Tính chất của tia cực tím phụ thuộc vào bước sóng và tia cực tím từ các nguồn khác nhau có quang phổ khác nhau. Chúng ta sẽ thảo luận về nguồn tia cực tím nào và cách sử dụng chúng để tối đa hóa tác dụng diệt khuẩn đồng thời giảm thiểu rủi ro về các tác dụng sinh học không mong muốn.
Cơm. 1. Bức ảnh cho thấy không phải khử trùng bằng bức xạ UVC như bạn nghĩ mà là huấn luyện cách sử dụng bộ đồ bảo hộ với việc phát hiện các điểm phát quang của chất dịch cơ thể huấn luyện dưới tia UVA. UVA là tia cực tím mềm và không có tác dụng diệt khuẩn. Nhắm mắt lại là một biện pháp phòng ngừa an toàn hợp lý, vì phổ rộng của đèn huỳnh quang UVA được sử dụng trùng với UVB, có hại cho thị lực (nguồn Simon Davis/DFID).
Bước sóng của ánh sáng khả kiến tương ứng với năng lượng lượng tử mà ở đó hoạt động quang hóa có thể xảy ra. Lượng tử ánh sáng khả kiến kích thích các phản ứng quang hóa trong một mô cảm quang cụ thể - võng mạc.
Tia cực tím là vô hình, bước sóng của nó ngắn hơn, tần số và năng lượng lượng tử cao hơn, bức xạ khắc nghiệt hơn và sự đa dạng của các phản ứng quang hóa và hiệu ứng sinh học lớn hơn.
Tia cực tím khác nhau ở:
- Bước sóng dài/mềm/gần UVA (400...315 nm) có đặc tính tương tự như ánh sáng khả kiến;
- Độ cứng trung bình - UVB (315...280 nm);
- Sóng ngắn/sóng dài/cứng – UVC (280…100 nm).
Tác dụng diệt khuẩn của tia cực tím
Tác dụng diệt khuẩn được phát huy bởi tia cực tím cứng - UVC và ở mức độ thấp hơn bởi tia cực tím có độ cứng trung bình - UVB. Đường cong hiệu quả diệt khuẩn cho thấy chỉ có phạm vi hẹp 230...300 nm, tức là khoảng XNUMX/XNUMX phạm vi gọi là tia cực tím, mới có tác dụng diệt khuẩn rõ ràng.
Cơm. 2 đường cong hiệu quả diệt khuẩn từ []
Những lượng tử có bước sóng trong phạm vi này bị axit nucleic hấp thụ, dẫn đến sự phá hủy cấu trúc của DNA và RNA. Ngoài tác dụng diệt khuẩn, tức là tiêu diệt vi khuẩn, dòng sản phẩm này còn có tác dụng diệt vi rút (kháng vi rút), diệt nấm (kháng nấm) và diệt bào tử (tiêu diệt bào tử). Điều này bao gồm việc tiêu diệt virus RNA SARS-CoV-2020, nguyên nhân gây ra đại dịch năm 2.
Tác dụng diệt khuẩn của ánh sáng mặt trời
Tác dụng diệt khuẩn của ánh sáng mặt trời tương đối nhỏ. Hãy nhìn vào quang phổ mặt trời trên và dưới bầu khí quyển:
Cơm. 3. Phổ bức xạ mặt trời trên bầu khí quyển và ở mực nước biển. Phần khắc nghiệt nhất của phạm vi tia cực tím không chạm tới bề mặt trái đất (mượn từ Wikipedia).
Điều đáng chú ý là quang phổ phía trên khí quyển được tô màu vàng. Năng lượng lượng tử ở cạnh trái của quang phổ của tia mặt trời siêu khí quyển có bước sóng nhỏ hơn 240 nm tương ứng với năng lượng liên kết hóa học 5.1 eV trong phân tử oxy “O2”. Oxy phân tử hấp thụ các lượng tử này, liên kết hóa học bị phá vỡ, oxy nguyên tử “O” được hình thành, kết hợp lại thành các phân tử oxy “O2” và một phần là ozone “O3”.
UVC siêu khí quyển mặt trời tạo thành ôzôn ở tầng khí quyển phía trên, được gọi là tầng ôzôn. Năng lượng liên kết hóa học trong phân tử ozone thấp hơn trong phân tử oxy và do đó ozone hấp thụ lượng tử năng lượng thấp hơn oxy. Và trong khi oxy chỉ hấp thụ tia UVC thì tầng ozone hấp thụ tia UVC và UVB. Hóa ra là mặt trời tạo ra ôzôn ở rìa của phần cực tím của quang phổ, và ôzôn này sau đó hấp thụ phần lớn bức xạ cực tím cứng của mặt trời, bảo vệ Trái đất.
Bây giờ, cẩn thận, chú ý đến bước sóng và thang đo, chúng ta sẽ kết hợp quang phổ mặt trời với phổ tác dụng diệt khuẩn.
Cơm. 4 Phổ tác dụng diệt khuẩn và phổ bức xạ mặt trời.
