Egenskaperna för ultraviolett ljus beror på våglängden, och ultraviolett från olika källor har ett annat spektrum. Vi kommer att diskutera vilka källor för ultraviolett ljus och hur man använder dem för att maximera den bakteriedödande effekten samtidigt som man minimerar riskerna för oönskade biologiska effekter.
Ris. 1. Bilden visar inte desinfektion med UVC-strålning, som man kanske tror, utan träning i användning av skyddsdräkt med detektering av självlysande fläckar av träningskroppsvätskor i UVA-strålar. UVA är en mjuk ultraviolett och har ingen bakteriedödande effekt. Att sluta ögonen är en rimlig säkerhetsåtgärd, eftersom det breda spektrumet av UVA-lysrör som används överlappar med UVB, vilket är skadligt för synen (källa Simon Davis/DFID).
Våglängden för synligt ljus motsvarar den kvantenergi vid vilken fotokemisk verkan precis blir möjlig. Kvanter av synligt ljus exciterar fotokemiska reaktioner i en specifik ljuskänslig vävnad - näthinnan.
Ultraviolett är osynligt, dess våglängd är kortare, kvantets frekvens och energi är högre, strålningen är hårdare och variationen av fotokemiska reaktioner och biologiska effekter är större.
Ultraviolett skiljer sig i:
- Långvåglängd/mjuk/nära UVA (400...315 nm) liknande egenskaper som synligt ljus;
- Medelhårdhet - UVB (315...280 nm);
- Kortvågig/långvågig/hård – UVC (280…100 nm).
Baktericid effekt av ultraviolett ljus
En bakteriedödande effekt utövas av hårt ultraviolett ljus - UVC, och i mindre utsträckning av medelhårt ultraviolett ljus - UVB. Den bakteriedödande effektivitetskurvan visar att endast ett smalt område på 230...300 nm, det vill säga ungefär en fjärdedel av det område som kallas ultraviolett, har en tydlig bakteriedödande effekt.
Ris. 2 bakteriedödande effektivitetskurvor från []
Kvanta med våglängder i detta intervall absorberas av nukleinsyror, vilket leder till att strukturen av DNA och RNA förstörs. Förutom att vara bakteriedödande, det vill säga döda bakterier, har detta intervall virusdödande (antivirala), svampdödande (svampdödande) och spordödande (dödande sporer) effekter. Detta inkluderar dödandet av RNA-viruset SARS-CoV-2020, som orsakade pandemin 2.
Den bakteriedödande effekten av solljus
Den bakteriedödande effekten av solljus är relativt liten. Låt oss titta på solspektrumet ovanför och under atmosfären:
Ris. 3. Spektrum av solstrålning över atmosfären och vid havsnivån. Den hårdaste delen av det ultravioletta området når inte jordens yta (lånad från Wikipedia).
Det är värt att uppmärksamma det ovan-atmosfäriska spektrumet markerat i gult. Kvantenergin i den vänstra kanten av spektrumet av supra-atmosfäriska solstrålar med en våglängd på mindre än 240 nm motsvarar en kemisk bindningsenergi på 5.1 eV i syremolekylen "O2". Molekylärt syre absorberar dessa kvanta, den kemiska bindningen bryts, atomärt syre "O" bildas, som kombineras tillbaka till molekyler av syre "O2" och, delvis, ozon "O3".
Solar supra-atmosfärisk UVC bildar ozon i den övre atmosfären, som kallas ozonskiktet. Den kemiska bindningsenergin i en ozonmolekyl är lägre än i en syremolekyl och därför absorberar ozon mängder av lägre energi än syre. Och medan syre bara absorberar UVC, absorberar ozonskiktet UVC och UVB. Det visar sig att solen alstrar ozon alldeles i kanten av den ultravioletta delen av spektrumet, och detta ozon absorberar sedan det mesta av solens hårda ultravioletta strålning och skyddar jorden.
Nu, noggrant och uppmärksamma på våglängder och skala, kommer vi att kombinera solspektrumet med spektrumet av bakteriedödande verkan.
