Vlastnosti ultrafialového žiarenia závisia od vlnovej dĺžky a ultrafialové žiarenie z rôznych zdrojov má iné spektrum. Budeme diskutovať o tom, ktoré zdroje ultrafialového svetla a ako ich používať, aby sa maximalizoval baktericídny účinok a zároveň sa minimalizovali riziká nežiaducich biologických účinkov.
Ryža. 1. Na fotke nie je dezinfekcia UVC žiarením, ako si možno myslíte, ale nácvik používania ochranného obleku s detekciou luminiscenčných škvŕn tréningových telesných tekutín v UVA lúčoch. UVA je jemné ultrafialové a nemá baktericídny účinok. Zatvorenie očí je rozumné bezpečnostné opatrenie, pretože široké spektrum používaných UVA žiariviek sa prekrýva s UVB, ktoré je škodlivé pre zrak (zdroj Simon Davis/DFID).
Vlnová dĺžka viditeľného svetla zodpovedá kvantovej energii, pri ktorej je fotochemické pôsobenie práve možné. Viditeľné svetelné kvantá vyvolávajú fotochemické reakcie v špecifickom fotosenzitívnom tkanive – sietnici.
Ultrafialové žiarenie je neviditeľné, jeho vlnová dĺžka je kratšia, frekvencia a energia kvanta je vyššia, žiarenie je drsnejšie a rozmanitosť fotochemických reakcií a biologických účinkov je väčšia.
Ultrafialové žiarenie sa líši v:
- Dlhá vlnová dĺžka/mäkké/blízke UVA (400...315 nm) podobné vlastnosti ako viditeľné svetlo;
- Stredná tvrdosť - UVB (315...280 nm);
- Krátkovlnné/dlhovlnné/tvrdé – UVC (280…100 nm).
Baktericídny účinok ultrafialového svetla
Baktericídny účinok má tvrdé ultrafialové svetlo - UVC a v menšej miere stredne tvrdé ultrafialové svetlo - UVB. Krivka baktericídnej účinnosti ukazuje, že iba úzky rozsah 230...300 nm, teda asi štvrtina rozsahu nazývaného ultrafialové žiarenie, má jasný baktericídny účinok.
Ryža. 2 Krivky baktericídnej účinnosti z []
Kvanty s vlnovými dĺžkami v tomto rozsahu sú absorbované nukleovými kyselinami, čo vedie k deštrukcii štruktúry DNA a RNA. Okrem toho, že je baktericídny, teda zabíja baktérie, má tento rad virucídne (antivírusové), fungicídne (protiplesňové) a sporicídne (zabíjajúce spóry) účinky. To zahŕňa zabíjanie RNA vírusu SARS-CoV-2020, ktorý spôsobil pandémiu v roku 2.
Baktericídny účinok slnečného žiarenia
Baktericídny účinok slnečného žiarenia je relatívne malý. Pozrime sa na slnečné spektrum nad a pod atmosférou:
Ryža. 3. Spektrum slnečného žiarenia nad atmosférou a na hladine mora. Najdrsnejšia časť ultrafialového spektra nedosahuje povrch Zeme (vypožičané z Wikipédie).
Za pozornosť stojí nadatmosférické spektrum zvýraznené žltou farbou. Kvantová energia ľavého okraja spektra supraatmosférických slnečných lúčov s vlnovou dĺžkou menšou ako 240 nm zodpovedá energii chemickej väzby 5.1 eV v molekule kyslíka „O2“. Molekulový kyslík tieto kvantá pohltí, chemická väzba sa preruší, vznikne atómový kyslík „O“, ktorý sa spojí späť do molekúl kyslíka „O2“ a čiastočne aj ozónu „O3“.
Slnečné supraatmosférické UVC vytvára ozón v hornej atmosfére, nazývanej ozónová vrstva. Energia chemickej väzby v molekule ozónu je nižšia ako v molekule kyslíka, a preto ozón absorbuje kvantá nižšej energie ako kyslík. A kým kyslík pohlcuje len UVC, ozónová vrstva pohlcuje UVC a UVB. Ukazuje sa, že slnko vytvára ozón na samom okraji ultrafialovej časti spektra a tento ozón potom absorbuje väčšinu tvrdého ultrafialového žiarenia slnka, čím chráni Zem.
Teraz opatrne, venujúc pozornosť vlnovým dĺžkam a mierke, spojíme slnečné spektrum so spektrom baktericídneho účinku.