Có thể thấy tác dụng diệt khuẩn của ánh nắng mặt trời là không đáng kể. Phần quang phổ có khả năng phát huy tác dụng diệt khuẩn gần như được khí quyển hấp thụ hoàn toàn. Vào những thời điểm khác nhau trong năm và ở các vĩ độ khác nhau, tình hình hơi khác nhau, nhưng về chất lượng thì tương tự nhau.
Nguy hiểm tia cực tím
Lãnh đạo một trong những nước lớn đề nghị: “để chữa khỏi bệnh COVID-19, cần đưa ánh sáng mặt trời vào trong cơ thể”. Tuy nhiên, tia cực tím diệt khuẩn sẽ phá hủy RNA và DNA, bao gồm cả DNA của con người. Nếu bạn “đưa ánh sáng mặt trời vào bên trong cơ thể”, người đó sẽ chết.
Lớp biểu bì, chủ yếu là lớp sừng của tế bào chết, bảo vệ mô sống khỏi tia UVC. Bên dưới lớp biểu bì, chỉ có ít hơn 1% bức xạ UVC xuyên qua [WHO]. Sóng UVB và UVA dài hơn thâm nhập vào độ sâu lớn hơn.
Nếu không có bức xạ cực tím của mặt trời, có lẽ con người sẽ không có lớp biểu bì và lớp sừng, bề mặt cơ thể sẽ nhầy nhụa giống như ốc sên. Nhưng kể từ khi con người tiến hóa dưới ánh mặt trời, chỉ những bề mặt được bảo vệ khỏi ánh nắng mặt trời mới có chất nhầy. Dễ bị tổn thương nhất là bề mặt nhầy của mắt, được bảo vệ có điều kiện khỏi bức xạ cực tím của mặt trời bởi mí mắt, lông mi, lông mày, kỹ năng vận động của khuôn mặt và thói quen không nhìn vào mặt trời.
Khi lần đầu tiên học cách thay thủy tinh thể nhân tạo, các bác sĩ nhãn khoa đã phải đối mặt với vấn đề bỏng võng mạc. Họ bắt đầu hiểu lý do và phát hiện ra rằng thấu kính của con người sống có khả năng cản tia cực tím và bảo vệ võng mạc. Sau đó, thấu kính nhân tạo cũng được làm mờ đục trước tia cực tím.
Hình ảnh của mắt dưới tia cực tím minh họa độ mờ của thấu kính đối với tia cực tím. Bạn không nên chiếu sáng mắt của chính mình bằng tia cực tím, vì theo thời gian, thấu kính sẽ bị đục, bao gồm cả do lượng tia cực tím tích tụ qua nhiều năm và cần phải được thay thế. Vì vậy, chúng tôi sẽ sử dụng kinh nghiệm của những người dũng cảm đã bỏ qua sự an toàn, chiếu đèn pin cực tím ở bước sóng 365nm vào mắt họ và đăng kết quả lên YouTube.
Cơm. 5 Vẫn từ một video trên kênh Youtube “Kreosan”.
Đèn pin cực tím phát quang có bước sóng 365 nm (UVA) rất phổ biến. Chúng được người lớn mua nhưng không tránh khỏi rơi vào tay trẻ em. Trẻ em chiếu những chiếc đèn pin này vào mắt và nhìn thật lâu vào viên pha lê đang phát sáng. Đó là khuyến khích để ngăn chặn những hành động như vậy. Nếu điều này xảy ra, bạn có thể tự trấn an rằng đục thủy tinh thể trong các nghiên cứu trên chuột chắc chắn là do chiếu xạ UVB vào thủy tinh thể, nhưng tác động gây dị ứng của UVA là không ổn định [].
Tuy nhiên, phổ tác dụng chính xác của tia cực tím lên thấu kính vẫn chưa được biết. Và vì đục thủy tinh thể là một tác dụng chậm nên bạn cần có trí thông minh để không chiếu tia cực tím vào mắt trước.
Các màng nhầy của mắt bị viêm tương đối nhanh dưới bức xạ tia cực tím, hiện tượng này được gọi là viêm giác mạc và viêm kết mạc mắt. Niêm mạc trở nên đỏ và xuất hiện cảm giác “cát vào mắt”. Tác dụng sẽ hết sau vài ngày, nhưng bỏng nhiều lần có thể dẫn đến giác mạc bị đóng băng.
Các bước sóng gây ra những hiệu ứng này tương ứng gần đúng với hàm nguy hiểm UV có trọng số được đưa ra trong tiêu chuẩn an toàn quang sinh học [IEC 62471] và gần giống với phạm vi diệt khuẩn.
Cơm. 6 Phổ bức xạ cực tím gây viêm kết mạc mắt và viêm giác mạc từ [] và hàm trọng số của mối nguy hiểm tia cực tím quang học đối với da và mắt từ [].
Liều ngưỡng đối với viêm giác mạc và viêm kết mạc mắt là 50-100 J/m2, giá trị này không vượt quá liều dùng để khử trùng. Sẽ không thể khử trùng màng nhầy của mắt bằng tia cực tím mà không gây viêm.
