что такое uvb в ультрафиолете
В чем разница между UVA и UVB лучами?
Действительно, существует три типа лучей: UVA, UVB и UVC.
UVC-лучи
Это очень короткие волны, и они не достигают Земли, отфильтровываясь атмосферой. Поэтому про них нам нечего волноваться.
UVA-лучи
Это длинные волны ультрафиолетового излучения, 95% из них достигает Земли. Они присутствуют в нашей жизни каждый день, круглый год, с момента, когда солнце встает, и до его заката. Причем UVA-лучи поступают к нам при любой погоде, в любом климатическом поясе. Именно поэтому, несмотря на то, что они слабее UVB-лучей, они могут причинить больше вреда. Они проникают сквозь облака, окна, и их проникновение в кожу более глубокое. Поэтому солнцезащитный крем необходим даже в помещении и при любой погоде.
UVA-лучи действительно окружают нас постоянно и разрушают так же постоянно. Они не только создают загар на коже, они являются одним из источников образования свободных радикалов (одной из первых причин старения).
Но фотостарение – не единственная проблема, связанная с UVA-лучами. Они могут вызвать неправильное производство клеток, что и может впоследствии стать причиной раковых заболеваний.
UVB-лучи
Это средние волны ультрафиолетового излучения. Только 5 процентов из них достигают поверхности Земли. Часть из них поглощается облаками, а другая часть – озоновым слоем. Поэтому, как вы догадались, настолько вредны дыры в озоновом слое, они несут плохие последствия не только окружающей среде, но и нашей коже.
UVB-лучи наиболее активны с 10 утра до 4 часов вечера. Единственное облегчение: они не проходят сквозь облака и окна. Но есть и плохие новости: эти лучи – более мощные, чем длинные волны (UVA), и вреда от них может быть немало. Этот ущерб бывает виден сразу – это солнечные ожоги, а также аномальные мутации клеток и их развития, и как следствие – рак кожи.
Вывод
Теперь вы знаете, почему важно использовать солнцезащитные кремы широкого спектра защиты. К сожалению, большинство кремов имеют защиту только от одного типа лучей.
— Фильтры SPF – это защита только от UVB-лучей. Такие фильтры имеют большинство солнцезащитных средств.
— Фильтры IPD и PPD – это защита от UVA-лучей. Обязательно проверьте, чтобы ваше средство включала в себя и UVA-фильтры (это диоксид титана, оксид цинка, Mexoryl, Tinosorb или Avebenzone).
И не экономьте на хорошем средстве от солнца, в которое включены оба типа защиты. Удачного вам отдыха!
Про вредное воздействие ультрафиолета не слышал едва ли ребенок. Поэтому с приходом солнечных дней каждая женщина, привыкшая ухаживать за собой, запасается солнцезащитными кремами и лосьонами. Но не всегда такая предусмотрительность помогает избежать печальных последствий долгого пребывания на солнце. Чтобы правильно подобрать косметическое средство с фактором SPF, недостаточно взглянуть на его показатель – лучше всего оценить состав самостоятельно, зная, какие компоненты необходимы в конкретной ситуации.
Такой многогранный ультрафиолет
В зависимости от длины волны и биологической активности принято выделять три вида ультрафиолетовых лучей:
Кожа с защитным фильтром SPF 15 и без
И хотя ультрафиолетовые лучи спектра B составляют всего 5% от общего числа, достигающего поверхности Земли, они являются самыми агрессивными. Наиболее чувствительными к UVB-лучам являются:
Часть энергии UVB-лучей фильтруется тучами и обычным оконным стеклом, но в безоблачный солнечный день их действие максимально усиливается. Наибольшая активность В-спектра наблюдается с 10:00 до 16:00 – именно в это время загар ложится интенсивнее всего, но и риск обгореть повышается в разы.
Польза и вред UVB-лучей
Именно В-спектр ультрафиолета отвечает за получение желанного бронзового загара. Эти лучи воздействуют на поверхностные слои эпидермиса, стимулируя гиперпигментацию в клетках. Кроме того, UVB в большей степени стимулирует естественную выработку витамина D, жизненно необходимого каждому организму. Однако эти положительные свойства ультрафиолета сопряжены с негативным эффектом, который он оказывает на человека.
