FAQ. Простые ответы на сложные вопросы.
Что такое Ультрафиолет (УФ-излучение)? Электромагнитное излучение с диапазоном длин волн от 100 до 400 нм. Электромагнитные волны длиннее ультрафиолета, относятся к видимому спектру, который способен регистрировать человеческий глаз, ниже (в сторону коротких волн) находится рентгеновское излучение.УФ-излучение является невидимым для человека, «синий» свет ламп говорит только о том, что в спектре лампы присутствуют «свтовые линии» которые регистрирует человечески глаз.
Где используется УФ-излучение? УФ-излучение можно разделить на несколько поддиапазонов. Очень часто пользователи специальных источников света путают понятия, считая, что весь диапазон ультрафиолета имеет одинаковые свойства. Это совсем не так, несмотря на достаточно узкий диапазон длин волн (частот) свойства УФ-излучения в разных диапазонах сильно различаются.
Ультрафиолет диапазона А (УФ-А) – от 315 нм до 400 нм, широко используется для задач фото- полимеризации (УФ-сушки), так называемый UV curing; в детекторах, например, в тестах денежных купюр; в лечебных целях для выработки витамина D в устройствах и установках загара, лампы которых «Tanning lamps», часто называют «солярными» или «загарными»; в установках фотокатализа для очистки воздуха; в ловушках для насекомых. Конструктивно это ртутные лампы низкого давления из стекла с высоким пропусканием в диапазоне УФ-А и специальным люминофором (phosphor), нанесенным внутреннюю поверхность лампы. Спектр излучения зависит от свойств и состава люминофора, как правило, это широкополосное или сплошное излучение с максимумом в районе 360-375 нм. Лампы для УФ-сушки могут представлять из себя ртутный источник среднего давления со специальными добавками.
Стоить отметить, что в последние годы традиционные источники на основе ртутного разряда в смесях благородных газов активно замещаются на светодиоды этого же диапазона. При этом такие источники серьезно проигрывают традиционным в к.п.д и гораздо выше по стоимости. LED UVA имеют и свои плюсы, неограниченное число включений/выключений, отсутствие ртути в их составе.
Ультрафиолет диапазона B (Б) (УФ-Б) – переходная область между диапазонами УФ-А и УФ-С, 280-315 нм. Узкий диапазон, который находится между «загарным» ультрафиолетом и бактерицидным диапазоном УФ-С. Присутствует в малых количествах в спектре ламп для соляриев, а также активно применяется в медицинских приборах для фото-терапии псориаза (лампы с длиной волны 311 нм).
Ультрафиолет диапазона С (УФ-С) – Бактерицидный ультрафиолет с диапазоном 200-280 нм. Область применения, как можно пронять из названия, обеззараживание воды, воздуха и поверхности. На бактерицидном действии ультрафиолета диапазона С основаны методы безреагентной обработки питьевой, сточной и оборотной воды, обеззараживания воды в бассейнах, емкостях. Значительное место в технологии получило обеззараживание воздуха, которое широко применяется в медицине и пищевой промышленности.
В основе метода обеззараживания лежит принцип подавления репликации (размножения) микроорганизмов (вирусов, бактерий, плесеней) за счет воздействия такого электромагнитного излучения на часть ДНК -Тиминовые димеры, при этом происходит разрушение (изменение) структуры ДНК, которое и приводит к угнетению репликации микроорганизмов.
К счастью, природа подарила человечеству уникальное вещество – Ртуть, которая имеет мощный резонансный переход с длиной волны 253,7 нм, который очень близок к максимуму бактерицидной кривой около 260-265 нм. При этом к.п.д получения УФ-излучения с такой длиной волной в ртутном разряде низкого давления может быть очень высоким 50-60%, а на практике легко достижимы 35-40%.
Источники излучения диапазона УФ-С весьма разнообразны, лампы низкого давления, включая амальгамные, среднего давления (в России разделяют также лампы высокого давления, по типу разряда это одно и тоже), импульсные УФ лампы, эксимерные лампы с длиной волны >200 нм, UVC-диоды (см. раздел «Твердотельные УФ-источники LED»)
Вакуумный ультрафиолет – от 100 нм до 200 нм (от 10 до 200 нм с «мягким рентгеном»), используется в задачах фотохимии, системах удаления запахов, процессах удаления общего органического углерода (ТОС), очистки поверхности в задачах микроэлектроники.
Традиционно в этом диапазоне источников излучения представлены лампы ртутного разряда, кварцевые и амальгамные с длиной волны 184.9 нм и эксимерные лампы с длиной волны 172 нм. Такое коротковолновое излучение хорошо поглощается в средах, стекле (кварце), воде и даже в воздухе. Поэтому такие лампы изготовляют из специальных сортов кварцевого стекла, которое имеет минимальное количество примесей и внутренних дефектов.
Мифы о ультрафиолете. Вопрос-ответ.