Ban đỏ, tức là “cháy nắng”, rất nguy hiểm do bức xạ cực tím có bước sóng lên tới 300 nm. Theo một số nguồn, hiệu suất quang phổ tối đa của ban đỏ là ở bước sóng khoảng 300 nm []. Liều tối thiểu gây ban đỏ hầu như không đáng chú ý MED (Liều ban đỏ tối thiểu) cho các loại da khác nhau nằm trong khoảng từ 150 đến 2000 J/m2. Đối với cư dân ở khu vực giữa, DER điển hình có thể được coi là giá trị khoảng 200...300 J/m2.
UVB có bước sóng từ 280-320 nm, tối đa khoảng 300 nm, gây ung thư da. Không có liều ngưỡng; liều cao hơn có nghĩa là nguy cơ cao hơn và tác dụng bị trì hoãn.
Cơm. 7 đường cong tác động của tia UV gây ban đỏ và ung thư da.
Lão hóa da do quang hóa là do bức xạ cực tím trong toàn bộ phạm vi 200...400 nm. Có một bức ảnh nổi tiếng về một tài xế xe tải tiếp xúc với bức xạ cực tím của mặt trời chủ yếu ở phía bên trái khi lái xe. Tài xế có thói quen lái xe với cửa sổ bên tài xế hạ xuống nhưng phần bên phải khuôn mặt của anh ta được kính chắn gió bảo vệ khỏi tia cực tím của mặt trời. Sự khác biệt về tình trạng liên quan đến tuổi tác của da ở bên phải và bên trái rất ấn tượng:
Cơm. 8 Hình ảnh tài xế hạ kính lái xe suốt 28 năm [].
Nếu chúng ta ước tính một cách đại khái rằng độ tuổi của làn da ở các bên khác nhau trên khuôn mặt của người này chênh lệch nhau khoảng XNUMX năm và đây là hệ quả của thực tế là trong khoảng XNUMX năm đó, một bên khuôn mặt được chiếu sáng bởi mặt trời và bên kia không, chúng ta có thể thận trọng kết luận rằng một ngày phơi nắng là một ngày và làn da sẽ bị lão hóa.
Từ dữ liệu tham khảo [] Người ta biết rằng ở vĩ độ trung bình vào mùa hè dưới ánh nắng trực tiếp, liều hồng cầu tối thiểu 200 J/m2 được tích lũy nhanh hơn trong một giờ. So sánh những số liệu này với kết luận rút ra, chúng ta có thể rút ra một kết luận khác: lão hóa da khi làm việc định kỳ và ngắn hạn với đèn tia cực tím không phải là một mối nguy hiểm đáng kể.
Cần bao nhiêu tia cực tím để khử trùng?
Số lượng vi sinh vật sống sót trên bề mặt và trong không khí giảm theo cấp số nhân khi tăng liều bức xạ cực tím. Ví dụ, liều giết chết 90% vi khuẩn lao là 10 J/m2. Hai liều như vậy giết chết 99%, ba liều giết chết 99,9%, v.v.
Cơm. 9 Sự phụ thuộc của tỷ lệ vi khuẩn lao còn sống vào liều bức xạ cực tím ở bước sóng 254 nm.
Sự phụ thuộc theo cấp số nhân là đáng chú ý ở chỗ ngay cả một liều nhỏ cũng có thể giết chết hầu hết các vi sinh vật.
Trong số những người được liệt kê trong [] vi sinh vật gây bệnh, Salmonella có khả năng chống bức xạ cực tím cao nhất. Liều giết chết 90% vi khuẩn của nó là 80 J/m2. Theo đánh giá [Kowalski2020], liều trung bình giết chết 90% virus Corona là 67 J/m2. Nhưng đối với hầu hết các vi sinh vật, liều lượng này không vượt quá 50 J/m2. Đối với mục đích thực tế, bạn có thể nhớ rằng liều tiêu chuẩn khử trùng với hiệu suất 90% là 50 J/m2.
Theo phương pháp hiện hành đã được Bộ Y tế Nga phê duyệt về việc sử dụng tia cực tím để khử trùng không khí [] Hiệu suất khử trùng tối đa “ba số chín” hoặc 99,9% là cần thiết cho phòng mổ, bệnh viện phụ sản, v.v. Đối với các lớp học, công trình công cộng, v.v. “Một chín” là đủ, tức là tiêu diệt 90% vi sinh vật. Điều này có nghĩa là, tùy thuộc vào loại phòng, từ một đến ba liều tiêu chuẩn 50...150 J/m2 là đủ.
Một ví dụ về ước tính thời gian chiếu xạ cần thiết: giả sử cần khử trùng không khí và các bề mặt trong một căn phòng có kích thước 5 × 7 × 2,8 mét, trong đó sử dụng một đèn mở Philips TUV 30W.