Не сожгите свою кожу 🙂
Пагубное действие ультрафиолета спектра В сложно не заметить. Буквально через несколько минут (продолжительность может варьировать в зависимости от фототипа кожи, но в большинстве случаев не превышает получаса) незащищенная кожа начинает постепенно краснеть и воспаляться. Если прекратить облучение, отправившись в тень, через 2-3 дня покраснение сойдет, однако усугубление солнечного ожога чревато серьезными последствиями. Болезненные волдыри, полученные из-за UVB, заживают очень долго, а полностью восстанавливается кожа в лучшем случае через несколько месяцев. Поэтому выходить на улицу без солнцезащитного средства в погожий денек не только беспечно, но и очень опасно!
Косметологические UVB-фильтры
Современные косметические средства, призванные защитить кожу от негативного воздействия ультрафиолета, сохранив при этом положительный эффект от его воздействия, содержат в своем составе специальные вещества, которые блокируют до 99% агрессивных UVB-лучей. Минеральные фильтры, которые в косметологии принято называть физическими, отражают световые волны средней длины, тем самым предотвращая солнечные ожоги и воспаления. К веществам данной группы относятся:
Каждый из этих компонентов является абсолютно безопасным для кожи, поэтому их предпочитают многие косметологические бренды. Правда, есть небольшое «но»: диоксид титана может немного выбеливать кожу, поэтому его большое количество противопоказано смуглым от природы или уже успевшим значительно загореть людям. Для них оптимальным выбором станет косметика от солнца, содержащая оксид цинка – он не оставляет никаких следов на коже.
Кроме того, частично обезвреживать UVB-лучи могут и химические фильтры – они проникают в глубокие слои кожи и превращают пагубный ультрафиолет в тепловую энергию. Каждый из них эффективен в своем радиусе действия:
Этот перечень далеко не полный – вещества имеют десятки модификаций, и с каждым месяцем ведущие дерматологи представляют новые, все более безопасные и совершенные компоненты, способные защищать кожу от вредного воздействия ультрафиолета.
Как обезопасить себя в солнечный день?
В большей степени показатель SPF, указанный на каждой тубе солнцезащитной косметики, отражает степень защиты именно от UVB. Однако это не значит, что специальными фильтрами А-спектра можно пренебрегать – пагубное воздействие UVA-лучей также отражается на состоянии кожи.
У нас большой выбор кремов с защитой SPF!
Только профессиональные косметические средства, гармонично сочетающие в себе универсальные фильтрующие компоненты, могут обеспечить коже максимальную заботу и уход в солнечный день. Вооружившись одним из солнцезащитных кремов от ведущих мировых брендов в области косметологии – Australian Gold, Tannymax, Soleil Noir и др. – Вы можете быть уверены: солнечные ожоги, пересушивание кожи и ее преждевременное старение Вам не грозит!
Ультрафиолетовое излучение: что такое UVA, UVB и UVC лучи
О таком понятии, как ультрафиолетовое излучение, знают, наверное, все. Это всем известные УФ-лучи, которые при долгом контакте с поверхностями делают ужасные вещи, например, способствуют выгоранию краски или обжигают кожу. Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу однозначно — это бесповоротное старение. Причём старение не в привычном понимании, т. е. возрастное (или хроностарение). Речь идёт о фотостарении.
Что такое UVA, UVB и UVC лучи, и как они воздействуют на нашу кожу?
Изучая явление «солнечная активность», ученые нередко используют такие термины, как космическая радиация, галактическое и космическое излучение. Все они касаются лучей, которые испускает наше Солнце, и которые попадает на нашу планету. Огромная часть излучения отражается озоновым слоем, ледниками, но кое-что всё равно проникает в атмосферу, достигая поверхности земли. К счастью для всего живого на планете, эта часть ничтожно мала по сравнению с тем, что изначально шло от Солнца. К тому же УФ-лучи, проникшие через атмосферу, все равно в большом количестве задерживаются кислородом, который поглощает их, превращаясь в озон.
То оставшееся, что попадает на землю, представляет собой неравномерный поток, состоящий из нескольких отдельных волн. Прежде всего, ультрафиолетовое излучение — это электромагнитное излучение, поэтому его лучи имеют различную длину волн в диапазоне от 10 до 400 нм. Далее идет разделение лучей на 4 группы в зависимости от длины волны:
• самые короткие лучи именуются экстремальным ультрафиолетом (10-121 нм), который имеет аббревиатуру EUV/XUV;
• дальний диапазон — коротковолновой ультрафиолет (120-280 нм) или UVC;
• средний диапазон — средневолновой ультрафиолет (280-315 нм) или UVB;
• ближний диапазон — длинноволновой ультрафиолет (315-400 нм) или UVA.