Ris. 4 Spektrum av bakteriedödande verkan och spektrum av solstrålning.
Det kan ses att den bakteriedödande effekten av solljus är obetydlig. Den del av spektrumet som kan utöva en bakteriedödande effekt absorberas nästan helt av atmosfären. Vid olika tider på året och på olika breddgrader är situationen något annorlunda, men kvalitativt lika.
Ultraviolett fara
Ledaren för ett av de stora länderna föreslog: "för att bota COVID-19 måste du föra in solljus i kroppen." Däremot förstör bakteriedödande UV RNA och DNA, inklusive mänskliga. Om du "levererar solljus inuti kroppen" kommer personen att dö.
Epidermis, i första hand stratum corneum av döda celler, skyddar levande vävnad från UVC. Under epidermisskiktet penetrerar endast mindre än 1 % av UVC-strålningen [WHO]. Längre UVB- och UVA-vågor tränger in på större djup.
Om det inte fanns någon ultraviolett solstrålning, kanske människor inte skulle ha epidermis och hornlag, och kroppens yta skulle vara slem, som sniglar. Men eftersom människan utvecklades under solen är det bara ytor som är skyddade från solen som är slemhinnor. Den mest sårbara är ögats slemhinna, villkorligt skyddad från ultraviolett solstrålning av ögonlock, ögonfransar, ögonbryn, ansiktsmotorik och vanan att inte titta på solen.
När de först lärde sig att ersätta linsen med en konstgjord, ställdes ögonläkare inför problemet med näthinnebrännskador. De började förstå orsakerna och fick reda på att den levande mänskliga linsen är ogenomskinlig för ultraviolett ljus och skyddar näthinnan. Efter detta gjordes även konstgjorda linser ogenomskinliga för ultraviolett ljus.
En bild av ögat i ultravioletta strålar illustrerar linsens opacitet för ultraviolett ljus. Du bör inte belysa ditt eget öga med ultraviolett ljus, eftersom linsen med tiden blir grumlig, inklusive på grund av den dos av ultraviolett ljus som ackumulerats under åren, och måste bytas ut. Därför kommer vi att använda erfarenheten av modiga människor som slarvat med säkerheten, lyste en ultraviolett ficklampa med en våglängd på 365 nm i deras ögon och la upp resultatet på YouTube.
Ris. 5 Stillbild från en video på Youtube-kanalen "Kreosan".
Luminescensinducerande ultravioletta ficklampor med en våglängd på 365 nm (UVA) är populära. De köps av vuxna, men faller oundvikligen i händerna på barn. Barn lyser in dessa ficklampor i deras ögon och tittar noggrant och länge på den glödande kristallen. Det är tillrådligt att förhindra sådana åtgärder. Om detta händer kan du försäkra dig själv om att grå starr i musstudier tillförlitligt orsakas av UVB-bestrålning av linsen, men den katarogena effekten av UVA är instabil [].
Ändå är det exakta verkningsspektrumet för ultraviolett ljus på linsen okänt. Och med tanke på att grå starr är en mycket fördröjd effekt, behöver du lite intelligens för att inte skina ultraviolett ljus i dina ögon i förväg.
Ögats slemhinnor blir relativt snabbt inflammerade vid ultraviolett strålning, detta kallas fotokeratit och fotokonjunktivit. Slemhinnorna blir röda och en känsla av "sand i ögonen" uppstår. Effekten avtar efter några dagar, men upprepade brännskador kan leda till grumling av hornhinnan.
Våglängderna som orsakar dessa effekter motsvarar ungefär den viktade UV-riskfunktionen som anges i den fotobiologiska säkerhetsstandarden [IEC 62471] och ungefär samma som det bakteriedödande området.
Ris. 6 Spektra av ultraviolett strålning som orsakar fotokonjunktivit och fotokeratit från [] och en viktad funktion av den aktiniska UV-faran för hud och ögon från [].