Ryža. 4 Spektrum baktericídneho účinku a spektrum slnečného žiarenia.
Je vidieť, že baktericídny účinok slnečného žiarenia je nevýznamný. Časť spektra schopná vykazovať baktericídny účinok je takmer úplne absorbovaná atmosférou. V rôznych obdobiach roka a v rôznych zemepisných šírkach je situácia mierne odlišná, ale kvalitatívne podobná.
Nebezpečenstvo ultrafialového žiarenia
Vodca jednej z veľkých krajín navrhol: „Aby ste vyliečili COVID-19, musíte do tela priniesť slnečné svetlo. Germicídne UV však ničí RNA a DNA, vrátane ľudských. Ak „donesiete slnečné svetlo do tela“, človek zomrie.
Epidermis, predovšetkým stratum corneum odumretých buniek, chráni živé tkanivo pred UVC. Pod epidermálnou vrstvou preniká len menej ako 1 % UVC žiarenia [WHO]. Dlhšie UVB a UVA vlny prenikajú do väčších hĺbok.
Keby nebolo slnečného ultrafialového žiarenia, možno by ľudia nemali epidermis a stratum corneum a povrch tela by bol hlienovitý ako u slimákov. Ale keďže sa ľudia vyvinuli pod slnkom, iba povrchy chránené pred slnkom sú hlienovité. Najzraniteľnejší je slizničný povrch oka, podmienečne chránený pred slnečným ultrafialovým žiarením viečkami, mihalnicami, obočím, motorikou tváre a zvykom nepozerať sa do slnka.
Keď sa prvýkrát naučili nahradiť šošovku umelou, oftalmológovia čelili problému spálenia sietnice. Začali chápať dôvody a zistili, že živá ľudská šošovka je nepriepustná pre ultrafialové svetlo a chráni sietnicu. Potom boli umelé šošovky tiež nepriehľadné pre ultrafialové svetlo.
Obraz oka v ultrafialových lúčoch ilustruje opacitu šošovky pre ultrafialové svetlo. Nemali by ste si osvetľovať svoje vlastné oko ultrafialovým svetlom, pretože časom sa šošovka zakalí, a to aj v dôsledku dávky ultrafialového svetla nahromadeného v priebehu rokov, a je potrebné ju vymeniť. Využime preto skúsenosti odvážlivcov, ktorí zanedbali bezpečnosť, posvietili si do očí ultrafialovou baterkou s vlnovou dĺžkou 365 nm a výsledok zverejnili na YouTube.
Ryža. 5 Záber z videa na kanáli Youtube „Kreosan“.
Obľúbené sú ultrafialové baterky indukujúce luminiscenciu s vlnovou dĺžkou 365 nm (UVA). Kupujú ich dospelí, no nevyhnutne sa dostanú do rúk deťom. Deti si svietia týmito baterkami do očí a pozorne a dlho sa pozerajú na žiariaci krištáľ. Je vhodné takýmto činnostiam predchádzať. Ak k tomu dôjde, môžete sa uistiť, že šedý zákal v štúdiách na myšiach je spoľahlivo spôsobený UVB žiarením šošovky, ale katarogénny účinok UVA je nestabilný [].
Presné spektrum pôsobenia ultrafialového svetla na šošovku však nie je známe. A ak vezmeme do úvahy, že šedý zákal je veľmi oneskorený účinok, potrebujete určitú inteligenciu, aby ste si vopred nesvietili ultrafialovým svetlom do očí.
Sliznica oka sa pod ultrafialovým žiarením pomerne rýchlo zapáli, nazýva sa to fotokeratitída a fotokonjunktivitída. Sliznice sčervenajú a objavuje sa pocit „piesku v očiach“. Účinok po niekoľkých dňoch vyprchá, ale opakované spálenie môže viesť k zakaleniu rohovky.
Vlnové dĺžky spôsobujúce tieto účinky zodpovedajú približne váženej UV nebezpečnej funkcii uvedenej vo fotobiologickej bezpečnostnej norme [IEC 62471] a sú približne rovnaké ako germicídny rozsah.
Ryža. 6 Spektrá ultrafialového žiarenia spôsobujúce fotokonjunktivitídu a fotokeratitídu z [] a vážená funkcia aktinického UV nebezpečenstva pre pokožku a oči z [].
Prahové dávky pri fotokeratitíde a fotokonjunktivitíde sú 50-100 J/m2, táto hodnota nepresahuje dávky používané na dezinfekciu. Bez toho, aby došlo k zápalu, nebude možné dezinfikovať sliznicu oka ultrafialovým svetlom.