Зачем почти все УФ-источники для обеззараживания основаны на разряде в парах ртути? Почему нельзя использовать непосредственно УФ-излучение с максимальной эффективностью 260-265 нм? Разве таких нет?
Есть. Получить УФ-излучение с длиной непосредственно с длиной волны 265 нм не представляет каких-то сложных физических и инженерных задач. Это могут быть лампы со специальным люминофором, подобрать элемент с близким переходом из основного состояния, например, атом золота (Au) или даже UVC диод. Проблема не в этом, а получении практически значимого с точки зрения эффективности и экономики источника излучения. В этом смысле атом ртути уникален, газоразрядный источник на его основе имеет теоретический к.п.д выше 60%, а на практике это 35-40%. Это много! Для сравнения к.п.д УФ-С диодом доступных для коммерческого использования 1-2%, ксеноновые импульсные лампы около 10%.
Почему длина волны где-то указана как 253.7, а где-то пишут 254 нм.
Последнее округление. Величины 253.7 или 184.9 нм величины обратные энергии квантов, которые получают, а затем испускают атомы ртути, находясь в основном состоянии и переходя в возбужденное. Внутренняя структура каждого атома периодической таблицы уникальна и подчиняется только допустимым квантовым переходам. Например, у атома ртути, всего два допустимых перехода из основного состояния, собственно, 185 нм и 254 нм, т.е перейти, например, на уровень 265 нм этот атом не может. В свою очередь из 185 нм или 254 нм можно «попасть» выше, но тоже только на определенный уровень, соответствующий тому или иному переходу какого-то электрона на другой уровень в оболочке атома. На основе этих уровней можно построить диаграмму, которая называется диаграммой Гротриана. Они есть для всех элементов периодической системы элементов.
Ртуть Hg. Часто можно слышать о вреде ртути и о том, как необходимо отказаться от ее использования
Это большое предубеждение. Ртуть, элемент 1 ого класса опасности, это неоспоримо.
При этом важно понимать, что вред наносят пары ртути в достаточно большом количестве.
В большинстве даже самых мощных амальгамных ламп содержание не превышает 15 мг. Для сравнения в старых ртутных градусниках ртути около 2 грамм или 2000 мг. Ртуть содержится и в подавляющем количестве традиционных источников света – люминесцентных (флуоресцентных) лампах. В лампах, изготовленных по старым технологиям, содержалось 75-150 мг ртути, а в современных лампах количество ртути редко превышает 10 мг. При этом такие УФ-лампы очень просты, дешевы и экономичны.
Проще говоря, не было бы ртути, не было бы ни световых источников, ни систем обеззараживания!
Кстати говоря, экологичность тех же светодиодов является сильно преувеличенной, так как В стандартных светодиодах используются различные комбинации индия, галлия, мышьяка, кремния, фосфора, цинка, селена и других элементов.
Обеззараживание. Тут много своих мифов, которые часто вводят в заблуждение пользователей технологии.
«Ультрафиолет убивает микроорганизмы». Теоретически ДА, с помощью мощного УФ-излучения более 106 мВт/см2 можно и испарить микроорганизмы, при несколько меньших разрушить «послойно» за счет поглощения белков. На практике этого не происходит. Да и зачем? Используются УФ-дозы порядка десятков мВт/см2 уже происходит процессы на молекулярном уровне, так что микроорганизм теряет возможность к размножению. Да, он живой! Ну, плавает он в среде из воздуха или воды. К размножению не способен, а значит безопасен.
Правильно - Ультрафиолет инактивирует микроорганизмы.
«Ультрафиолет не работает по большому спектру микроорганизмов» - широко распространенное заблуждение.
Ультрафиолет УФ-С универсальное оружие. Так как все микроорганизмы имеют ДНК или РНК метод работать будет. Конечно, микроорганизмы разные и по размерам, и по белкам, которые могут поглощать УФ по-разному. Безусловно, требуются разные УФ-дозы для того или иного микроорганизма. Например, для принятого в России СМП (Санитарно-показательный микроорганизм) S.Aureus – стафилококк золотистый нужна доза 6.6 мДж/см2 для его инактивации с эффективностью 99.9%, а для инактивации черной плесени Aspergillus Niger с той же эффективностью нужно почти 2000 мДж/см2. Да, для удаления последнего нужна большая УФ-доза, но во-первых это не означает, что микроорганизм нельзя инактивировать (просто доза нужна высокая), во-вторых это скорее исключение. Как правило, дозы для инактивации большинства микроорганизмов находятся в пределах 5-50 мДж/см2.
В настоящее время, сложилось такая картина по чувствительности. От меньшей УФ-дозы к бОльшей.
Бактерии ≈ простейшие > большинство вирусов > аденовирусы > плесень и водоросли
Это, кстати, тоже распространённый миф, чем меньше микроорганизм, тем проще его инактивировать с помощью ультрафиолета. Это не так. Например, вирусы гораздо меньше, чем бактерии, но при этом есть достаточно устойчивые, те же ротавирусы.
Последние статьи