Tröskeldoser för fotokeratit och fotokonjunktivit är 50-100 J/m2, detta värde överstiger inte de doser som används för desinfektion. Det kommer inte att vara möjligt att desinficera ögats slemhinna med ultraviolett ljus utan att orsaka inflammation.
Erytem, det vill säga "solbränna", är farligt på grund av ultraviolett strålning i intervallet upp till 300 nm. Enligt vissa källor är den maximala spektrala effektiviteten för erytem vid våglängder på cirka 300 nm []. Den minsta dosen som orsakar knappt märkbart erytem MED (Minimum Erythema Dose) för olika hudtyper sträcker sig från 150 till 2000 J/m2. För boende i mellanzonen kan en typisk DER anses vara ett värde på ca 200...300 J/m2.
UVB i intervallet 280-320 nm, med ett maximum runt 300 nm, orsakar hudcancer. Det finns ingen tröskeldos, en högre dos innebär en högre risk och effekten fördröjs.
Ris. 7 UV-verkanskurvor som orsakar erytem och hudcancer.
Fotoinducerat hudåldrande orsakas av ultraviolett strålning inom hela området 200...400 nm. Det finns ett välkänt fotografi av en lastbilschaufför som utsattes för ultraviolett solstrålning främst på vänster sida under körning. Föraren hade för vana att köra med förarrutan nedrullad, men den högra sidan av ansiktet skyddades från solens ultravioletta strålning av vindrutan. Skillnaden i det åldersrelaterade tillståndet hos huden på höger och vänster sida är imponerande:
Ris. 8 Bild på en förare som körde med förarfönstret nerfällt i 28 år [].
Om vi grovt uppskattar att hudens ålder på olika sidor av denna persons ansikte skiljer sig med tjugo år och detta är en konsekvens av att under ungefär samma tjugo år var ena sidan av ansiktet upplyst av solen, och den andra inte var det, kan vi försiktigt dra slutsatsen att en dag i den öppna solen är en dag och åldrar huden.
Från referensdata [] är det känt att på medelbreddgrader på sommaren under direkt sol ackumuleras den minsta erytemdosen på 200 J/m2 snabbare än på en timme. Genom att jämföra dessa siffror med slutsatsen som dras kan vi dra en annan slutsats: hudens åldrande under periodiskt och kortvarigt arbete med ultravioletta lampor är inte en betydande fara.
Hur mycket ultraviolett ljus behövs för desinfektion?
Antalet överlevande mikroorganismer på ytor och i luften minskar exponentiellt med ökande ultraviolett stråldos. Till exempel är dosen som dödar 90 % av mycobacterium tuberculosis 10 J/m2. Två sådana doser dödar 99 %, tre doser dödar 99,9 % osv.
Ris. 9 Beroende av andelen överlevande mycobacterium tuberculosis på dosen av ultraviolett strålning vid en våglängd på 254 nm.
Det exponentiella beroendet är anmärkningsvärt genom att även en liten dos dödar de flesta mikroorganismer.
Bland dem som anges i [] patogena mikroorganismer är Salmonella den som är mest resistent mot ultraviolett strålning. Dosen som dödar 90 % av dess bakterier är 80 J/m2. Enligt recensionen [Kowalski2020] är den genomsnittliga dosen som dödar 90 % av coronaviruset 67 J/m2. Men för de flesta mikroorganismer överstiger inte denna dos 50 J/m2. För praktiska ändamål kan du komma ihåg att standarddosen som desinficerar med 90 % effektivitet är 50 J/m2.
Enligt den nuvarande metodiken som godkänts av det ryska hälsoministeriet för användning av ultraviolett strålning för luftdesinfektion [] maximal desinfektionseffektivitet på ”tre nior” eller 99,9 % krävs för operationssalar, förlossningssjukhus, etc. För skolklassrum, offentliga byggnader m.m. "en nio" är tillräckligt, det vill säga 90% av de förstörda mikroorganismerna. Det betyder att, beroende på rummets kategori, räcker från en till tre standarddoser på 50...150 J/m2.
