🌔 🍏 🌩️ Ultraviolett: wirksame Desinfektion und Sicherheit 🌵 💭 💂🏼

Die Eigenschaften der ultravioletten Strahlung hängen von der Wellenlänge ab, und das Ultraviolett verschiedener Quellen unterscheidet sich im Spektrum. Wir werden diskutieren, welche Quellen ultravioletter Strahlung und wie sie angewendet werden müssen, um die bakterizide Wirkung zu maximieren und das Risiko unerwünschter biologischer Wirkungen zu minimieren.

Feige. 1. Das Foto zeigt keine UVC-Desinfektion, wie Sie vielleicht denken, sondern eine Schulung in der Verwendung eines Schutzanzugs mit der Erkennung von Lumineszenzflecken von Trainingskörperflüssigkeiten in UVA-Strahlen. UVA ist ein weiches Ultraviolett und hat keine bakterizide Wirkung. Geschlossene Augen sind eine garantierte Sicherheitsmaßnahme, da sich die breite Palette der verwendeten UVA-Leuchtstofflampen mit dem für das Sehvermögen gefährlichen UVB überschneidet (Quelle Simon Davis / DFID).

Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts entspricht der Energie eines Quanten, bei dem gerade eine photochemische Wirkung möglich wird. Quantum sichtbaren Lichts regt photochemische Reaktionen in einem bestimmten lichtempfindlichen Gewebe an - in der Netzhaut.
Ultraviolett ist unsichtbar, seine Wellenlänge ist kürzer, die Frequenz und Energie des Quanten ist höher, die Strahlung ist härter, die Vielfalt der photochemischen Reaktionen und biologischen Effekte ist größer.

Ultraviolett unterscheidet sich durch:

Nahe an den Eigenschaften von sichtbarem Licht, langwellig / weich / nahe UVA (400 ... 315 nm);
Mittlere Härte - UVB (315 ... 280 nm);
Kurzwelle / fern / hart - UVC (280 ... 100 nm).

Die bakterizide Wirkung von ultravioletter Strahlung

Die bakterizide Wirkung wird durch hartes Ultraviolett - UVC und in geringerem Maße durch Ultraviolett mittlerer Härte - UVB ausgeübt. Die bakterizide Wirksamkeitskurve zeigt, dass eine klare bakterizide Wirkung nur einen engen Bereich von 230 ... 300 nm aufweist, dh etwa ein Viertel des als ultraviolett bezeichneten Bereichs.

Feige. 2 Bakterizide Effizienzkurven aus [ CIE 155: 2003 ]

Quanten mit Wellenlängen in diesem Bereich werden von Nukleinsäuren absorbiert, was zur Zerstörung der Struktur von DNA und RNA führt. Zusätzlich zu bakteriziden, dh abtötenden Bakterien hat dieser Bereich eine viruzide (antivirale), fungizide (antimykotische) und sporozide (sporentötende) Wirkung. Dies beinhaltet die Abtötung des pandemieverursachenden RNA-Virus SARS-CoV-2 im Jahr 2020.

Die bakterizide Wirkung von Sonnenlicht

Die bakterizide Wirkung von Sonnenlicht ist relativ gering. Schauen wir uns das Sonnenspektrum über und unter der Atmosphäre an:

Feige. 3. Das Spektrum der Sonnenstrahlung über der Atmosphäre und auf Meereshöhe. Der härteste Teil des ultravioletten Bereichs erreicht nicht die Erdoberfläche (aus Wikipedia entlehnt).

Es lohnt sich, auf das gelb hervorgehobene Spektrum über der Atmosphäre zu achten. Die Quantenenergie am linken Rand des Spektrums des Sonnenlichts über der Atmosphäre mit einer Wellenlänge von weniger als 240 nm entspricht einer chemischen Bindungsenergie von 5,1 eV im O2-Sauerstoffmolekül. Molekularer Sauerstoff absorbiert diese Quanten, die chemische Bindung bricht, atomarer Sauerstoff „O“ wird gebildet, der sich wieder zu Sauerstoffmolekülen „O2“ und teilweise Ozon „O3“ verbindet.

Das solare UVC über der Atmosphäre bildet in der oberen Atmosphäre Ozon, die als Ozonschicht bezeichnet wird. Die chemische Bindungsenergie im Ozonmolekül ist niedriger als im Sauerstoffmolekül, und daher absorbiert Ozon Quanten mit weniger Energie als Sauerstoff. Und wenn Sauerstoff nur UVC absorbiert, absorbiert die Ozonschicht UVC und UVB. Es stellt sich heraus, dass die Sonne am äußersten Rand des ultravioletten Teils des Spektrums Ozon erzeugt. Dieses Ozon absorbiert dann den größten Teil der harten ultravioletten Sonnenstrahlung und schützt so die Erde.

Und jetzt, unter Berücksichtigung von Wellenlängen und Skalierung, ist das Sonnenspektrum mit dem Spektrum der bakteriziden Wirkung kompatibel.

Feige. 4 Das Spektrum der bakteriziden Wirkung und das Spektrum der Sonnenstrahlung.