Erytém, teda „úpal“, je nebezpečný ultrafialovým žiarením v rozsahu do 300 nm. Podľa niektorých zdrojov je maximálna spektrálna účinnosť erytému pri vlnových dĺžkach okolo 300 nm []. Minimálna dávka, ktorá spôsobuje sotva znateľný erytém MED (Minimum Erythema Dose) pre rôzne typy pleti, sa pohybuje od 150 do 2000 J/m2. Pre obyvateľov strednej zóny možno za typický DER považovať hodnotu cca 200...300 J/m2.
UVB v rozsahu 280-320 nm, s maximom okolo 300 nm, spôsobuje rakovinu kože. Neexistuje žiadna prahová dávka, vyššia dávka znamená vyššie riziko a účinok je oneskorený.
Ryža. 7 UV akčných kriviek, ktoré spôsobujú erytém a rakovinu kože.
Fotoindukované starnutie pokožky je spôsobené ultrafialovým žiarením v celom rozsahu 200...400 nm. Známa je fotografia vodiča kamiónu, ktorý bol počas jazdy vystavený slnečnému ultrafialovému žiareniu najmä na ľavej strane. Vodič mal vo zvyku jazdiť so stiahnutým oknom, no pravú stranu jeho tváre pred slnečným ultrafialovým žiarením chránilo čelné sklo. Rozdiel v stave kože na pravej a ľavej strane súvisiaci s vekom je pôsobivý:
Ryža. 8 Fotografia vodiča, ktorý 28 rokov jazdil so stiahnutým oknom [].
Ak zhruba odhadneme, že vek pokožky na rôznych stranách tváre tejto osoby sa líši o dvadsať rokov a je to dôsledok toho, že približne rovnakých dvadsať rokov bola jedna strana tváre osvetlená slnkom a druhá nebol, môžeme opatrne dospieť k záveru, že deň na otvorenom slnku je jeden deň a starne pokožku.
Z referenčných údajov [] je známe, že v stredných zemepisných šírkach v lete na priamom slnku sa minimálna erytémová dávka 200 J/m2 akumuluje rýchlejšie ako za hodinu. Porovnaním týchto čísel s vyvodeným záverom môžeme vyvodiť ďalší záver: starnutie pokožky pri periodickej a krátkodobej práci s ultrafialovými lampami nepredstavuje významné nebezpečenstvo.
Koľko ultrafialového svetla je potrebné na dezinfekciu?
Počet prežívajúcich mikroorganizmov na povrchoch a vo vzduchu exponenciálne klesá so zvyšujúcou sa dávkou ultrafialového žiarenia. Napríklad dávka, ktorá zabije 90 % mycobacterium tuberculosis, je 10 J/m2. Dve takéto dávky zabijú 99%, tri dávky zabijú 99,9% atď.
Ryža. 9 Závislosť podielu prežívajúcich mycobacterium tuberculosis od dávky ultrafialového žiarenia pri vlnovej dĺžke 254 nm.
Exponenciálna závislosť je pozoruhodná v tom, že aj malá dávka zabije väčšinu mikroorganizmov.
Medzi tými, ktoré sú uvedené v [] patogénnych mikroorganizmov, Salmonella je najodolnejšia voči ultrafialovému žiareniu. Dávka, ktorá zabije 90 % jeho baktérií, je 80 J/m2. Podľa prehľadu [Kowalski2020] je priemerná dávka, ktorá zabije 90 % koronavírusov, 67 J/m2. Ale pre väčšinu mikroorganizmov táto dávka nepresahuje 50 J/m2. Pre praktické účely si môžete zapamätať, že štandardná dávka, ktorá dezinfikuje s 90% účinnosťou, je 50 J/m2.
Podľa súčasnej metodiky schválenej ruským ministerstvom zdravotníctva na používanie ultrafialového žiarenia na dezinfekciu vzduchu [] pre operačné sály, pôrodnice atď. sa vyžaduje maximálna účinnosť dezinfekcie „tri deviatky“ alebo 99,9 %. Pre školské triedy, verejné budovy a pod. „jedna deviatka“ je dostatočná, to znamená, že 90% mikroorganizmov je zničených. To znamená, že v závislosti od kategórie miestnosti stačí jedna až tri štandardné dávky 50...150 J/m2.