Mô tả kỹ thuật của đèn cho biết dòng diệt khuẩn 12 W []. Trong trường hợp lý tưởng, toàn bộ dòng chảy sẽ đi thẳng đến các bề mặt được khử trùng, nhưng trong tình huống thực tế, một nửa dòng chảy sẽ bị lãng phí mà không mang lại lợi ích gì, chẳng hạn như nó sẽ chiếu sáng bức tường phía sau đèn với cường độ quá mức. Do đó, chúng tôi sẽ tính vào dòng điện hữu ích là 6 watt. Tổng diện tích bề mặt chiếu xạ trong phòng là sàn 35 m2 + trần 35 m2 + tường 67 m2, tổng diện tích 137 m2.
Trung bình, dòng bức xạ diệt khuẩn rơi xuống bề mặt là 6 W/137 m2 = 0,044 W/m2. Trong một giờ, tức là trong 3600 giây, các bề mặt này sẽ nhận được liều lượng 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, hay xấp xỉ 150 J/m2. Tương ứng với ba liều tiêu chuẩn 50 J/m2 hoặc “ba số chín” - hiệu quả diệt khuẩn 99,9%, tức là. yêu cầu của phòng mổ. Và vì liều lượng được tính toán trước khi rơi xuống bề mặt đã đi qua thể tích của căn phòng nên không khí đã được khử trùng với hiệu quả không kém.
Ví dụ, nếu yêu cầu về độ vô trùng là nhỏ và “một chín” là đủ, thì thời gian chiếu xạ cần ít hơn ba lần - khoảng 20 phút.
Chống tia cực tím
Biện pháp bảo vệ chính trong quá trình khử trùng bằng tia cực tím là rời khỏi phòng. Đứng gần đèn UV đang hoạt động mà nhìn ra chỗ khác cũng không giúp ích gì, màng nhầy của mắt vẫn bị chiếu xạ.
Kính thủy tinh có thể là biện pháp một phần để bảo vệ màng nhầy của mắt. Tuyên bố mang tính phân loại “thủy tinh không truyền bức xạ cực tím” là không chính xác; ở một mức độ nào đó, nó đúng như vậy và các nhãn hiệu kính khác nhau làm như vậy theo những cách khác nhau. Nhưng nói chung, khi bước sóng giảm, độ truyền qua giảm và UVC chỉ được truyền hiệu quả bằng thủy tinh thạch anh. Kính đeo mắt không phải là thạch anh trong mọi trường hợp.
Chúng tôi có thể tự tin nói rằng tròng kính được đánh dấu UV400 không truyền bức xạ cực tím.
Cơm. 10 Phổ truyền qua của kính đeo mắt có chỉ số UV380, UV400 và UV420. Hình ảnh từ trang web []
Ngoài ra, một biện pháp bảo vệ là sử dụng các nguồn có phạm vi UVC diệt khuẩn không phát ra các chất nguy hiểm tiềm ẩn nhưng không hiệu quả trong việc khử trùng các phạm vi UVB và UVA.
Nguồn tia cực tím
Điốt UV
Các điốt cực tím 365 nm phổ biến nhất (UVA) được thiết kế cho "đèn pin của cảnh sát" tạo ra sự phát quang để phát hiện các chất gây ô nhiễm mà không nhìn thấy được mà không có tia cực tím. Không thể khử trùng bằng điốt như vậy (xem Hình 11).
Để khử trùng, có thể sử dụng điốt UVC sóng ngắn có bước sóng 265 nm. Chi phí của một mô-đun đi-ốt thay thế đèn diệt khuẩn thủy ngân cao hơn ba bậc so với chi phí của đèn, vì vậy trên thực tế, các giải pháp như vậy không được sử dụng để khử trùng các khu vực rộng lớn. Nhưng các thiết bị nhỏ gọn sử dụng điốt UV đang xuất hiện để khử trùng các khu vực nhỏ - dụng cụ, điện thoại, tổn thương da, v.v.
Đèn thủy ngân áp suất thấp
Đèn thủy ngân áp suất thấp là tiêu chuẩn để so sánh với tất cả các nguồn khác.
Phần chính của năng lượng bức xạ của hơi thủy ngân ở áp suất thấp trong quá trình phóng điện rơi vào bước sóng 254 nm, lý tưởng để khử trùng. Một phần nhỏ năng lượng được phát ra ở bước sóng 185 nm, tạo ra ozone mạnh mẽ. Và rất ít năng lượng được phát ra ở các bước sóng khác, bao gồm cả vùng nhìn thấy được.
Trong đèn huỳnh quang thủy ngân ánh sáng trắng thông thường, thủy tinh của bóng đèn không truyền bức xạ cực tím phát ra từ hơi thủy ngân. Nhưng phốt pho, một loại bột trắng trên thành bình, phát sáng trong phạm vi nhìn thấy được dưới tác động của bức xạ cực tím.