Es ist ersichtlich, dass die bakterizide Wirkung von Sonnenlicht vernachlässigbar ist. Der Teil des Spektrums, der eine bakterizide Wirkung ausüben kann, wird von der Atmosphäre fast vollständig absorbiert. Zu verschiedenen Jahreszeiten und in verschiedenen Breiten ist die Situation leicht unterschiedlich, aber qualitativ ähnlich.

UV-Gefahr

Der Leiter eines der großen Länder schlug vor: "Um COVID-19 zu heilen, muss Sonnenlicht in den Körper abgegeben werden." Bakterizides UV zerstört jedoch RNA und DNA, einschließlich des Menschen. Wenn Sie "Sonnenlicht in den Körper abgeben", stirbt eine Person.

Die Epidermis, vor allem das Stratum Corneum toter Zellen, schützt lebendes Gewebe vor UVC. Unterhalb der Epidermisschicht dringt nur weniger als 1% der UVC-Strahlung ein [WHO]. Längere Wellen UVB und UVA dringen tiefer ein.

Wenn es kein solares Ultraviolett gäbe, hätten die Menschen möglicherweise keine Epidermis und kein Stratum Corneum, und die Oberfläche des Körpers war schleimig wie bei Schnecken. Da sich der Mensch jedoch unter der Sonne entwickelt hat, sind nur vor der Sonne geschützte Oberflächen schleimig. Am anfälligsten ist die Schleimhaut des Auges, die seit Jahrhunderten bedingt vor ultraviolettem Sonnenlicht geschützt ist, Wimpern, Augenbrauen, Gesichtsmotilität und die Gewohnheit, nicht in die Sonne zu schauen.

Als sie zum ersten Mal lernten, die Linse durch eine künstliche zu ersetzen, waren Augenärzte mit dem Problem von Netzhautverbrennungen konfrontiert. Sie begannen die Gründe zu verstehen und fanden heraus, dass die lebende menschliche Linse für ultraviolette Strahlung undurchsichtig ist und die Netzhaut schützt. Danach wurden künstliche Linsen für ultraviolette Strahlung undurchsichtig gemacht.

Das Bild des Auges in ultravioletten Strahlen zeigt die Opazität der Linse für ultraviolette Strahlung. Es lohnt sich nicht, das eigene Auge mit ultraviolettem Licht zu beleuchten, da die Linse mit der Zeit trübe wird, auch aufgrund der im Laufe der Jahre angesammelten Dosis ultravioletter Strahlung, und ersetzt werden muss. Daher werden wir die Erfahrung mutiger Menschen nutzen, die die Sicherheit vernachlässigten, eine UV-Taschenlampe bei 365 nm in ihre Augen strahlten und das Ergebnis auf YouTube veröffentlichten.

Feige. 5 Frame aus dem Video des Youtube-Kanals "Kreosan".

365 nm Lumineszenz-Ultraviolett-Taschenlampen (UVA) sind beliebt. Von Erwachsenen gekauft, aber unweigerlich in die Hände von Kindern fallen. Kinder leuchten diese Laternen in ihren Augen, untersuchen sorgfältig und lange den leuchtenden Kristall. Solche Maßnahmen sind wünschenswert, um dies zu verhindern. In diesem Fall kann man sich versichern, dass Katarakte in Mausstudien sicher durch Bestrahlung der UVB-Linse verursacht werden, die kathogene Wirkung von UVA jedoch instabil ist [ WHO ].
Das genaue Spektrum der ultravioletten Strahlung auf der Linse ist jedoch unbekannt. Und da Katarakte eine sehr verzögerte Wirkung haben, brauchen Sie ein gewisses Maß an Verstand, um nicht im Voraus ultraviolettes Licht in Ihre Augen zu strahlen.

Die Schleimhäute des Auges entzünden sich unter ultraviolettem Licht relativ schnell, dies wird als Photokeratitis und Photokonjunktivitis bezeichnet. Die Schleimhäute werden rot und es entsteht ein Gefühl von „Sand in den Augen“. Der Effekt verschwindet nach einigen Tagen, aber wiederholte Verbrennungen können zu einer Trübung der Hornhaut führen.

Die Wellenlängen, die diese Effekte verursachen, entsprechen ungefähr der gewichteten UV-Gefahrenfunktion, die in der Norm für photobiologische Sicherheit [IEC 62471] angegeben ist, und stimmen ungefähr mit dem Bereich der bakteriziden Wirkung überein.

Feige. 6 Spektren der UV-Strahlung, die eine Photokonjunktivitis und Photokeratitis verursacht, aus [ DIN 5031-10 ] und die gewichtete Funktion der aktinischen UV-Gefahr für Haut und Augen aus [ IEC 62471 ].

Schwellendosen für Photokeratitis und Photokonjunktivitis 50-100 J / m ² , dieser Wert überschreitet nicht die zur Desinfektion verwendeten Dosen. Desinfizieren Sie die Schleimhaut des Auges mit ultraviolettem Licht, ohne eine Entzündung zu verursachen, funktioniert nicht.