Ett exempel på att uppskatta den nödvändiga bestrålningstiden: låt oss säga att det är nödvändigt att desinficera luften och ytorna i ett rum som mäter 5 × 7 × 2,8 meter, för vilket en Philips TUV 30W öppen lampa används.
Den tekniska beskrivningen av lampan indikerar ett bakteriedödande flöde på 12 W []. I ett idealiskt fall går hela flödet strikt till de ytor som desinficeras, men i en verklig situation kommer hälften av flödet att gå till spillo utan fördel, till exempel kommer det att lysa upp väggen bakom lampan med överdriven intensitet. Därför kommer vi att räkna med ett användbart flöde på 6 watt. Den totala bestrålade ytan i rummet är golv 35 m2 + tak 35 m2 + väggar 67 m2, totalt 137 m2.
I genomsnitt är flödet av bakteriedödande strålning som faller på ytan 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. På en timme, det vill säga på 3600 sekunder, kommer dessa ytor att få en dos på 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, eller ungefär 150 J/m2. Vilket motsvarar tre standarddoser på 50 J/m2 eller "tre nior" - 99,9% bakteriedödande effektivitet, d.v.s. krav på operationssal. Och eftersom den beräknade dosen, innan den föll på ytan, passerade genom rummets volym, desinficerades luften med inte mindre effektivitet.
Om kraven på sterilitet är små och "en nio" räcker, behövs för det aktuella exemplet tre gånger kortare bestrålningstid - cirka 20 minuter.
UV-skydd
Den huvudsakliga skyddsåtgärden under ultraviolett desinfektion är att lämna rummet. Att vara nära en fungerande UV-lampa men titta bort hjälper inte, ögonslemhinnorna är fortfarande bestrålade.
Glasögon kan vara en delåtgärd för att skydda ögonens slemhinnor. Det kategoriska påståendet "glas överför inte ultraviolett strålning" är felaktigt, i viss mån gör det det, och olika märken av glas gör det på olika sätt. Men i allmänhet, när våglängden minskar, minskar transmittansen, och UVC överförs effektivt endast av kvartsglas. Glasögonglas är inte kvarts i alla fall.
Vi kan med säkerhet säga att glasögonlinser märkta UV400 inte överför ultraviolett strålning.
Ris. 10 Transmissionsspektrum av glasögon med index UV380, UV400 och UV420. Bild från hemsidan []
En skyddsåtgärd är också användningen av källor av det bakteriedödande UVC-området som inte avger potentiellt farliga, men inte effektiva för desinfektion, UVB- och UVA-områden.
Ultravioletta källor
UV-dioder
De vanligaste 365 nm ultravioletta dioderna (UVA) är designade för "polisens ficklampor" som producerar luminescens för att upptäcka föroreningar som är osynliga utan ultraviolett. Desinfektion med sådana dioder är omöjlig (se fig. 11).
För desinfektion kan kortvågiga UVC-dioder med en våglängd på 265 nm användas. Kostnaden för en diodmodul som skulle ersätta en bakteriedödande kvicksilverlampa är tre storleksordningar högre än kostnaden för lampan, så i praktiken används inte sådana lösningar för att desinficera stora ytor. Men kompakta enheter som använder UV-dioder dyker upp för desinfektion av små områden - instrument, telefoner, hudskador, etc.
Lågtryckskvicksilverlampor
Lågtryckskvicksilverlampan är standarden som alla andra källor jämförs med.
Huvuddelen av strålningsenergin från kvicksilverånga vid lågt tryck i en elektrisk urladdning faller på våglängden 254 nm, idealiskt för desinfektion. En liten del av energin släpps ut vid en våglängd på 185 nm, vilket intensivt genererar ozon. Och mycket lite energi sänds ut vid andra våglängder, inklusive det synliga området.
I konventionella kvicksilverlysrör med vitt ljus överför inte glödlampans glas ultraviolett strålning som sänds ut av kvicksilverånga. Men fosforn, ett vitt pulver på kolvens väggar, lyser i det synliga området under påverkan av ultraviolett strålning.