Príklad odhadu potrebného času ožiarenia: povedzme, že je potrebné dezinfikovať vzduch a povrchy v miestnosti s rozmermi 5 × 7 × 2,8 metra, na čo slúži jedna otvorená lampa Philips TUV 30W.
Technický popis lampy udáva baktericídny prietok 12 W []. V ideálnom prípade ide celý tok striktne na dezinfikované povrchy, ale v reálnej situácii príde polovica toku bez úžitku, napríklad príliš intenzívne osvetlí stenu za lampou. Preto budeme počítať s užitočným prietokom 6 wattov. Celková ožiarená plocha v miestnosti je podlaha 35 m2 + strop 35 m2 + steny 67 m2, spolu 137 m2.
V priemere je tok baktericídneho žiarenia dopadajúceho na povrch 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. Za hodinu, teda za 3600 sekúnd, dostanú tieto plochy dávku 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, teda približne 150 J/m2. Čo zodpovedá trom štandardným dávkam 50 J/m2 alebo „trom deviatkam“ - 99,9% baktericídna účinnosť, t.j. požiadavky na operačnú sálu. A keďže vypočítaná dávka pred dopadom na povrch prešla objemom miestnosti, vzduch bol dezinfikovaný s nemenej efektívnosťou.
Ak sú požiadavky na sterilitu malé a stačí „jedna deviatka“, pre uvažovaný príklad je potrebný trikrát kratší čas ožarovania – približne 20 minút.
Ochrana proti UV žiareniu
Hlavným ochranným opatrením počas dezinfekcie ultrafialovým žiarením je opustenie miestnosti. Byť v blízkosti fungujúcej UV lampy, ale pozerať sa inam nepomôže, sliznice očí sú stále ožiarené.
Čiastočným opatrením na ochranu očných slizníc môžu byť sklenené okuliare. Kategorické tvrdenie „sklo neprepúšťa ultrafialové žiarenie“ je nesprávne, do určitej miery áno a rôzne značky skla to robia rôznymi spôsobmi. Ale vo všeobecnosti platí, že s klesajúcou vlnovou dĺžkou sa znižuje priepustnosť a UVC je efektívne prenášané iba kremenným sklom. Okuliare v žiadnom prípade nie sú kremenné.
Môžeme s istotou povedať, že okuliarové šošovky s označením UV400 neprepúšťajú ultrafialové žiarenie.
Ryža. 10 Priepustné spektrum okuliarových skiel s indexmi UV380, UV400 a UV420. Obrázok z webovej stránky []
Ochranným opatrením je aj používanie zdrojov baktericídneho UVC rozsahu, ktoré nevyžarujú potenciálne nebezpečné, ale na dezinfekciu neúčinné, UVB a UVA rozsahy.
Zdroje ultrafialového žiarenia
UV diódy
Najbežnejšie 365 nm ultrafialové diódy (UVA) sú určené pre „policajné baterky“, ktoré produkujú luminiscenciu na detekciu kontaminantov, ktoré sú bez ultrafialového žiarenia neviditeľné. Dezinfekcia pomocou takýchto diód je nemožná (pozri obr. 11).
Na dezinfekciu možno použiť krátkovlnné UVC diódy s vlnovou dĺžkou 265 nm. Náklady na diódový modul, ktorý by nahradil ortuťovú baktericídnu lampu, sú o tri rády vyššie ako náklady na lampu, takže v praxi sa takéto riešenia nepoužívajú na dezinfekciu veľkých plôch. Objavujú sa však kompaktné zariadenia využívajúce UV diódy na dezinfekciu malých plôch – prístrojov, telefónov, kožných lézií a pod.
Nízkotlakové ortuťové výbojky
Nízkotlaková ortuťová výbojka je štandard, s ktorým sa porovnávajú všetky ostatné zdroje.
Hlavný podiel energie žiarenia pár ortuti pri nízkom tlaku v elektrickom výboji pripadá na vlnovú dĺžku 254 nm, ideálnu na dezinfekciu. Malá časť energie je vyžarovaná pri vlnovej dĺžke 185 nm, čím sa intenzívne vytvára ozón. A veľmi málo energie sa vyžaruje na iných vlnových dĺžkach, vrátane viditeľného rozsahu.
V bežných ortuťových žiarivkách s bielym svetlom neprepúšťa sklo žiarovky ultrafialové žiarenie vyžarované ortuťovými parami. Ale fosfor, biely prášok na stenách banky, žiari vo viditeľnom rozsahu pod vplyvom ultrafialového svetla.