Экстремальный и коротковолновой ультрафиолет полностью поглощается атмосферой земли, поэтому защита от EUV и UVC человеку не нужна. UVB-лучи на 90% поглощаются атмосферой, а вот лучи UVA практически полностью достигают поверхности Земли. Собственно, поэтому современная косметология предлагает защиту от двух типов излучения, причем упор сделан на защите от UVA-лучей.
Поскольку UVA и UVB имеют различную интенсивность излучения, то это значит, что они обладают различной скоростью разрушения того, на что попадают. УФ-лучи при прямом контакте с поверхностью вызывают ее деградацию, это относится и к нашей коже. Ультрафиолетовое излучение обладает долей радиации, поэтому защищаться от него необходимо, дабы не заработать как минимум солнечные ожоги. Чем короче длина волны лучей, тем опаснее излучение. Те немногочисленные UVB-лучи, достигающие земли, негативно воздействуют на ДНК и ответственны за мутацию клеток, в т. ч. могут спровоцировать рост раковых опухолей. UVA-лучи не такие «токсичные», чуть менее опасные, но они составляет 90% ультрафиолета, попадающего на поверхность, и именно они ответственны за фотостарение. Еще более опасными их делает такое явление, как отражение от поверхностей, что позволяет увеличивать дозу облучения вдвое. В ходе постоянного и длительного воздействия UVA-лучей происходит атрофия кожи, сокращается уровень коллагена в матриксе и снижается клеточной оборот. К счастью, избежать фотостарения можно защищаясь от лучей с помощью специальных солнцезащитных средств.
Ультрафиолет: эффективная дезинфекция и безопасность
Свойства ультрафиолета зависят от длины волны, а ультрафиолет разных источников отличается спектром. Обсудим, какие источники ультрафиолета и как применять, чтобы максимизировать бактерицидное действие, минимизировав риски нежелательных биологических эффектов.
Рис. 1. На фотографии не дезинфекция излучением UVC, как можно подумать, а тренировка использования защитного костюма с выявлением в лучах UVA люминесцирующих пятен учебных телесных жидкостей. UVA – мягкий ультрафиолет и не оказывает бактерицидного действия. Закрытые глаза – оправданная мера безопасности, так как широкий спектр используемой люминесцентной лампы UVA пересекается с UVB, который опасен для зрения (источник Simon Davis/DFID).
Длина волны видимого света соответствует энергии кванта, при которой только-только становится возможным фотохимическое действие. Кванты видимого света возбуждают фотохимические реакции в специфической фоточувствительной ткани – в сетчатке глаза.
Ультрафиолет невидим, его длина волны меньше, частота и энергия кванта выше, излучение жестче, разнообразие фотохимических реакций и биологических эффектов больше.
Ультрафиолет различается на:
Бактерицидное действие ультрафиолета
Бактерицидное действие оказывает жесткий ультрафиолет – UVC, и в меньшей степени ультрафиолет средней жесткости – UVB. По кривой бактерицидной эффективности видно, что явное бактерицидное действие оказывает только узкий диапазон 230…300 нм, то есть примерно четверть от диапазона, называемого ультрафиолетом.
Рис. 2 Кривые бактерицидной эффективности из [CIE 155:2003]
Кванты с длинами волн в этом диапазоне поглощаются нуклеиновыми кислотами, что приводит к разрушению структуры ДНК и РНК. Помимо бактерицидного, то есть убивающего бактерии, этот диапазон оказывает вирулицидное (противовирусное), фунгицидное (противогрибковое) и спороцидное (убивающее споры) действие. В том числе убивается вызвавший пандемию 2020 г. РНК-содержащий вирус SARS-CoV-2.
Бактерицидное действие солнечного света
Бактерицидное действие солнечного света относительно невелико. Посмотрим на солнечный спектр над атмосферой и под атмосферой:
Рис. 3. Спектр солнечного излучения над атмосферой и на уровне моря. Наиболее жесткая часть ультрафиолетового диапазона до поверхности земли не доходит (заимствовано из Википедии).