Đèn UVB hoặc UVA được thiết kế tương tự, bóng đèn thủy tinh không truyền cực đại 185 nm và cực đại 254 nm, nhưng chất lân quang dưới tác dụng của bức xạ cực tím sóng ngắn không phát ra ánh sáng khả kiến mà phát ra tia cực tím sóng dài. sự bức xạ. Đây là những loại đèn dành cho mục đích kỹ thuật. Và vì quang phổ của đèn UVA tương tự như quang phổ của mặt trời nên những loại đèn này cũng được sử dụng để thuộc da. So sánh quang phổ với đường cong hiệu quả diệt khuẩn cho thấy việc sử dụng đèn UVB và đặc biệt là tia UVA để khử trùng là không phù hợp.
Cơm. 11 So sánh đường cong hiệu suất diệt khuẩn, phổ của đèn UVB, phổ của đèn thuộc da UVA và phổ của điốt 365 nm. Quang phổ đèn lấy từ trang web của Hiệp hội các nhà sản xuất sơn Hoa Kỳ [].
Lưu ý rằng quang phổ của đèn huỳnh quang UVA rất rộng và bao phủ phạm vi UVB. Quang phổ của diode 365 nm hẹp hơn nhiều, đây là “UVA trung thực”. Nếu cần có tia UVA để tạo ra sự phát quang cho mục đích trang trí hoặc để phát hiện các chất gây ô nhiễm thì sử dụng điốt sẽ an toàn hơn so với sử dụng đèn huỳnh quang tia cực tím.
Đèn diệt khuẩn thủy ngân UVC áp suất thấp khác với đèn huỳnh quang ở chỗ không có chất lân quang trên thành bóng đèn và bóng đèn truyền ánh sáng cực tím. Đường 254 nm chính luôn được truyền đi và vạch 185 nm tạo ra ozone có thể được để lại trong quang phổ của đèn hoặc bị loại bỏ bằng bóng đèn thủy tinh với khả năng truyền chọn lọc.
Cơm. 12 Phạm vi phát xạ được ghi trên nhãn của đèn cực tím. Đèn diệt khuẩn UVC có thể được nhận biết do không có chất lân quang trên bóng đèn.
Ozone có thêm tác dụng diệt khuẩn nhưng là chất gây ung thư, do đó, để không phải chờ ozone ăn mòn sau khi khử trùng, người ta sử dụng đèn không tạo ozone không có vạch 185 nm trong quang phổ. Những loại đèn này có phổ gần như lý tưởng - vạch chính có hiệu suất diệt khuẩn cao 254nm, bức xạ rất yếu trong dải tia cực tím không diệt khuẩn và bức xạ “tín hiệu” nhỏ trong phạm vi khả kiến.
Cơm. 13. Quang phổ của đèn thủy ngân UVC áp suất thấp (do tạp chí lumen2b.ru cung cấp) được kết hợp với quang phổ của bức xạ mặt trời (từ Wikipedia) và đường cong hiệu quả diệt khuẩn (từ Cẩm nang chiếu sáng ESNA []).
Ánh sáng xanh của đèn diệt khuẩn cho phép bạn biết đèn thủy ngân đã được bật và đang hoạt động. Ánh sáng yếu và điều này gây ấn tượng sai lầm rằng nhìn vào đèn là an toàn. Chúng tôi không cảm thấy rằng bức xạ trong phạm vi UVC chiếm 35...40% tổng năng lượng tiêu thụ của đèn.
Cơm. 14 Một phần nhỏ năng lượng bức xạ của hơi thủy ngân nằm trong vùng nhìn thấy được và được nhìn thấy dưới dạng ánh sáng xanh yếu.
Đèn thủy ngân diệt khuẩn áp suất thấp có đế giống như đèn huỳnh quang thông thường nhưng được làm với chiều dài khác nhau để đèn diệt khuẩn không thể lắp vào các loại đèn thông thường. Đèn dùng cho đèn diệt khuẩn, ngoài kích thước của nó, còn được phân biệt ở chỗ tất cả các bộ phận bằng nhựa đều có khả năng chống bức xạ cực tím, dây dẫn từ tia cực tím được che phủ và không có bộ khuếch tán.
Đối với nhu cầu diệt khuẩn tại nhà, tác giả sử dụng đèn diệt khuẩn 15 W, trước đây dùng để khử trùng dung dịch dinh dưỡng của hệ thống thủy canh. Chất tương tự của nó có thể được tìm thấy bằng cách tìm kiếm “máy tiệt trùng uv bể cá”. Khi đèn hoạt động, ozone sẽ được giải phóng, điều này không tốt nhưng rất hữu ích cho việc khử trùng, chẳng hạn như giày dép.
Cơm. 15 Đèn thủy ngân hạ áp có đế các loại. Hình ảnh từ trang web Aliexpress.
Đèn thủy ngân trung áp và cao áp
Sự gia tăng áp suất hơi thủy ngân dẫn đến quang phổ phức tạp hơn; quang phổ mở rộng và nhiều vạch xuất hiện trong đó, kể cả ở các bước sóng tạo ra ozone. Việc đưa các chất phụ gia vào thủy ngân thậm chí còn làm cho quang phổ trở nên phức tạp hơn. Có nhiều loại đèn như vậy và quang phổ của mỗi loại đều đặc biệt.