UVB alebo UVA lampy sú riešené podobne, sklenená žiarovka neprepúšťa vrchol 185 nm a vrchol 254 nm, ale fosfor pod vplyvom krátkovlnného ultrafialového žiarenia nevyžaruje viditeľné svetlo, ale dlhovlnné ultrafialové žiarenia. Ide o svietidlá na technické účely. A keďže spektrum UVA lámp je podobné ako u slnka, takéto lampy sa používajú aj na opaľovanie. Porovnanie spektra s krivkou baktericídnej účinnosti ukazuje, že používanie UVB a najmä UVA lámp na dezinfekciu je nevhodné.
Ryža. 11 Porovnanie krivky baktericídnej účinnosti, spektra UVB lampy, spektra UVA opaľovacej lampy a spektra 365 nm diódy. Spektrá lámp prevzaté z webovej stránky American Paint Manufacturers Association [].
Upozorňujeme, že spektrum UVA žiarivky je široké a pokrýva rozsah UVB. Spektrum 365 nm diódy je oveľa užšie, ide o „poctivé UVA“. Ak sa vyžaduje UVA na vytvorenie luminiscencie na dekoratívne účely alebo na detekciu kontaminantov, použitie diódy je bezpečnejšie ako použitie ultrafialovej žiarivky.
Nízkotlaková UVC ortuťová baktericídna lampa sa líši od žiariviek tým, že na stenách žiarovky nie je žiadny fosfor a žiarovka prepúšťa ultrafialové svetlo. Hlavná línia 254 nm je prenášaná vždy a línia generujúca ozón 185 nm môže byť ponechaná v spektre lampy alebo odstránená sklenenou bankou so selektívnym prenosom.
Ryža. 12 Emisný rozsah je uvedený na označení ultrafialových lámp. UVC germicídnu lampu možno rozpoznať podľa neprítomnosti fosforu na žiarovke.
Ozón má dodatočný baktericídny účinok, ale je karcinogén, preto, aby sa po dezinfekcii nečakalo na eróziu ozónu, používajú sa lampy netvoriace ozón bez čiary 185 nm v spektre. Tieto lampy majú takmer ideálne spektrum - hlavnú líniu s vysokou baktericídnou účinnosťou 254 nm, veľmi slabé žiarenie v nebaktericídnom ultrafialovom rozsahu a malé „signálne“ žiarenie vo viditeľnom rozsahu.
Ryža. 13. Spektrum nízkotlakovej UVC ortuťovej výbojky (poskytnuté časopisom lumen2b.ru) je kombinované so spektrom slnečného žiarenia (z Wikipédie) a krivkou baktericídnej účinnosti (z ESNA Lighting Handbook []).
Modrá žiara germicídnych lámp vám umožňuje vidieť, že ortuťová lampa je zapnutá a funguje. Žiarivosť je slabá, čo vyvoláva klamlivý dojem, že pohľad na lampu je bezpečný. Nemáme pocit, že žiarenie v oblasti UVC predstavuje 35...40% celkového výkonu spotrebovaného lampou.
Ryža. 14 Malá časť energie žiarenia ortuťových pár je vo viditeľnom rozsahu a je viditeľná ako slabá modrá žiara.
Nízkotlaková baktericídna ortuťová výbojka má rovnakú základňu ako bežná žiarivka, je však vyrobená z inej dĺžky, aby sa baktericídna výbojka nevkladala do bežných lámp. Lampa do baktericídnej lampy sa okrem svojich rozmerov vyznačuje tým, že všetky plastové časti sú odolné voči ultrafialovému žiareniu, vodiče z ultrafialového žiarenia sú zakryté a nemá difúzor.
Pre domáce baktericídne potreby autor používa 15 W baktericídnu lampu, ktorá sa predtým používala na dezinfekciu živného roztoku v hydroponickom zariadení. Jeho analóg nájdete pri vyhľadávaní výrazu „uv sterilizátor akvária“. Pri činnosti lampy sa uvoľňuje ozón, ktorý nie je dobrý, ale je užitočný na dezinfekciu napríklad topánok.
Ryža. 15 Nízkotlakové ortuťové výbojky s rôznymi typmi pätice. Obrázky z webovej stránky Aliexpress.