Erythem, dh "Sonnenbrand", ist im Bereich bis 300 nm gefährlich ultraviolett. Nach einigen Quellen ist die maximale spektrale Effizienz des Erythems bei Wellenlängen von etwa 300 nm [ WHO ]. Die Mindestdosis, die bei verschiedenen Hauttypen ein kaum wahrnehmbares MED-Erythem (Minimum Erythema Dose) verursacht, liegt zwischen 150 und 2000 J / m² . Für Bewohner des mittleren Bandes kann ein typischer MED als Wert von etwa 200 ... 300 J / m ^{2 angesehen werden} .

UVB im Bereich von 280 bis 320 nm mit einem Maximum von etwa 300 nm verursacht Hautkrebs. Es gibt keine Schwellendosis, mehr Dosis - höheres Risiko und die Wirkung ist verzögert.

Feige. 7 Kurven ultravioletter Strahlung, die Erytheme und Hautkrebs verursachen.

Die photoinduzierte Hautalterung wird durch ultraviolette Strahlung im gesamten Bereich von 200 ... 400 nm verursacht. Es gibt ein bekanntes Foto eines Truckers, der am Steuer hauptsächlich von links ultravioletter Strahlung ausgesetzt war. Der Fahrer pflegte mit heruntergefahrenem Fenster zu fahren, aber die rechte Seite des Gesichts war durch die Windschutzscheibe vor ultravioletter Sonnenstrahlung geschützt. Der Altersunterschied der Haut auf der rechten und linken Seite ist beeindruckend:

Feige. 8 Foto eines Fahrers, der 28 Jahre lang ein Fahrerfenster [ Nejm ] heruntergefahren hat .

Wenn wir grob schätzen, dass sich das Alter der Haut auf verschiedenen Seiten des Gesichts dieser Person um zwanzig Jahre unterscheidet, und dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass etwa die gleichen zwanzig Jahre eine Seite des Gesichts von der Sonne beleuchtet wurde und die andere nicht, können wir eine vorsichtige Schlussfolgerung ziehen, dass ein Tag in der offenen Sonne einer ist Tag und alte Haut.

Aus den Referenzdaten [ WHO ] ist bekannt, dass in den mittleren Breiten im Sommer bei direkter Sonneneinstrahlung die minimale Erythemdosis 200 J / m ² beträgttippte schneller als eine Stunde. Wenn wir diese Zahlen mit der Schlussfolgerung vergleichen, können wir eine andere Schlussfolgerung ziehen - Hautalterung bei periodischer und kurzfristiger Arbeit mit UV-Lampen ist keine signifikante Gefahr.

Wie viel UV wird zur Desinfektion benötigt?

Die Anzahl der überlebenden Mikroorganismen auf Oberflächen und in der Luft nimmt mit zunehmender Dosis ultravioletter Strahlung exponentiell ab. Zum Beispiel beträgt die Dosis, die 90% der Mycobacterium tuberculosis abtötet, 10 J / m ² . Zwei solcher Dosen töten 99%, drei Dosen töten 99,9% usw.

Feige. 9 Abhängigkeit des Anteils überlebender Tuberkulose-Mykobakterien von der Dosis ultravioletter Strahlung bei einer Wellenlänge von 254 nm.

Die exponentielle Beziehung ist insofern bemerkenswert, als bereits eine kleine Dosis die meisten Mikroorganismen abtötet.

Unter den in [ CIE 155: 2003 ] aufgeführten pathogenen Mikroorganismen ist Salmonella am resistentesten gegen ultraviolette Strahlung. Die Dosis, die 90% seiner Bakterien abtötet, beträgt 80 J / m ² . Laut der Überprüfung [Kowalski2020] beträgt die durchschnittliche Dosis, die 90% der Coronaviren abtötet, 67 J / m ² . Bei den meisten Mikroorganismen überschreitet diese Dosis jedoch nicht 50 J / m ² . Aus praktischen Gründen können Sie sich daran erinnern, dass die Standarddosis, die mit einem Wirkungsgrad von 90% desinfiziert wird, 50 J / m ² beträgt .

Nach dem vom Gesundheitsministerium der Russischen Föderation genehmigten Verfahren zur Verwendung von ultravioletter Strahlung zur Luftdesinfektion [ R 3.5.1904-04 ] ist für Operationssäle, Entbindungskliniken usw. eine maximale Desinfektionseffizienz von „drei Neunen“ oder 99,9% erforderlich. Für Schulklassen, öffentliche Gebäude usw. genug "eins neun", dh 90% der zerstörten Mikroorganismen. Dies bedeutet, dass je nach Kategorie der Räumlichkeiten ein bis drei Standarddosen von 50 ... 150 J / m ² ausreichen .

Ein Beispiel für die Beurteilung der erforderlichen Belichtungszeit: Beispielsweise müssen Luft und Oberflächen in einem Raum von 5 × 7 × 2,8 Metern desinfiziert werden, für den eine offene Philips TUV 30W-Lampe verwendet wird.