UVB- eller UVA-lampor är utformade på liknande sätt, glaslampan sänder inte 185 nm-toppen och 254 nm-toppen, men fosforn under inverkan av kortvågig ultraviolett strålning avger inte synligt ljus, utan långvågigt ultraviolett ljus strålning. Dessa är lampor för tekniska ändamål. Och eftersom spektrumet av UVA-lampor liknar solens, används sådana lampor också för garvning. Jämförelse av spektrumet med den bakteriedödande effektivitetskurvan visar att det är olämpligt att använda UVB- och speciellt UVA-lampor för desinfektion.
Ris. 11 Jämförelse av den bakteriedödande effektivitetskurvan, spektrumet för en UVB-lampa, spektrumet för en UVA-sollampa och spektrumet för en 365 nm diod. Lampspektra hämtade från American Paint Manufacturers Association webbplats [].
Observera att spektrumet för en UVA-lysrör är brett och täcker UVB-området. Spektrum för 365 nm dioden är mycket smalare, detta är "ärlig UVA". Om UVA krävs för att producera luminescens för dekorativa ändamål eller för att upptäcka föroreningar, är det säkrare att använda en diod än att använda en ultraviolett lysrörslampa.
En baktericid lågtryckslampa med UVC-kvicksilver skiljer sig från lysrör genom att det inte finns någon fosfor på lampans väggar och att lampan sänder ut ultraviolett ljus. Den huvudsakliga 254 nm-linjen sänds alltid ut, och den ozonalstrande 185 nm-linjen kan lämnas i lampans spektrum eller tas bort av en glaslampa med selektiv transmission.
Ris. 12 Emissionsintervallet anges på märkningen av ultravioletta lampor. En bakteriedödande UVC-lampa kan kännas igen på frånvaron av fosfor på glödlampan.
Ozon har ytterligare en bakteriedödande effekt, men är cancerframkallande, därför, för att inte vänta på att ozon urholkas efter desinfektion, används icke-ozonbildande lampor utan 185 nm-linjen i spektrumet. Dessa lampor har ett nästan idealiskt spektrum - en huvudlinje med en hög bakteriedödande effektivitet på 254 nm, mycket svag strålning i de icke-baktericida ultravioletta områdena och en liten "signal" strålning i det synliga området.
Ris. 13. Spektrumet för en UVC-kvicksilverlampa med lågt tryck (som tillhandahålls av tidningen lumen2b.ru) kombineras med spektrumet av solstrålning (från Wikipedia) och den bakteriedödande effektivitetskurvan (från ESNA Lighting Handbook []).
Det blå skenet från bakteriedödande lampor gör att du kan se att kvicksilverlampan är påslagen och fungerar. Glödet är svagt och det ger det missvisande intrycket att det är säkert att titta på lampan. Vi upplever inte att strålning i UVC-området står för 35...40% av den totala effekten som förbrukas av lampan.
Ris. 14 En liten del av strålningsenergin från kvicksilverånga är inom det synliga området och är synligt som ett svagt blått sken.
En lågtrycks bakteriedödande kvicksilverlampa har samma bas som ett vanligt lysrör, men är gjord av en annan längd så att den bakteriedödande lampan inte sätts in i vanliga lampor. Lampan för den bakteriedödande lampan, förutom dess dimensioner, kännetecknas av det faktum att alla plastdelar är resistenta mot ultraviolett strålning, trådarna från den ultravioletta är täckta och det finns ingen diffusor.
För hemmets bakteriedödande behov använder författaren en 15 W bakteriedödande lampa, som tidigare använts för att desinficera näringslösningen i en hydroponisk installation. Dess analog kan hittas genom att söka efter "akvarium uv sterilisator". När lampan går frigörs ozon, vilket inte är bra, men är användbart för att desinficera till exempel skor.
Ris. 15 Lågtryckskvicksilverlampor med olika typer av sockel. Bilder från Aliexpress hemsida.