Stredotlakové a vysokotlakové ortuťové výbojky
Zvýšenie tlaku pár ortuti vedie k zložitejšiemu spektru; spektrum sa rozširuje a objavuje sa v ňom viac čiar, a to aj pri vlnových dĺžkach generujúcich ozón. Zavedenie prísad do ortuti vedie k ešte väčšej zložitosti spektra. Existuje veľa druhov takýchto lámp a spektrum každého z nich je špeciálne.
Ryža. 16 Príklady spektier strednotlakových a vysokotlakových ortuťových výbojok
Zvýšenie tlaku znižuje účinnosť lampy. Ak použijeme ako príklad značku Aquafineuv, stredotlakové UVC lampy vyžarujú 15 – 18 % spotreby energie a nie 40 % ako nízkotlakové lampy. A náklady na zariadenie na watt toku UVC sú vyššie [].
Zníženie účinnosti a zvýšenie nákladov na lampu je kompenzované jej kompaktnosťou. Napríklad dezinfekcia tečúcej vody alebo sušenie laku aplikovaného vysokou rýchlosťou pri tlači vyžaduje kompaktné a výkonné zdroje, pričom špecifické náklady a efektívnosť nie sú dôležité. Je však nesprávne používať takúto lampu na dezinfekciu.
UV žiarič vyrobený z DRL horáka a DRT lampy
Existuje „ľudový“ spôsob, ako získať silný zdroj ultrafialového žiarenia relatívne lacno. Už sa nepoužívajú, ale biele svetlo DRL výbojky 125...1000W sa stále predávajú. V týchto lampách je vo vonkajšej banke „horák“ - vysokotlaková ortuťová lampa. Vyžaruje širokopásmové ultrafialové svetlo, ktoré je blokované vonkajšou sklenenou bankou, ale spôsobuje, že fosfor na jej stenách svieti. Ak rozbijete vonkajšiu banku a pripojíte horák k sieti cez štandardnú tlmivku, získate výkonný širokopásmový ultrafialový žiarič.
Takýto podomácky vyrobený žiarič má nevýhody: nízka účinnosť v porovnaní s nízkotlakovými lampami, veľký podiel ultrafialového žiarenia je mimo baktericídneho rozsahu a po vypnutí lampy nemôžete zostať v miestnosti nejaký čas, kým sa ozón nerozpadne alebo nezmizne.
Výhody sú však tiež nepopierateľné: nízka cena a vysoký výkon v kompaktnej veľkosti. Jednou z výhod je tvorba ozónu. Ozón dezinfikuje tienené povrchy, ktoré nie sú vystavené ultrafialovým lúčom.
Ryža. 17 Ultrafialový žiarič vyrobený z DRL lámp. Fotografia je zverejnená so súhlasom autora, bulharského zubného lekára, s použitím tohto žiariča ako doplnok k štandardnej baktericídnej lampe Philips TUV 30W.
Podobné zdroje ultrafialového žiarenia na dezinfekciu vo forme vysokotlakových ortuťových výbojok sa používajú v žiaričoch typu OUFK-01 „Solnyshko“.
Napríklad pri populárnej lampe “DRT 125-1” výrobca nezverejňuje spektrum, ale v dokumentácii uvádza parametre: intenzita ožiarenia vo vzdialenosti 1 m od lampy UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, baktericídny prietok 8 W a po použití je potrebné vetranie miestnosti od ozónu []. Na priamu otázku, aký je rozdiel medzi DRT výbojkou a DRL horákom, výrobca na svojom blogu reagoval, že DRT má na katódach izolačný zelený povlak.
Ryža. 18 Širokopásmový zdroj ultrafialového žiarenia - lampa DRT-125
Podľa uvedených charakteristík je zrejmé, že spektrum je širokopásmové s takmer rovnakým podielom žiarenia v mäkkom, strednom a tvrdom ultrafialovom, vrátane tvrdého UVC generujúceho ozón. Baktericídny prietok predstavuje 6,4 % spotreby energie, to znamená, že účinnosť je 6-krát nižšia ako u nízkotlakovej trubicovej lampy.
Spektrum tejto lampy výrobca nezverejňuje a internetom koluje rovnaký obrázok so spektrom jedného z DRT. Pôvodný zdroj nie je známy, ale pomer energie v rozsahu UVC, UVB a UVA nezodpovedá pomerom deklarovaným pre lampu DRT-125. Pre DRT sa uvádza približne rovnaký pomer a spektrum ukazuje, že energia UVB je mnohonásobne väčšia ako energia UBC. A v UVA je mnohonásobne vyššia ako v UVB.