Стоит обратить внимание на выделенный желтым надатмосферный спектр. Энергия кванта левого края спектра надатмосферных солнечных лучей с длиной волны менее 240 нм соответствует энергии химической связи 5.1 эВ в молекуле кислорода «O2». Молекулярный кислород поглощает эти кванты, химическая связь рвется, образуется атомарный кислород «O», который соединяется обратно в молекулы кислорода «O2» и, частично, озона «O3».
Солнечный надатмосферный UVC образует в верхних слоях атмосферы озон, называемый озоновым слоем. Энергия химической связи в молекуле озона ниже, чем в молекуле кислорода и поэтому озон поглощает кванты меньшей энергии, чем кислород. И если кислород поглощает только UVC, то озоновый слой поглощает UVC и UVB. Получается, что солнце самым краешком ультрафиолетовой части спектра генерирует озон, и этот озон затем поглощает большую часть жесткого солнечного ультрафиолета, защищая Землю.
А теперь аккуратно, обращая внимание на длины волн и масштаб, совместим солнечный спектр со спектром бактерицидного действия.
Рис. 4 Спектр бактерицидного действия и спектр солнечного излучения.
Видно, что бактерицидное действие солнечного света незначительно. Часть спектра, способная оказывать бактерицидное действие, почти полностью поглощена атмосферой. В разное время года и в разных широтах ситуация немного различается, но качественно похожа.
Опасность ультрафиолета
Руководитель одной из крупных стран предложил: «для излечения от COVID-19 нужно доставить солнечный свет внутрь организма». Однако, бактерицидный УФ разрушает РНК и ДНК, включая человеческие. Если «доставить солнечный свет внутрь организма» – человек погибнет.
Эпидермис, в первую очередь роговой слой отмерших клеток, защищает живую ткань от UVC. Ниже эпидермального слоя проникает только менее 1% излучения UVC [ВОЗ]. Более длинные волны UVB и UVA проникают на большую глубину.
Если бы солнечного ультрафиолета не было, возможно, люди бы не имели эпидермиса и рогового слоя, и поверхность тела была слизистой, как у улиток. Но так как люди эволюционировали под солнцем, слизистыми являются только защищенные от солнца поверхности. Наиболее уязвима слизистая поверхность глаза, условно защищенная от солнечного ультрафиолета веками, ресницами, бровями, моторикой лица, и привычкой не смотреть на солнце.
Когда впервые научились заменять хрусталик на искусственный, офтальмологи столкнулись с проблемой ожогов сетчатки. Стали разбираться в причинах и выяснили, что живой человеческий хрусталик для ультрафиолета непрозрачен и защищает сетчатку. После этого стали делать непрозрачными для ультрафиолета и искусственные хрусталики.
Изображение глаза в ультрафиолетовых лучах иллюстрирует непрозрачность хрусталика для ультрафиолета. Собственный глаз освещать ультрафиолетом не стоит, так как со временем хрусталик мутнеет, в том числе из-за набранной с годами дозы ультрафиолета, и нуждается в замене. Поэтому воспользуемся опытом отважных людей, которые пренебрегли безопасностью, посветили себе в глаза ультрафиолетовым фонариком на длине волны 365 нм, и выложили результат в YouTube.
Рис. 5 Кадр из ролика Youtube-канала «Kreosan».
Вызывающие люминесценцию ультрафиолетовые фонарики с длиной волны 365 нм (UVA) популярны. Покупаются взрослыми, но неизбежно попадают в руки детям. Дети светят себе этими фонариками в глаза, внимательно и подолгу рассматривают светящийся кристалл. Такие действия желательно предотвратить. Если это произошло, можно успокоить себя тем, что катаракта в исследованиях на мышах уверенно вызывается облучением хрусталика UVB, но катарогенозный эффект UVA неустойчив [ВОЗ].
И все же точный спектр действия ультрафиолета на хрусталик неизвестен. А если учесть, что катаракта – сильно отложенный эффект, нужно некоторое количество ума, чтобы не светить себе в глаза ультрафиолетом заранее.
Относительно быстро под ультрафиолетом воспаляются слизистые оболочки глаза, это называется фотокератит и фотоконъюнктивит. Слизистые становятся красными, и появляется ощущение «песка в глазах». Эффект проходит через несколько дней, но многократные ожоги могут привести к помутнению роговицы.