Die technische Beschreibung der Lampe zeigt einen bakteriziden Fluss von 12 W [ TÜV]. Im Idealfall gelangt der gesamte Strom ausschließlich zu desinfizierten Oberflächen. In einer realen Situation geht jedoch die Hälfte des Stroms ohne Nutzen verloren, z. B. wird die Wand hinter der Lampe übermäßig intensiv beleuchtet. Daher werden wir mit einem nützlichen Strom von 6 Watt rechnen. Die Gesamtfläche der bestrahlten Flächen im Raum - Boden 35 m ² + 35 m Decke ² + Wände 67 m ² , insgesamt 137 m ² .

Im Durchschnitt sinkt der Oberflächenfluss von bakteriziden Strahlung 6 W / 137m ² = 0,044 W / m ² . In einer Stunde, dh in 3600 Sekunden, muss auf diesen Oberflächen eine Dosis von 0,044 W / m ² × 3600 s = 158 J / m ² oder gerundete 150 J / m ² auftreten. Dies entspricht drei Standarddosen von 50 J / m ² oder "drei Neunen" - 99,9% bakterizide Wirksamkeit, d.h. Betriebsanforderungen. Und da die berechnete Dosis, bevor sie an die Oberfläche fiel, durch das Raumvolumen lief, wurde auch die Luft mit nicht geringerer Effizienz desinfiziert.

Wenn die Anforderungen an die Sterilität gering sind und „eins neun“ ausreicht, erfordert das betrachtete Beispiel eine dreimal kürzere Expositionszeit - auf 20 Minuten aufgerundet.

UV-Schutz

Die Hauptschutzmaßnahme bei der UV-Desinfektion besteht darin, den Raum zu verlassen. In der Nähe einer funktionierenden UV-Lampe zu sein, aber wegzuschauen hilft nicht, die schleimigen Augen werden trotzdem bestrahlt.

Ein teilweises Schutzmaß für die Schleimhäute der Augen können Glasgläser sein. Die kategorische Aussage „Glas passiert kein Ultraviolett“ ist in gewissem Maße falsch, und verschiedene Glasmarken sind unterschiedlich. Im Allgemeinen nimmt jedoch mit abnehmender Wellenlänge die Durchlässigkeit ab, und UVC wird effektiv nur von Quarzglas übertragen. Brillengläser sind jedenfalls kein Quarz.

Wir können zuversichtlich sagen, dass sie die ultravioletten Linsen von mit UV400 gekennzeichneten Gläsern nicht einlassen.

Feige. 10 Transmissionsspektrum von Brillengläsern mit den Indizes UV380, UV400 und UV420. Bild von der Website [ Mitsuichemicals ]

Eine Schutzmaßnahme ist auch die Verwendung von Quellen des bakteriziden UVC-Bereichs, die keine potenziell gefährlichen, aber für die Desinfektion nicht wirksamen UVB- und UVA-Bereiche emittieren.

UV-Quellen

UV-Dioden

Die gebräuchlichsten 365-nm-UV-Dioden (UVA) sind „Polizei-Taschenlampen“, bei denen durch Lumineszenz Verunreinigungen erkannt werden, die ohne UV-Licht nicht sichtbar sind. Eine Desinfektion mit solchen Dioden ist nicht möglich (siehe Abb. 11).
Zur Desinfektion können Sie kurzwellige UVC-Dioden mit einer Wellenlänge von 265 nm verwenden. Die Kosten eines Diodenmoduls, das eine bakterizide Quecksilberlampe ersetzt, übersteigen die Kosten der Lampe um drei Größenordnungen, so dass in der Praxis solche Lösungen zur Desinfektion großer Flächen nicht verwendet werden. Es gibt jedoch kompakte Geräte an UV-Dioden zur Desinfektion kleiner Bereiche - Werkzeuge, Telefone, Orte mit Hautschäden usw.

Niederdruck-Quecksilberlampen

Eine Niederdruck-Quecksilberlampe ist ein Standard, mit dem alle anderen Quellen verglichen werden.
Der Großteil der Strahlungsenergie von Quecksilberdampf bei niedrigem Druck in einer elektrischen Entladung liegt bei einer Wellenlänge von 254 nm, was ideal für die Desinfektion ist. Ein kleiner Teil der Energie wird bei einer Wellenlänge von 185 nm emittiert und erzeugt intensiv Ozon. Bei anderen Wellenlängen, einschließlich des sichtbaren Bereichs, wird eine sehr kleine Energiemenge emittiert.

Bei gewöhnlichen Quecksilber-Leuchtstofflampen mit weißem Licht überträgt das Glas der Glühbirne keine von Quecksilberdampf emittierte ultraviolette Strahlung. Aber der Leuchtstoff, ein weißes Pulver an den Wänden des Kolbens, leuchtet unter dem Einfluss von ultraviolettem Licht im sichtbaren Bereich.