Cơm. 16 Ví dụ về quang phổ của đèn thủy ngân áp suất trung bình và cao áp
Tăng áp suất làm giảm hiệu suất của đèn. Lấy thương hiệu Aquafineuv làm ví dụ, đèn UVC áp suất trung bình phát ra 15-18% mức tiêu thụ điện năng chứ không phải 40% như đèn áp suất thấp. Và chi phí thiết bị trên mỗi watt của dòng UVC cao hơn [].
Sự giảm hiệu suất và tăng giá thành của đèn được bù đắp bằng sự nhỏ gọn của nó. Ví dụ, khử trùng nước chảy hoặc làm khô vecni được áp dụng ở tốc độ cao trong in ấn đòi hỏi nguồn lực nhỏ gọn và mạnh mẽ; chi phí và hiệu quả cụ thể là không quan trọng. Nhưng sử dụng đèn như vậy để khử trùng là không đúng.
Máy chiếu tia UV được làm từ đầu đốt DRL và đèn DRT
Có một cách “dân gian” để thu được nguồn tia cực tím mạnh tương đối rẻ. Chúng sắp hết sử dụng nhưng đèn DRL ánh sáng trắng 125...1000 W vẫn được bán. Trong những chiếc đèn này, bên trong bình ngoài có một “đốt” - đèn thủy ngân cao áp. Nó phát ra ánh sáng cực tím băng thông rộng, bị chặn bởi bóng đèn thủy tinh bên ngoài, nhưng khiến chất lân quang trên thành của nó phát sáng. Nếu bạn phá vỡ bình bên ngoài và kết nối đầu đốt với mạng thông qua cuộn cảm tiêu chuẩn, bạn sẽ có được một bộ phát tia cực tím băng thông rộng mạnh mẽ.
Máy phát tự chế như vậy có nhược điểm: hiệu suất thấp so với đèn áp suất thấp, phần lớn bức xạ tia cực tím nằm ngoài phạm vi diệt khuẩn và bạn không thể ở trong phòng một thời gian sau khi tắt đèn cho đến khi ozone tan rã hoặc biến mất.
Nhưng những ưu điểm cũng không thể phủ nhận: chi phí thấp và công suất cao trong một kích thước nhỏ gọn. Một trong những lợi thế là việc tạo ra ozone. Ozone sẽ khử trùng các bề mặt có bóng râm không tiếp xúc với tia cực tím.
Cơm. 17 Máy chiếu tia cực tím làm từ đèn DRL. Bức ảnh được công bố với sự cho phép của tác giả, một nha sĩ người Bulgaria, sử dụng máy chiếu xạ này bên cạnh đèn diệt khuẩn tiêu chuẩn Philips TUV 30W.
Các nguồn tia cực tím tương tự để khử trùng dưới dạng đèn thủy ngân áp suất cao được sử dụng trong máy chiếu xạ loại OUFK-01 “Solnyshko”.
Ví dụ, đối với loại đèn phổ biến “DRT 125-1”, nhà sản xuất không công bố quang phổ nhưng cung cấp các thông số trong tài liệu: cường độ chiếu xạ ở khoảng cách 1 m tính từ đèn UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, lưu lượng diệt khuẩn 8 W, và sau khi sử dụng, cần phải thông gió phòng bằng ozone []. Trả lời câu hỏi trực tiếp về sự khác biệt giữa đèn DRT và đầu đốt DRL, nhà sản xuất đã trả lời trên blog của mình rằng DRT có lớp phủ cách điện màu xanh lá cây trên cực âm.
Cơm. 18 Nguồn cực tím băng thông rộng - đèn DRT-125
Theo các đặc điểm đã nêu, rõ ràng là quang phổ có băng thông rộng với tỷ lệ bức xạ gần như bằng nhau ở tia cực tím mềm, trung bình và cứng, bao gồm cả UVC cứng tạo ra ozone. Lưu lượng diệt khuẩn chiếm 6,4% điện năng tiêu thụ, tức là hiệu suất kém hơn 6 lần so với đèn ống áp suất thấp.
Nhà sản xuất không công bố quang phổ của loại đèn này và hình ảnh tương tự về quang phổ của một trong các DRT đang được lan truyền trên Internet. Nguồn ban đầu vẫn chưa được xác định, nhưng tỷ lệ năng lượng trong phạm vi UVC, UVB và UVA không tương ứng với tỷ lệ được công bố cho đèn DRT-125. Đối với DRT, tỷ lệ xấp xỉ bằng nhau được nêu và quang phổ cho thấy năng lượng UVB lớn hơn nhiều lần so với năng lượng UBC. Và ở UVA nó cao hơn nhiều lần so với UVB.
Cơm. 19. Phổ của đèn hồ quang thủy ngân cao áp, thường minh họa phổ của DRT-125, được sử dụng rộng rãi cho mục đích y tế.
Rõ ràng là đèn có áp suất khác nhau và phụ gia thủy ngân phát ra hơi khác nhau. Rõ ràng là người tiêu dùng thiếu hiểu biết có xu hướng tưởng tượng một cách độc lập các đặc tính và đặc tính mong muốn của sản phẩm, có được niềm tin dựa trên những giả định của chính mình và mua hàng. Và việc công bố phổ của một loại đèn cụ thể sẽ gây ra những cuộc thảo luận, so sánh và kết luận.