Ryža. 19. Spektrum vysokotlakovej ortuťovej oblúkovej lampy, ktorá najčastejšie zobrazuje spektrum DRT-125, široko používaného na lekárske účely.
Je jasné, že lampy s rôznym tlakom a ortuťovými prísadami vyžarujú trochu inak. Je tiež zrejmé, že neinformovaný spotrebiteľ má tendenciu samostatne si predstaviť požadované vlastnosti a vlastnosti produktu, získať dôveru na základe vlastných predpokladov a uskutočniť nákup. A zverejnenie spektra konkrétnej lampy spôsobí diskusie, porovnania a závery.
Autor kedysi kúpil inštaláciu OUFK-01 s lampou DRT-125 a niekoľko rokov ju používal na testovanie odolnosti plastových výrobkov voči UV žiareniu. Ožaroval som dva produkty súčasne, z toho jeden kontrolný z plastu odolného voči ultrafialovému žiareniu a pozeral som, ktorý rýchlejšie zožltne. Pre takúto aplikáciu nie je potrebná znalosť presného tvaru spektra, dôležité je len to, aby bol žiarič širokopásmový. Prečo však používať širokopásmové ultrafialové svetlo, ak je potrebná dezinfekcia?
Účel OUFK-01 uvádza, že ožarovač sa používa na akútne zápalové procesy. Teda v prípadoch, keď pozitívny účinok dezinfekcie kože prevyšuje možné poškodenie širokopásmovým ultrafialovým žiarením. Je zrejmé, že v tomto prípade je lepšie použiť úzkopásmové ultrafialové žiarenie bez vlnových dĺžok v spektre, ktoré majú iný účinok ako baktericídny.
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 kašľaní sa tvoria niekoľkomikrometrové kvapôčky, ktoré visia vo vzduchu niekoľko minút až niekoľko hodín []. Štúdie tuberkulózy ukázali, že na vyvolanie infekcie stačí jedna kvapka aerosólu.
Na ulici sme relatívne v bezpečí vďaka obrovským objemom a pohyblivosti vzduchu, ktorý môže časom a slnečným žiarením rozptýliť a dezinfikovať každé kýchnutie. Dokonca aj v metre, zatiaľ čo podiel infikovaných ľudí je malý, celkový objem vzduchu na infikovanú osobu je veľký a dobré vetranie znižuje riziko šírenia infekcie. Najnebezpečnejším miestom počas pandémie vzdušných chorôb je výťah. Preto tí, ktorí kýchajú, musia byť v karanténe a vo verejných priestoroch s nedostatočným vetraním treba dezinfikovať vzduch.
Recirkulátory
Jednou z možností dezinfekcie vzduchu sú uzavreté UV recyklátory. Poďme diskutovať o jednom z týchto recirkulátorov - "Dezar 7", známy tým, že ho možno vidieť aj v kancelárii prvej osoby štátu.
V popise recirkulátora sa píše, že prefúkne 100 m3 za hodinu a je určený na ošetrenie miestnosti s objemom 100 m3 (cca 5 × 7 × 2,8 metra).
Schopnosť dezinfikovať 100 m3 vzduchu za hodinu však neznamená, že vzduch v miestnosti s objemom 100 m3 za hodinu bude ošetrený rovnako efektívne. Upravený vzduch riedi špinavý vzduch a v tejto forme sa znova a znova dostáva do recirkulátora. Je ľahké zostaviť matematický model a vypočítať účinnosť takéhoto procesu:
Ryža. 20 Vplyv prevádzky UV recirkulátora na počet mikroorganizmov vo vzduchu v miestnosti bez vetrania.
Na zníženie koncentrácie mikroorganizmov vo vzduchu o 90% musí recirkulátor pracovať viac ako dve hodiny. Ak v miestnosti nie je vetranie, je to možné. Ale normálne tam nie sú žiadne miestnosti s ľuďmi a bez vetrania. Napr. [] predpisuje minimálny prietok vonkajšieho vzduchu pre vetranie 3 m3 za hodinu na 1 m2 plochy bytu. To zodpovedá úplnej výmene vzduchu raz za hodinu a prevádzka recirkulátora je zbytočná.
Ak vezmeme do úvahy model nie úplného miešania, ale laminárnych prúdov, ktoré prechádzajú po ustálenej komplexnej trajektórii v miestnosti a smerujú do ventilácie, výhoda dezinfekcie jedného z týchto prúdov je ešte menšia ako pri modeli úplného miešania.
V každom prípade nie je UV recirkulátor užitočnejší ako otvorené okno.