UVB- oder UVA-Lampen sind ähnlich angeordnet, der Glaskolben lässt keine Peaks von 185 nm und Peaks von 254 nm durch, aber der Leuchtstoff emittiert unter dem Einfluss kurzwelliger ultravioletter Strahlung kein sichtbares Licht, sondern langwelliges Ultraviolett. Dies sind technische Lampen. Und da das Spektrum von UVA-Lampen dem von Solar ähnlich ist, werden solche Lampen auch zum Bräunen verwendet. Ein Vergleich des Spektrums mit der bakteriziden Wirkungsgradkurve zeigt, dass es nicht praktikabel ist, UVB-Lampen und insbesondere UVA-Lampen zur Desinfektion zu verwenden.

Feige. 11 Vergleich der bakteriziden Wirkungsgradkurve, des UVB-Lampenspektrums, des UVA-Bräunungslampenspektrums und des 365-nm-Diodenspektrums. Spektren von Lampen aus dem Standort der American Association of Manufacturers of Paint [ Paint ].

Beachten Sie, dass das Spektrum der UVA-Leuchtstofflampe breit ist und den UVB-Bereich erfasst. Das Spektrum der 365-nm-Diode ist viel enger, es ist „ehrliches UVA“. Wenn UVA erforderlich ist, um Lumineszenz zu dekorativen Zwecken zu induzieren oder Kontaminationen festzustellen, ist die Verwendung einer Diode sicherer als die Verwendung einer UV-Leuchtstofflampe.

Die UVC-Niederdruck-Quecksilber-Keimtötungslampe unterscheidet sich von den fluoreszierenden dadurch, dass sich an den Wänden des Kolbens kein Leuchtstoff befindet und die Glühbirne ultraviolettes Licht durchlässt. Die Hauptlinie von 254 nm wird immer übersprungen, und die Ozonerzeugungslinie von 185 nm kann im Spektrum der Lampe belassen oder durch einen Glaskolben mit selektiver Transmission entfernt werden.

Feige. 12 Der Emissionsbereich ist auf der UV-Kennzeichnung angegeben. Die keimtötende UVC-Lampe ist am Fehlen eines Leuchtstoffs an der Glühbirne zu erkennen.

Ozon hat eine zusätzliche bakterizide Wirkung, ist jedoch krebserregend. Um nicht zu warten, bis das Ozon nach der Desinfektion wetterbeständig ist, verwenden Sie nicht ozonbildende Lampen ohne 185-nm-Linie im Spektrum. Diese Lampen haben ein nahezu perfektes Spektrum - die Hauptlinie mit einer hohen bakteriziden Effizienz von 254 nm, sehr schwacher Strahlung im nicht bakteriziden Bereich der ultravioletten Strahlung und einer kleinen "Signal" -Strahlung im sichtbaren Bereich.

Feige. 13. Das Spektrum der UVC-Niederdruck-Quecksilberlampe (bereitgestellt von lumen2b.ru) wird mit dem Spektrum der Sonnenstrahlung (aus Wikipedia) und der bakteriziden Wirksamkeitskurve (aus dem ESNA Lighting Handbook [ ESNA ]) kombiniert .

Das blaue Leuchten der bakteriziden Lampen zeigt an, dass die Quecksilberlampe eingeschaltet ist und funktioniert. Das Leuchten ist schwach und dies erzeugt den irreführenden Eindruck, dass es sicher ist, auf die Lampe zu schauen. Wir glauben nicht, dass die Strahlung im UVC-Bereich 35 ... 40% der von der Lampe verbrauchten Gesamtleistung beträgt.

Feige. 14 Ein kleiner Teil der Strahlungsenergie von Quecksilberdampf liegt im sichtbaren Bereich und ist als schwaches blaues Leuchten sichtbar.

Eine bakterizide Niederdruck-Quecksilberlampe hat den gleichen Sockel wie eine herkömmliche Leuchtstofflampe, es wird jedoch eine andere Länge hergestellt, damit die bakterizide Lampe nicht in gewöhnliche Lampen eingesetzt wird. Die Leuchte für eine bakterizide Lampe zeichnet sich zusätzlich zu den Abmessungen dadurch aus, dass alle Kunststoffteile gegen ultraviolette Strahlung beständig sind, die Drähte vom ultravioletten Licht geschlossen sind und kein Diffusor vorhanden ist.

Für den bakteriziden Bedarf zu Hause verwendet der Autor eine bakterizide 15-W-Lampe, die zuvor zur Desinfektion der Nährlösung einer Hydrokulturpflanze verwendet wurde. Sein Analogon finden Sie auf Anfrage "Aquarium UV Sterilisator". Wenn die Lampe in Betrieb ist, wird Ozon freigesetzt, was nicht gut ist, aber zur Desinfektion von beispielsweise Schuhen nützlich ist.

Feige. 15 Quecksilberlampen mit niedrigem Druck und einem Sockel verschiedener Typen. Bilder von der Aliexpress-Website.

Quecksilberlampen mit mittlerem und hohem Druck

Ein Anstieg des Quecksilberdampfdrucks kompliziert das Spektrum, das Spektrum erweitert sich und es erscheinen mehr Linien darin, auch bei ozonerzeugenden Wellenlängen. Die Einführung von Additiven in Quecksilber führt zu einer noch größeren Komplexität des Spektrums. Es gibt viele Arten solcher Lampen, und das Spektrum jeder ist speziell.