Medel- och högtryckskvicksilverlampor
En ökning av kvicksilverångtrycket leder till ett mer komplext spektrum; spektrumet expanderar och fler linjer uppträder i det, inklusive vid ozonalstrande våglängder. Införandet av tillsatser i kvicksilver leder till en ännu större komplexitet i spektrumet. Det finns många varianter av sådana lampor, och spektrumet för varje är speciellt.
Ris. 16 Exempel på spektra av medel- och högtryckskvicksilverlampor
Att öka trycket minskar lampans effektivitet. Med varumärket Aquafineuv som exempel avger medeltrycks UVC-lampor 15-18 % av strömförbrukningen och inte 40 % som lågtryckslampor. Och kostnaden för utrustning per watt UVC-flöde är högre [].
Minskningen i effektivitet och ökningen av kostnaden för lampan kompenseras av dess kompakthet. Till exempel, desinfektion av rinnande vatten eller torkning av lack som appliceras med hög hastighet vid tryckning kräver kompakta och kraftfulla källor, specifika kostnader och effektivitet är oviktiga. Men det är felaktigt att använda en sådan lampa för desinfektion.
UV-strålare tillverkad av en DRL-brännare och en DRT-lampa
Det finns ett "folkligt" sätt att få en kraftfull ultraviolett källa relativt billigt. De går ur bruk, men vitljus DRL-lampor på 125...1000 W säljs fortfarande. I dessa lampor, inuti den yttre kolven, finns en "brännare" - en högtryckskvicksilverlampa. Den avger bredbands ultraviolett ljus, som blockeras av den yttre glaskolven, men får fosforn på dess väggar att glöda. Om du bryter den yttre kolven och ansluter brännaren till nätverket genom en vanlig choke får du en kraftfull bredbands ultraviolett sändare.
En sådan hemmagjord sändare har nackdelar: låg effektivitet jämfört med lågtryckslampor, en stor del av ultraviolett strålning ligger utanför det bakteriedödande intervallet, och du kan inte stanna i rummet en tid efter att ha släckt lampan tills ozonet sönderfaller eller försvinner.
Men fördelarna är också obestridliga: låg kostnad och hög effekt i en kompakt storlek. En av fördelarna är genereringen av ozon. Ozon kommer att desinficera skuggade ytor som inte utsätts för ultravioletta strålar.
Ris. 17 Ultraviolett bestrålare gjord av DRL-lampor. Fotot publiceras med tillstånd av författaren, en bulgarisk tandläkare, som använder denna bestrålare utöver den vanliga bakteriedödande lampan Philips TUV 30W.
Liknande ultravioletta källor för desinfektion i form av högtryckskvicksilverlampor används i bestrålare av typen OUFK-01 "Solnyshko".
Till exempel för den populära lampan "DRT 125-1" publicerar tillverkaren inte spektrumet, men tillhandahåller parametrarna i dokumentationen: strålningsintensitet på ett avstånd av 1 m från lampan UVA - 0,98 W/m2, UVB - 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, bakteriedödande flöde 8 W, och efter användning krävs ventilation av rummet från ozon []. Som svar på en direkt fråga om skillnaden mellan en DRT-lampa och en DRL-brännare, svarade tillverkaren i sin blogg att DRT:n har en isolerande grön beläggning på katoderna.
Ris. 18 Bredband ultraviolett källa - DRT-125 lampa
Enligt de angivna egenskaperna är det tydligt att spektrumet är bredband med nästan lika stor andel strålning i mjuk, medium och hård ultraviolett, inklusive den ozonalstrande hårda UVC-strålningen. Det bakteriedödande flödet är 6,4 % av strömförbrukningen, det vill säga effektiviteten är 6 gånger mindre än för en lågtrycksrörformad lampa.
Tillverkaren publicerar inte spektrumet för denna lampa, och samma bild med spektrumet för en av DRT:erna cirkulerar på Internet. Den ursprungliga källan är okänd, men energiförhållandet i UVC-, UVB- och UVA-områdena motsvarar inte de som anges för DRT-125-lampan. För DRT anges ett ungefär lika förhållande och spektrumet visar att UVB-energin är många gånger större än UBC-energin. Och i UVA är det många gånger högre än i UVB.
