicínske účely DRT-125.
Je jasné, že lampy s rôznym tlakom a prísadami do ortuti vyžarujú trochu inak. Taktiež je zrejmé, že neinformovaný spotrebiteľ má tendenciu si sám vysnívať požadované charakteristiky a vlastnosti produktu, získať na základe vlastných predpokladov istotu a uskutočniť nákup. Zverejnenie spektra konkrétnej lampy vyvolá diskusie, porovnania a závery.
Autor raz zakúpil zariadenie OUFK-01 s lampou DRT-125 a niekoľko rokov ho používal na testovanie UV odolnosti plastových výrobkov. Ožaroval súčasne dva výrobky, z ktorých jeden bol kontrolný z odolného voči ultrafialovému žiareniu plastu a sledoval, ktorý začne žltnúť rýchlejšie. Pre takúto aplikáciu nie je potrebné poznať presnú formu spektra, dôležité je, aby bol vyžarovač širokopásmový. Ale na čo použiť širokopásmovú ultrafialovú žiarenie, ak sa vyžaduje dezinfekcia?
V určení OUFK-01 je uvedené, že ožarovač sa používa pri akútnych zápalových procesoch. To znamená, že v prípadoch, keď pozitívny účinok dezinfekcie pokožky prevyšuje možné škody spôsobené širokopásmovou ultrafialovou žiarením. Je zrejmé, že aj v takom prípade je lepšie použiť úzkopásmové ultrafialové žiarenie, bez vlnových dĺžok v spektre, ktoré by mali iný účinok okrem baktericídneho.
Dezinfekcia vzduchu
Ultrafialové svetlo sa považuje za nedostatočný prostriedok na dezinfekciu povrchov, pretože lúče nemôžu preniknúť tam, kde preniká napríklad alkohol. Ale ultrafialové svetlo účinne dezinfikuje vzduch.
Pri kýchaní a kašli sa vytvárajú kvapôčky veľkosti niekoľkých mikrometrov, ktoré visia vo vzduchu od niekoľkých minút do niekoľkých hodín []. Výskumy tuberkulózy ukázali, že na nakazenie stačí jedna aerosólová kvapôčka.
Na ulici sme v relatívnom bezpečí kvôli obrovským objemom a pohyblivosti vzduchu, ktorý je schopný rozptýliť a dezinfikovať akékoľvek kýchnutie časom a slnečným žiarením. Aj v metre, pokiaľ je podiel infikovaných ľudí malý, je celkový objem vzduchu prepočítaný na jedného infikovaného veľký, a dobré vetranie robí riziko šírenia infekcie malé. Najnebezpečnejšie miesto počas pandémií ochorení prenášaných vzdušnými kvapôčkami je výťah. Preto by mali kýchnuci zostať v karanténe a vzduch v verejných miestnostiach s nedostatočným vetraním vyžaduje dezinfekciu.
Recirkulátory
Jednou z možností dezinfekcie vzduchu sú uzavreté UV recirkulátory. Poďme prediskutovať jeden z takýchto recirkulátorov – „Dezar 7“, známy tým, že bol zaznamenaný dokonca v kancelárii najvyššieho štátneho predstaviteľa.
V popise recirkulátora je uvedené, že prečerpáva 100 m3 za hodinu a je určený na spracovanie miestnosti s objemom 100 m3 (približne 5 × 7 × 2,8 metra).
Avšak schopnosť dezinfikovať 100 m3 vzduchu za hodinu neznamená, že vzduch v miestnosti s objemom 100 m3 bude spracovaný rovnako efektívne za hodinu. Spracovaný vzduch riedi znečistený vzduch, ktorý sa takto znova a znova dostáva do recirkulátora. Nie je ťažké vytvoriť matematický model a vypočítať efektivitu takého procesu:
Obr. 20 Vplyv práce UV recirkulátora na počet mikroorganizmov vo vzduchu miestnosti bez vetrania.
Aby sa znížila koncentrácia mikroorganizmov vo vzduchu o 90%, musí recirkulátor pracovať viac ako dve hodiny. Pri absencii vetrania v miestnosti je to možné. Ale miestnosti s ľuďmi a bez vetrania obvykle neexistujú. Napríklad, [] predpisuje minimálnu spotrebu vonkajšieho vzduchu pri vetraní 3 m3 za hodinu na 1 m2 plochy bytu. Čo zodpovedá úplnej výmene vzduchu raz za hodinu a robí prácu recirkulátora zbytočnou.