Feige. 16 Beispiele für Spektren von Quecksilberlampen mit mittlerem und hohem Druck

Ein Druckanstieg verringert den Wirkungsgrad der Lampe. Am Beispiel der Marke Aquafineuv emittieren Mitteldrucklampen im UVC-Bereich bereits 15 bis 18% des Stromverbrauchs und nicht 40% als Niederdrucklampen. Und die Kosten für Geräte pro Watt UVC-Flussmittel sind höher [ Aquafineuv ].
Reduzierter Wirkungsgrad und erhöhte Kosten der Lampe werden durch Kompaktheit ausgeglichen. Zum Beispiel erfordert die Desinfektion von fließendem Wasser oder das Trocknen von Lacken, die beim Drucken mit hoher Geschwindigkeit aufgetragen werden, kompakte und leistungsstarke Quellen. Stückkosten und Effizienz sind nicht wichtig. Die Verwendung einer solchen Lampe zur Desinfektion ist jedoch falsch.

UV-Bestrahler von einem DRL-Brenner und einer DRT-Lampe

Es gibt eine „beliebte“ Möglichkeit, eine leistungsstarke Quelle für ultraviolettes Licht relativ billig zu erhalten. Außer Betrieb, aber immer noch verkauft DRL-Lampen weißes Licht 125 ... 1000 Watt. In diesen Lampen befindet sich im Inneren der Glühlampe ein „Brenner“ - eine Quecksilberhochdrucklampe. Es sendet Breitband-Ultraviolett aus, das durch eine externe Glaskolbe verzögert wird, aber den Leuchtstoff an seinen Wänden zum Leuchten bringt. Wenn Sie einen externen Kolben zerbrechen und den Brenner über eine Standarddrossel an das Netzwerk anschließen, erhalten Sie einen leistungsstarken Breitband-Ultraviolett-Emitter.

Ein solcher provisorischer Emitter hat seine Nachteile: Geringer Wirkungsgrad im Vergleich zu Niederdrucklampen, ein großer Anteil ultravioletter Strahlung außerhalb des bakteriziden Bereichs, und Sie können nach dem Ausschalten der Lampe einige Zeit nicht im Raum bleiben, bis das Ozon zerfällt oder verschwindet.

Die Vorteile sind jedoch unbestritten: niedrige Kosten und hohe Leistung bei kompakten Abmessungen. Zu den Pluspunkten gehört die Erzeugung von Ozon. Ozon desinfiziert schattierte Oberflächen, die keinen ultravioletten Strahlen ausgesetzt sind.

Feige. 17 UV-Bestrahler aus DRL-Lampen. Das Foto wird mit Genehmigung des Autors, eines bulgarischen Zahnarztes, veröffentlicht, der diesen Bestrahlungsapparat zusätzlich zur bakteriziden Standardlampe Philips TUV 30W verwendet.

Ähnliche ultraviolette Lichtquellen zur Desinfektion in Form von Hochdruckquecksilberlampen werden in Bestrahlungsgeräten vom Typ OUFK-01 "Sun" verwendet.

Beispielsweise veröffentlicht der Hersteller für die beliebte Lampe "DRT 125-1" das Spektrum nicht, aber die Dokumentation gibt die Parameter an: Die Strahlungsintensität in einem Abstand von 1 m von der UVA-Lampe beträgt 0,98 W / m ² , UVB 0,83 W / m ² , UVC - 0,72 W / m ² , bakterizider Fluss von 8 W und nach Gebrauch ist eine Raumbelüftung durch Ozon erforderlich [ Lisma]. Auf die direkte Frage nach dem Unterschied zwischen der DRT-Lampe und dem DRL-Brenner antwortete der Hersteller in seinem Blog, dass der DRT eine wärmende grüne Beschichtung auf den Kathoden hat.

Feige. 18 Die Quelle für breitbandiges ultraviolettes Licht ist eine DRT-125-Lampe. Aus

den angegebenen Eigenschaften geht hervor, dass das Breitbandspektrum mit einem nahezu gleichen Strahlungsanteil im weichen, mittleren und harten Ultraviolett einschließlich der Erfassung von ozonerzeugendem hartem UVC. Der bakterizide Fluss beträgt 6,4% des Stromverbrauchs, dh der Wirkungsgrad ist sechsmal geringer als der einer Niederdruckröhrenlampe.

Der Hersteller veröffentlicht nicht das Spektrum dieser Lampe, aber das gleiche Bild mit dem Spektrum einiger DRT-Zirkulationen ist im Internet verbreitet. Die ursprüngliche Quelle ist unbekannt, aber das Energieverhältnis in den Bereichen UVC, UVB und UVA entspricht nicht dem für die DRT-125-Lampe angegebenen. Für DRT wird ein ungefähr gleiches Verhältnis angegeben, und das Spektrum zeigt, dass die UVB-Energie ein Vielfaches der UBC-Energie ist. Und bei UVA ist es viel höher als bei UVB.