Ris. 19. Spektrum av en högtryckskvicksilverbågslampa, som oftast illustrerar spektrumet av DRT-125, som används i stor utsträckning för medicinska ändamål.
Det är tydligt att lampor med olika tryck och kvicksilvertillsatser avger något olika. Det är också tydligt att en oinformerad konsument är benägen att självständigt föreställa sig de önskade egenskaperna och egenskaperna hos en produkt, skaffa sig förtroende baserat på sina egna antaganden och göra ett köp. Och publiceringen av spektrumet för en viss lampa kommer att orsaka diskussioner, jämförelser och slutsatser.
Författaren köpte en gång en OUFK-01-installation med en DRT-125-lampa och använde den i flera år för att testa UV-beständigheten hos plastprodukter. Jag bestrålade två produkter samtidigt, varav den ena var en kontroll av ultraviolettbeständig plast, och tittade på vilken som skulle gulna snabbare. För en sådan tillämpning är kunskap om spektrumets exakta form inte nödvändig, det är bara viktigt att sändaren är bredbandig. Men varför använda bredbands ultraviolett ljus om desinfektion krävs?
Syftet med OUFK-01 anger att bestrålaren används för akuta inflammatoriska processer. Det vill säga i fall där den positiva effekten av huddesinfektion överstiger den möjliga skadan av bredbands ultraviolett strålning. Uppenbarligen är det i det här fallet bättre att använda smalbandig ultraviolett, utan våglängder i spektrumet som har en annan effekt än bakteriedödande.
Luftdesinfektion
Ultraviolett ljus anses vara ett otillräckligt medel för att desinficera ytor, eftersom strålarna inte kan tränga in där till exempel alkohol tränger in. Men ultraviolett ljus desinficerar luften effektivt.
Vid nysningar och hosta bildas droppar som är flera mikrometer stora, som hänger i luften från flera minuter till flera timmar []. Tuberkulosstudier har visat att en enda aerosoldroppe räcker för att orsaka infektion.
På gatan är vi relativt säkra på grund av de enorma volymerna och rörligheten av luft, som kan skingra och desinficera alla nysningar med tiden och solstrålning. Även i tunnelbanan, medan andelen smittade är liten, är den totala luftmängden per smittad person stor och god ventilation gör att risken för smittspridning är liten. Den farligaste platsen under en luftburen sjukdomspandemi är en hiss. Därför måste de som nyser sättas i karantän, och luften i offentliga utrymmen med otillräcklig ventilation behöver desinficeras.
Recirkulatorer
Ett av alternativen för luftdesinfektion är slutna UV-återvinnare. Låt oss diskutera en av dessa recirkulatorer - "Dezar 7", känd för att ses även på kontoret för den första personen i staten.
Beskrivningen av recirkulatorn säger att den blåser 100 m3 per timme och är utformad för att behandla ett rum med en volym på 100 m3 (cirka 5 × 7 × 2,8 meter).
Möjligheten att desinficera 100 m3 luft per timme betyder dock inte att luften i ett 100 m3 rum per timme kommer att behandlas lika effektivt. Den behandlade luften späder ut den smutsiga luften, och i denna form kommer den in i recirkulatorn gång på gång. Det är lätt att bygga en matematisk modell och beräkna effektiviteten av en sådan process:
Ris. 20 Inverkan av driften av en UV-recirkulator på antalet mikroorganismer i luften i ett rum utan ventilation.
För att minska koncentrationen av mikroorganismer i luften med 90 % behöver recirkulatorn arbeta i mer än två timmar. Om det inte finns någon ventilation i rummet är detta möjligt. Men det finns normalt inga rum med människor och utan ventilation. T.ex, [] föreskriver ett lägsta uteluftflöde för ventilation på 3 m3 per timme per 1 m2 lägenhetsyta. Detta motsvarar ett fullständigt byte av luft en gång i timmen och gör driften av recirkulatorn värdelös.