Jedným z dôvodov nízkej účinnosti recirkulátorov je, že baktericídny účinok je extrémne malý, pokiaľ ide o každý watt toku UV žiarenia. Lúč sa pohybuje vo vnútri inštalácie asi 10 centimetrov a potom sa odráža od hliníka s koeficientom asi k = 0,7. To znamená, že efektívna dráha lúča vo vnútri inštalácie je asi pol metra, potom je absorbovaný bez úžitku.
Ryža. 21. Ešte z videa YouTube, ktoré ukazuje, ako sa recyklátor demontuje. Viditeľné sú germicídne lampy a hliníkový reflexný povrch, ktoré odrážajú ultrafialové žiarenie oveľa horšie ako viditeľné svetlo [].
Mnohonásobne účinnejšia je baktericídna lampa, ktorá visí otvorene na stene v ambulancii kliniky a ktorú podľa rozpisu zapína lekár. Lúče z otvorenej lampy sa pohybujú niekoľko metrov a dezinfikujú najskôr vzduch a potom povrchy.
Ožarovače vzduchu v hornej časti miestnosti
Na nemocničných oddeleniach, kde sú neustále prítomní pacienti pripútaní na lôžko, sa niekedy používajú UV jednotky na ožarovanie prúdov cirkulujúceho vzduchu pod stropom. Hlavnou nevýhodou takýchto inštalácií je to, že mriežka zakrývajúca lampy umožňuje iba lúčom prechádzajúcim striktne jedným smerom, pričom bez úžitku absorbuje viac ako 90 % zostávajúceho toku.
Cez takýto žiarič môžete dodatočne fúkať vzduch, aby ste zároveň vytvorili recirkulátor, ale to sa nerobí, pravdepodobne kvôli neochote mať v miestnosti prachový akumulátor.
Ryža. 22 Stropný UV žiarič vzduchu, snímka z miesta [].
Mriežky chránia ľudí v miestnosti pred priamym tokom ultrafialového žiarenia, ale prúd, ktorý cez mriežku prechádza, naráža na strop a steny a je difúzne odrážaný, s koeficientom odrazu asi 10 %. Miestnosť je naplnená všesmerovým ultrafialovým žiarením a ľudia dostávajú dávku ultrafialového žiarenia úmernú času strávenému v miestnosti.
Recenzenti a autor
Recenzenti:
Artyom Balabanov, elektronický inžinier, vývojár UV vytvrdzovacích systémov;
Rumen Vasilev, Ph.D., svetelný inžinier, OOD "Interlux", Bulharsko;
Vadim Grigorov, biofyzik;
Stanislav Lermontov, svetelný inžinier, Complex Systems LLC;
Alexey Pankrashkin, Ph.D., docent, polovodičové svetelné inžinierstvo a fotonika, INTECH Engineering LLC;
Andrey Khramov, špecialista na dizajn osvetlenia pre zdravotnícke zariadenia;
Vitaly Tsvirko, vedúci laboratória testovania osvetlenia „TSSOT NAS of Belarus“
Autor: Anton Sharakshane, Ph.D., svetelný inžinier a biofyzik, Prvá Moskovská štátna lekárska univerzita pomenovaná po. ONI. Sechenov
referencie
referencie
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAFIALOVÁ DEZINFEKCIA VZDUCHU
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Fyzika optického žiarenia a osvetľovacia technika. Časť 10: Fotobiologicky účinné žiarenie, veličiny, symboly a akčné spektrum. Fyzika optického žiarenia a svetelná technika. Fotobiologicky aktívne žiarenie. Rozmery, symboly a akčné spektrá
[ESNA] Príručka osvetlenia ESNA, 9. vydanie. vyd. Rea MS Illuminating Engineering Society of North America, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Svietidlá a svetelné systémy. Fotobiologická bezpečnosť
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski a kol., 2020 COVID-19 Coronavirus Ultrafialová citlivosť, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[chemikálie Mitsui]
[Nejm]
[Maľovanie]
[TUV]
[WHO] Svetová zdravotnícka organizácia. Ultrafialové žiarenie: Formálny vedecký prehľad účinkov UV žiarenia na životné prostredie a zdravie s odkazom na globálne poškodzovanie ozónovej vrstvy.
[Desar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Použitie ultrafialového baktericídneho žiarenia na dezinfekciu vnútorného vzduchu
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Vykurovanie, vetranie a klimatizácia.
Zdroj: hab.com