Feige. 19. Das Spektrum einer Lichtbogen-Hochdruck-Quecksilberlampe, das am häufigsten das Spektrum der für medizinische Zwecke weit verbreiteten DRT-125 veranschaulicht.

Es ist klar, dass Lampen mit unterschiedlichen Drücken und Additiven in Quecksilber etwas unterschiedlich emittieren. Es ist auch klar, dass ein nicht informierter Verbraucher dazu neigt, sich die gewünschten Eigenschaften und Eigenschaften des Produkts vorzustellen, aufgrund seiner eigenen Annahmen Vertrauen zu gewinnen und einen Kauf zu tätigen. Und die Veröffentlichung des Spektrums einer bestimmten Lampe wird zu Diskussionen, Vergleichen und Schlussfolgerungen führen.

Der Autor kaufte einmal eine OUFK-01-Installation mit einer DRT-125-Lampe und verwendete sie mehrere Jahre lang, um die UV-Beständigkeit von Kunststoffprodukten zu testen. Er bestrahlte gleichzeitig zwei Produkte, von denen eines eine Kontrolle aus UV-beständigem Kunststoff war, und sah aus, die schneller vergilbten. Für eine solche Anwendung ist die Kenntnis der genauen Form des Spektrums nicht erforderlich, es ist nur wichtig, dass der Emitter breitbandig ist. Aber warum Breitband-Ultraviolett verwenden, wenn eine Desinfektion erforderlich ist?

Die Ernennung von OUFK-01 zeigt an, dass der Bestrahler bei akuten Entzündungsprozessen eingesetzt wird. Das heißt, in Fällen, in denen die positive Wirkung der Hautdesinfektion den möglichen Schaden von ultravioletter Breitbandstrahlung übersteigt. In diesem Fall ist es offensichtlich besser, schmalbandiges Ultraviolett ohne Wellenlängen im Spektrum zu verwenden, die eine andere Wirkung haben als bakterizid.

Luftdesinfektion

Ultraviolettes Licht wird als unzureichend angesehen, um Oberflächen zu desinfizieren, da die Strahlen nicht eindringen können, wenn beispielsweise Alkohol eindringt. Ultraviolett desinfiziert die Luft jedoch effektiv.

Beim Niesen und Husten bilden sich Tröpfchen von mehreren Mikrometern Größe, die einige Minuten bis mehrere Stunden in der Luft hängen [ CIE 155: 2003 ]. Studien zur Tuberkulose haben gezeigt, dass ein Aerosoltropfen für eine Infektion ausreicht.

Auf der Straße sind wir aufgrund des enormen Luftvolumens und der Mobilität der Luft, die jeden mit Zeit und Sonneneinstrahlung zerstreuen und desinfizieren können, in relativer Sicherheit. Selbst in der U-Bahn ist das Gesamtluftvolumen pro infizierter Person groß, obwohl der Anteil infizierter Personen gering ist, und eine gute Belüftung verringert das Risiko einer Ausbreitung der Infektion. Der gefährlichste Ort während einer Pandemie von durch die Luft übertragenen Krankheiten ist der Aufzug. Daher sollten Niesen unter Quarantäne gestellt werden, und Luft in öffentlichen Bereichen mit unzureichender Belüftung muss desinfiziert werden.

Umwälzpumpen

Eine der Optionen für die Luftdesinfektion sind geschlossene UV-Umwälzpumpen. Wir werden einen dieser Umwälzpumpen diskutieren - "Dezar 7", der dafür bekannt ist, sogar im Büro der ersten Person im Staat gesehen zu werden.

Die Beschreibung des Umwälzpumpers besagt, dass er 100 m ³ pro Stunde bläst und für die Bearbeitung eines Raums mit einem Volumen von 100 m ³ (ca. 5 × 7 × 2,8 m) vorgesehen ist.
Die Fähigkeit, 100 m ³ Luft pro Stunde zu desinfizieren, bedeutet jedoch nicht, dass die Luft in einem Raum von 100 m ³ pro Stunde genauso effizient behandelt wird. Die behandelte Luft verdünnt die verschmutzte Luft und tritt in dieser Form immer wieder in den Umwälzpumpen ein. Es ist einfach, ein mathematisches Modell zu erstellen und die Wirksamkeit eines solchen Prozesses zu berechnen:

Feige. 20 Einfluss des UV-Rezirkulators auf die Anzahl der Mikroorganismen in der Luft eines Raumes ohne Belüftung.

Um die Konzentration von Mikroorganismen in der Luft um 90% zu reduzieren, muss der Rezirkulator mehr als zwei Stunden arbeiten. Ohne Belüftung im Raum ist dies möglich. Es gibt aber keine normalen Räume mit Menschen und ohne Belüftung. Beispielsweise schreibt [ SP 60.13330.2016 ] einen Mindestverbrauch an Außenluft während der Belüftung von 3 m ³ pro Stunde pro 1 m ²Wohnfläche vor. Dies entspricht einem vollständigen Luftwechsel einmal pro Stunde und macht den Umwälzpumpe unbrauchbar.