Tác giả đã từng mua một bộ OUFK-01 kèm theo đèn DRT-125 và sử dụng nó trong vài năm để kiểm tra khả năng chống tia cực tím của các sản phẩm nhựa. Tôi chiếu xạ hai sản phẩm cùng lúc, một trong số đó là sản phẩm đối chứng làm bằng nhựa chống tia cực tím và xem sản phẩm nào sẽ chuyển sang màu vàng nhanh hơn. Đối với một ứng dụng như vậy, kiến thức về hình dạng chính xác của quang phổ là không cần thiết; điều quan trọng là bộ phát phải có băng thông rộng. Nhưng tại sao lại sử dụng tia cực tím băng thông rộng nếu cần khử trùng?
Mục đích của OUFK-01 nêu rõ rằng máy chiếu xạ được sử dụng cho các quá trình viêm cấp tính. Nghĩa là, trong trường hợp tác dụng tích cực của việc khử trùng da vượt quá tác hại có thể có của bức xạ cực tím băng thông rộng. Rõ ràng, trong trường hợp này, tốt hơn là sử dụng tia cực tím dải hẹp, không có bước sóng trong quang phổ có tác dụng khác ngoài diệt khuẩn.
Khử trùng không khí
Ánh sáng tia cực tím được coi là không đủ phương tiện để khử trùng bề mặt, vì các tia này không thể xuyên qua những nơi, chẳng hạn như cồn xâm nhập. Nhưng tia cực tím có tác dụng khử trùng không khí một cách hiệu quả.
Khi hắt hơi và ho, những giọt nước có kích thước vài micromet được hình thành, lơ lửng trong không khí từ vài phút đến vài giờ []. Các nghiên cứu về bệnh lao đã chỉ ra rằng một giọt khí dung duy nhất là đủ để gây nhiễm trùng.
Trên đường phố, chúng ta tương đối an toàn do khối lượng lớn và khả năng di chuyển của không khí, có thể phân tán và khử trùng bất kỳ cơn hắt hơi nào theo thời gian và bức xạ mặt trời. Ngay cả trong tàu điện ngầm, trong khi tỷ lệ người nhiễm bệnh nhỏ nhưng tổng lượng không khí trên mỗi người nhiễm bệnh lại lớn và hệ thống thông gió tốt khiến nguy cơ lây nhiễm ở mức nhỏ. Nơi nguy hiểm nhất trong đại dịch dịch bệnh qua đường không khí chính là thang máy. Vì vậy, những người hắt hơi phải được cách ly, không khí trong không gian công cộng không đủ thông gió cần được khử trùng.
Máy tuần hoàn
Một trong những lựa chọn để khử trùng không khí là đóng cửa tái chế tia cực tím. Chúng ta hãy thảo luận về một trong những máy tuần hoàn này - "Dezar 7", được biết đến vì đã được nhìn thấy ngay cả trong văn phòng của người đầu tiên của bang.
Mô tả về máy tuần hoàn nói rằng nó thổi 100 m3 mỗi giờ và được thiết kế để xử lý một căn phòng có thể tích 100 m3 (khoảng 5 × 7 × 2,8 mét).
Tuy nhiên, khả năng khử trùng 100 m3 không khí/giờ không có nghĩa là không khí trong phòng 100 m3/giờ sẽ được xử lý hiệu quả. Không khí được xử lý làm loãng không khí bẩn và ở dạng này nó đi vào thiết bị tuần hoàn nhiều lần. Thật dễ dàng để xây dựng một mô hình toán học và tính toán hiệu quả của quá trình như vậy:
Cơm. 20 Ảnh hưởng của hoạt động của máy tuần hoàn tia cực tím đến số lượng vi sinh vật trong không khí của căn phòng không có hệ thống thông gió.
Để giảm 90% nồng độ vi sinh vật trong không khí, máy tuần hoàn cần hoạt động trong hơn hai giờ. Nếu không có thông gió trong phòng, điều này là có thể. Nhưng thường không có phòng nào có người và không có hệ thống thông gió. Ví dụ, [] quy định tốc độ luồng không khí ngoài trời tối thiểu để thông gió là 3 m3 mỗi giờ trên 1 m2 diện tích căn hộ. Điều này tương ứng với việc thay thế hoàn toàn không khí mỗi giờ một lần và làm cho hoạt động của máy tuần hoàn trở nên vô dụng.
Nếu chúng ta xem xét mô hình không phải là trộn hoàn toàn mà là mô hình các tia phun theo quỹ đạo phức tạp ổn định trong phòng và đi vào hệ thống thông gió, thì lợi ích của việc khử trùng một trong các phun này thậm chí còn ít hơn so với mô hình trộn hoàn toàn.
Trong mọi trường hợp, bộ tuần hoàn tia cực tím không hữu ích hơn một cửa sổ đang mở.