Om vi betraktar modellen inte av fullständig blandning, utan av laminära strålar som passerar längs en stadig komplex bana i rummet och går in i ventilationen, är fördelen med att desinficera en av dessa strålar ännu mindre än i modellen med fullständig blandning.
Hur som helst är en UV-recirkulator inte mer användbar än ett öppet fönster.
En av anledningarna till recirkulatorernas låga effektivitet är att den bakteriedödande effekten är extremt liten i termer av varje watt UV-flöde. Strålen färdas cirka 10 centimeter inuti installationen och reflekteras sedan från aluminium med en koefficient på cirka k = 0,7. Detta innebär att strålens effektiva väg inuti installationen är cirka en halv meter, varefter den absorberas utan nytta.
Ris. 21. Stillbild från en YouTube-video som visar återvinningsmaskinen som demonteras. Bakteriedödande lampor och en reflekterande aluminiumyta är synliga, som reflekterar ultraviolett strålning mycket värre än synligt ljus [].
En bakteriedödande lampa, som hänger öppet på väggen på ett klinikkontor och tänds av en läkare enligt ett schema, är många gånger effektivare. Strålarna från en öppen lampa sträcker sig flera meter och desinficerar först luften och sedan ytorna.
Luftstrålare i den övre delen av rummet
På sjukhusavdelningar där sängliggande patienter ständigt finns, används ibland UV-enheter för att bestråla cirkulerande luftflöden under taket. Den största nackdelen med sådana installationer är att gallret som täcker lamporna tillåter endast strålar som passerar strikt i en riktning och absorberar mer än 90% av det återstående flödet utan fördel.
Du kan dessutom blåsa luft genom en sådan bestrålare för att skapa en recirkulator samtidigt, men detta görs inte, förmodligen på grund av oviljan att ha en dammackumulator i rummet.
Ris. 22 Takmonterad UV-luftstrålare, bild från platsen [].
Gallren skyddar människor i rummet från det direkta flödet av ultraviolett strålning, men flödet som passerar genom gallret träffar tak och väggar och reflekteras diffust, med en reflektionskoefficient på cirka 10 %. Rummet är fyllt med rundstrålande ultraviolett strålning och människor får en dos ultraviolett strålning som är proportionell mot tiden i rummet.
Recensenter och författare
Recensenter:
Artyom Balabanov, elektronikingenjör, utvecklare av UV-härdningssystem;
Rumen Vasilev, Ph.D., ljusingenjör, OOD "Interlux", Bulgarien;
Vadim Grigorov, biofysiker;
Stanislav Lermontov, ljusingenjör, Complex Systems LLC;
Alexey Pankrashkin, Ph.D., docent, halvledarljusteknik och fotonik, INTECH Engineering LLC;
Andrey Khramov, specialist i ljusdesign för medicinska institutioner;
Vitaly Tsvirko, chef för belysningstestlaboratoriet "TSSOT NAS of Belarus"
Författare: Anton Sharakshane, Ph.D., ljusingenjör och biofysiker, First Moscow State Medical University uppkallad efter. DEM. Sechenov
referenser
referenser
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLET LUFTDESINFEKTION
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Optisk strålningsfysik och belysningsteknik. Del 10: Fotobiologiskt effektiv strålning, kvantiteter, symboler och aktionsspektrum. Fysik för optisk strålning och ljusteknik. Fotobiologiskt aktiv strålning. Dimensioner, symboler och handlingsspektra
[ESNA] ESNA Lighting Handbook, 9:e upplagan. ed. Rea MS Illuminating Engineering Society of North America, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lampor och lampsystem. Fotobiologisk säkerhet
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Coronavirus Ultraviolet Susceptibility, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsui kemikalier]
[Nejm]
[Måla]
[TUV]
[WHO] Världshälsoorganisationen. Ultraviolett strålning: En formell vetenskaplig granskning av miljö- och hälsoeffekterna av UV-strålning, med hänvisning till global ozonnedbrytning.
[kära]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Användning av ultraviolett bakteriedödande strålning för desinfektion av inomhusluft
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Värme, ventilation och luftkonditionering.
Källa: will.com