Wenn wir ein Modell betrachten, bei dem es sich nicht um ein vollständiges Mischen handelt, sondern um laminare Düsen, die entlang eines festgelegten komplexen Pfades im Raum verlaufen und belüftet werden, ist die Desinfektion eines dieser Düsen noch geringer als beim Modell des vollständigen Mischens.

In jedem Fall ist der UV-Rezirkulator nicht nützlicher als ein offenes Fenster.

Einer der Gründe für die geringe Effizienz von Umwälzpumpen ist, dass die bakterizide Wirkung in Bezug auf jedes Watt UV-Fluss extrem gering ist. Der Strahl passiert ungefähr 10 Zentimeter innerhalb der Anlage und wird dann von Aluminium mit einem Koeffizienten von ungefähr k = 0,7 reflektiert. Dies bedeutet, dass die effektive Reichweite des Strahls innerhalb der Anlage etwa einen halben Meter beträgt, wonach er ohne Nutzen absorbiert wird.

Feige. 21. Ein Bild aus einem Video auf Youtube, auf dem der Rezirkulator zerlegt ist. Bakterizide Lampen und eine reflektierende Aluminiumoberfläche sind sichtbar und reflektieren ultraviolettes Licht viel schlechter als sichtbares Licht [ Dezar ].

Eine bakterizide Lampe, die im Büro der Klinik offen an der Wand hängt und laut Zeitplan vom Arzt eingeschaltet wird, ist um ein Vielfaches wirksamer. Die Strahlen einer offenen Lampe passieren mehrere Meter und desinfizieren zuerst die Luft und dann auch die Oberflächen.

Luftbestrahler im oberen Teil des Raumes

In den Stationen von Krankenhäusern, in denen sich ständig bettlägerige Patienten befinden, werden manchmal UV-Anlagen eingesetzt, die die zirkulierenden Luftströme unter der Decke bestrahlen. Der Hauptnachteil solcher Installationen ist das Gitter, das die Lampen schließt. Es lässt nur Strahlen durch, die genau in eine Richtung gehen, und absorbiert ohne Nutzen mehr als 90% des restlichen Stroms.

Sie können zusätzlich Luft durch einen solchen Bestrahler blasen, so dass gleichzeitig ein Umwälzpumpe erhalten wird. Dies wird jedoch wahrscheinlich nicht durchgeführt, weil Sie nicht bereit sind, einen Staubsammler in den Raum zu bringen.

Feige. 22 UV-Bestrahler unter der Decke, Bild von [ Airsteril ].

Gitter schützen Menschen in Innenräumen vor direkter UV-Strahlung, aber der Strom, der durch das Gitter strömt, trifft auf Decke und Wände und wird mit einem Reflexionskoeffizienten von etwa 10% diffus reflektiert. Der Raum ist mit omnidirektionaler ultravioletter Strahlung gefüllt, und die Menschen erhalten eine Dosis ultravioletter Strahlung, die proportional zur im Raum verbrachten Zeit ist.

Rezensenten und Autor

Gutachter:
Artyom Balabanov, Elektronikingenieur, Entwickler von UV-Härtungssystemen;
Rumen Vasilev, Ph.D., Lichtingenieur, OOD Interluks, Bulgarien;
Vadim Grigorov, Biophysiker;
Stanislav Lermontov, Lichtingenieur, Integrated Systems LLC;
Alexey Pankrashkin, Ph.D., außerordentlicher Professor für Halbleiterbeleuchtung und Photonik, LLC "INTECH Engineering";
Andrey Khramov, Spezialist für Lichtdesign für medizinische Einrichtungen;
Vitaliy Tsvirko, Leiter des Prüflabors für Lichttechnik, TSSOT NAS Belarus
Autor: Anton Sharakshane, Ph.D., Lichttechniker und Biophysiker, Erste MGMU benannt nach SIE. Sechenova

Verweise

Verweise

[Airsteril] www.airsteril.com.hk/en/products/UR460
[Aquafineuv] www.aquafineuv.com/uv-lamp-technologies
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ULTRAVIOLET AIR DISINFECTION
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Optical radiation physics and illuminating engineering. Part 10: Photobiologically effective radiation, quantities, symbols and action spectra. . . ,
[ESNA] ESNA Lighting Handbook, 9th Edition. ed. Rea M.S. Illuminating Engineering Society of North America, New York, 2000
[IEC 62471] 62471-2013 .
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Coronavirus Ultraviolet Susceptibility, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma] lisma.su/en/strategiya-i-razvitie/bactericidal-lamp-drt-ultra.html
[Mitsuichemicals] jp.mitsuichemicals.com/en/release/2014/141027.htm
[Nejm] www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMicm1104059
[Paint] www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/analytical-series-principles-of-accelerated-weathering-evaluations-of-coatings
[TUV] www.assets.signify.com/is/content/PhilipsLighting/fp928039504005-pss-ru_ru
[] . : .
[] youtu.be/u6kAe3bOVVw
[ 3.5.1904-04] 3.5.1904-04
[ 60.13330.2016] 60.13330.2016 , .

UPD: Experimentell veröffentlichte Videoversion des Artikels

Ultraviolett: wirksame Desinfektion und Sicherheit