Một trong những lý do khiến máy tuần hoàn có hiệu suất thấp là hiệu quả diệt khuẩn cực kỳ nhỏ tính trên mỗi watt của dòng tia cực tím. Chùm tia truyền đi khoảng 10 cm bên trong hệ thống và sau đó được phản xạ khỏi nhôm với hệ số khoảng k = 0,7. Điều này có nghĩa là đường đi hiệu quả của chùm tia bên trong hệ thống lắp đặt là khoảng nửa mét, sau đó nó bị hấp thụ mà không mang lại lợi ích gì.
Cơm. 21. Vẫn từ một video trên YouTube cho thấy máy tái chế đang được tháo dỡ. Có thể nhìn thấy đèn diệt khuẩn và bề mặt phản chiếu bằng nhôm, chúng phản xạ tia cực tím kém hơn nhiều so với ánh sáng khả kiến [].
Một chiếc đèn diệt khuẩn treo lộ thiên trên tường trong phòng khám và được bác sĩ bật theo lịch sẽ hiệu quả hơn gấp nhiều lần. Các tia từ đèn mở truyền đi vài mét, đầu tiên khử trùng không khí và sau đó là các bề mặt.
Máy chiếu xạ không khí ở phần trên của phòng
Tại các khu bệnh viện nơi thường xuyên có bệnh nhân nằm liệt giường, các thiết bị tia cực tím đôi khi được sử dụng để chiếu xạ các luồng không khí tuần hoàn dưới trần nhà. Nhược điểm chính của việc lắp đặt như vậy là lưới tản nhiệt bao phủ đèn chỉ cho phép các tia đi qua theo một hướng, hấp thụ hơn 90% dòng chảy còn lại mà không mang lại lợi ích gì.
Ngoài ra, bạn có thể thổi không khí qua một máy chiếu xạ như vậy để tạo ra một bộ tuần hoàn cùng lúc, nhưng điều này không được thực hiện, có thể là do trong phòng không muốn có bộ tích tụ bụi.
Cơm. 22 Máy chiếu xạ không khí UV gắn trần, hình ảnh từ hiện trường [].
Các tấm lưới bảo vệ những người trong phòng khỏi luồng bức xạ cực tím trực tiếp, nhưng luồng đi qua tấm lưới chạm vào trần và tường và bị phản xạ khuếch tán, với hệ số phản xạ khoảng 10%. Căn phòng chứa đầy bức xạ cực tím đa hướng và mọi người nhận được một lượng bức xạ cực tím tỷ lệ thuận với thời gian ở trong phòng.
Người đánh giá và tác giả
Người đánh giá:
Artyom Balabanov, kỹ sư điện tử, nhà phát triển hệ thống xử lý bằng tia cực tím;
Rumen Vasilev, Tiến sĩ, kỹ sư chiếu sáng, OOD "Interlux", Bulgaria;
Vadim Grigorov, nhà lý sinh;
Stanislav Lermontov, kỹ sư chiếu sáng, Complex Systems LLC;
Alexey Pankrashkin, Tiến sĩ, Phó Giáo sư, kỹ thuật chiếu sáng bán dẫn và quang tử, INTECH Engineering LLC;
Andrey Khramov, chuyên gia thiết kế chiếu sáng cho các cơ sở y tế;
Vitaly Tsvirko, người đứng đầu phòng thí nghiệm thử nghiệm ánh sáng "TSSOT NAS của Belarus"
tác giả: Anton Sharakshane, Tiến sĩ, kỹ sư ánh sáng và nhà sinh lý học, Đại học Y khoa Bang Moscow đầu tiên được đặt theo tên. HỌ. Sechenov
tài liệu tham khảo
tài liệu tham khảo
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 Khử trùng không khí bằng tia cực tím
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Vật lý bức xạ quang học và kỹ thuật chiếu sáng. Phần 10: Bức xạ, đại lượng, ký hiệu và phổ tác dụng có hiệu quả quang sinh học. Vật lý bức xạ quang học và kỹ thuật chiếu sáng. Bức xạ hoạt động quang sinh học. Kích thước, ký hiệu và quang phổ hoạt động
[ESNA] Cẩm nang chiếu sáng ESNA, tái bản lần thứ 9. biên tập. Rea MS Hiệp hội Kỹ thuật Chiếu sáng Bắc Mỹ, New York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Đèn và hệ thống đèn. An toàn quang sinh
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski và cộng sự, 2020 Độ nhạy cảm với tia cực tím của vi rút Corona đối với COVID-19, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Hóa chất Mitsui]
[Nejm]
[Sơn]
[TUV]
[WHO] Tổ chức Y tế Thế giới. Bức xạ tia cực tím: Một đánh giá khoa học chính thức về tác động của bức xạ tia cực tím đến môi trường và sức khỏe, có liên quan đến sự suy giảm tầng ozone toàn cầu.
[Giải thích]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Sử dụng bức xạ diệt khuẩn bằng tia cực tím để khử trùng không khí trong nhà
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí.
Nguồn: www.habr.com