Ak zvažujeme model neúplného premiešania, ale laminárnych prúdov, ktoré prechádzajú po ustálenej zložitej trajektórii v miestnosti a odchádzajú do vetrania, prínos dezinfekcie jedného z týchto prúdov je ešte menší než v modeli úplného premiešania.
V každom prípade UV recirkulátor nie je účinnejší ako otvorené okno.
Jedným z dôvodov malej efektívnosti recirkulátorov je to, že baktericídny účinok na každý watt UV toku je extrémne malý. Lúč prechádza asi 10 centimetrov vo vnútri zariadenia a následne sa odráža od hliníka s koeficientom približne k=0,7. To znamená, že efektívna vzdialenosť lúča vo vnútri zariadenia je asi pol metra, po čom je bez úžitku absorbovaný.
Obr. 21. Záber z videa na Youtube, na ktorom rozoberajú recirkulátor. Vidieť baktericídne lampy a hliníkový odrazový povrch, ktorý odráža ultrafialové žiarenie výrazne horšie než viditeľné svetlo [].
Baktericídna lampa, ktorá otvorene visí na stene v ambulancii a podľa rozvrhu sa zapína lekárom, je niekoľkonásobne účinnejšia. Lúče z otvorenej lampy prechádzajú niekoľko metrov, dezinfikujú najprv vzduch a potom aj povrchy.
Ožarovače vzduchu v hornej časti miestnosti
Vizitkách nemocníc, v ktorých sa neustále nachádzajú ležiaci pacienti, niekedy používajú UV zariadenia, ktoré ožarujú cirkulujúce prúdy vzduchu pod stropom. Hlavnou nevýhodou takýchto zariadení je, že mriežka, ktorá zakrýva lampy, umožňuje prechádzať iba lúčom, ktorý ide striktne v jednom smere, absorbujúc bez úžitku viac ako 90% ostatného prúdu.
Je možné dodatočne prefúknuť vzduch cez takýto ožarovač, aby sa taktiež stal recirkulátorom, ale tak sa to nedelá, pravdepodobne kvôli nechuti mať v miestnosti zberač prachu.
Obr. 22. Podstropný UV ožarovač vzduchu, obrázok z webu [].
Mriežky chránia ľudí v miestnosti pred priamym tokom ultrafialového žiarenia, avšak tok, ktorý prešiel cez mriežku, sa dostáva na strop a steny a difúzne sa odráža, s koeficientom odrazu približne 10%. Miestnosť sa naplní všesmerovým ultrafialovým žiarením a ľudia dostávajú dávku ultrafialového žiarenia, ktorá je úmerná času strávenému v miestnosti.
Recenzenti a autor
Recenzenti:
Artyom Balabanov, elektroinžinier, vývojár systémov UV vytvrdzovania;
Rumen Vasilev, PhD, svetelný technik, OOD "Interlux", Bulharsko;
Vadim Grigorov, biofyzik;
Stanislav Lermontov, svetelný inžinier, s.r.o. "Komplexné Systémy";
Alexej Pankraškin, PhD, docent, polovodičová svetelná technika a fotonika, s.r.o. "INTEH Inžinierstvo";
Andrej Chramov, špecialista na návrh osvetlenia zdravotníckych zariadení;
Vitalij Cvirko, vedúci svetelno-technickej skúšobne "CSOT NAN Bieloruska"
Autor: Anton Sharakshané, PhD, svetelný technik a biofyzik, Prvý MGHM im. I.M. Sečenova
Odkazy
Odkazy
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLET AIR DISINFECTION
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fyzika optického žiarenia a osvetlová technika. Časť 10: Fotobiologicky účinné žiarenie, veličiny, symboly a akčné spektrá. Fyzika optických žiarení a svetelná technika. Fotobiologicky aktívne žiarenie. Rozmery, dohodnuté označenia a akčné spektrá.
[ESNA] ESNA Osvetľovací manuál, 9. vydanie. red. Rea M.S. Osvetlovacia inžinierska spoločnosť Severnej Ameriky, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R MЭK 62471-2013 Žiarovky a žiarovkové systémy. Svetlobiológická bezpečnosť
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski a kol., 2020 Citlivosť koronavírusu COVID-19 na ultrafialové žiarenie, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[WHO] Svetová zdravotnícka organizácia. Ultrafialové žiarenie: Oficiálny vedecký prehľad o vplyve UV žiarenia na prostredie a zdravie s odkazom na globálne rozšírenie ozónovej vrstvy.
[Dezar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Používanie ultrafialového baktericídneho žiarenia na dezinfekciu vzduchu v miestnostiach
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Vykurovanie, vetranie a klimatizácia.
Zdroj: habr.com