Длины волн, вызывающих эти эффекты, примерно соответствуют взвешенной функции УФ-опасности, приведенной в стандарте по фотобиологической безопасности [IEC 62471] и примерно совпадают с диапазоном бактерицидного действия.
Рис. 6 Спектры действия ультрафиолета, вызывающего фотоконъюнктивит и фотокератит из [DIN 5031-10] и взвешенная функция актиничной УФ опасности для кожи и глаз из [IEC 62471].
UVB в диапазоне 280-320 нм, с максимумом около 300 нм вызывает рак кожи. Пороговой дозы нет, больше доза – выше риск, и эффект отложен.
Рис. 7 Кривые действия ультрафиолета, вызывающие эритему и рак кожи.
Фотоиндуцированное старение кожи вызывается ультрафиолетом во всем диапазоне 200…400 нм. Известна фотография дальнобойщика, подвергавшегося за рулем облучению солнечным ультрафиолетом преимущественно с левой стороны. Водитель имел привычку ездить с опущенным стеклом водительского окна, но правая часть лица была защищена от солнечного ультрафиолета лобовым стеклом. Разница возрастного состояния кожи на правой и левой стороны впечатляет:
Рис. 8 Фотография водителя, в течение 28 лет ездившего с опущенным стеклом водительского окна [Nejm].
Если грубо оценить, что возраст кожи с разной стороны лица этого человека различается на двадцать лет и это следствие того, что примерно эти же двадцать лет одна сторона лица освещалась солнцем, а вторая нет, можно сделать осторожный вывод, что день под открытым солнцем на один день и старит кожу.
Из справочных данных [ВОЗ] известно, что в средних широтах летом под прямым солнцем минимальная эритемная доза 200 Дж/м 2 набирается быстрее чем за час. Сравнив эти цифры со сделанным выводом, можно сделать еще один вывод, – старение кожи при периодической и непродолжительной работе с ультрафиолетовыми лампами не является значимой опасностью.
Сколько нужно ультрафиолета для дезинфекции
Рис. 9 Зависимость доли выживших микобактерий туберкулеза от дозы ультрафиолетового излучения на длине волны 254 нм.
Экспоненциальная зависимость примечательна тем, что даже малая доза убивает большую часть микроорганизмов.
Пример оценки необходимого времени облучения: допустим, необходимо дезинфицировать воздух и поверхности в комнате размером 5 × 7 × 2,8 метра, для чего используется одна открытая лампа Philips TUV 30W.
Если требования к стерильности невелики и достаточно «одной девятки», для рассмотренного примера нужно в три раза меньшее время облучения – округленно 20 минут.
Защита от ультрафиолета
Основная мера защиты во время дезинфекции ультрафиолетом – уходить из помещения. Находиться рядом с работающей УФ-лампой, но отводить взгляд не поможет, слизистые глаза все равно облучаются.
Частичной мерой защиты слизистых глаза могут быть стеклянные очки. Категоричное заявление «стекло не пропускает ультрафиолет» неверно, в какой-то степени пропускает, причем разные марки стекла по-разному. Но в целом с уменьшением длины волны коэффициент пропускания снижается, и UVC эффективно пропускается только кварцевым стеклом. Очковые стекла в любом случае не кварцевые.
Уверенно можно сказать, что не пропускают ультрафиолет линзы очков с маркировкой UV400.
Рис. 10 Спектр пропускания очковых стекол с индексами UV380, UV400 и UV420. Изображение с сайта [Mitsuichemicals]
Также мерой защиты является использование источников бактерицидного диапазона UVC, не излучающих потенциально опасные, но не эффективные для дезинфекции диапазоны UVB и UVA.
Источники ультрафиолета
УФ-диоды
Наиболее распространены ультрафиолетовые диоды 365 нм (UVA) предназначены для «полицейских фонариков», которые вызывают люминесценцию для обнаружения невидимых без ультрафиолета загрязнений. Дезинфекция такими диодами невозможна (см. рис. 11).
Для дезинфекции можно использовать коротковолновые UVC–диоды с длиной волны 265 нм. Стоимость модуля на диодах, который заменил бы ртутную бактерицидную лампу, превосходит стоимость лампы на три порядка, поэтому на практике такие решения для дезинфекции больших площадей не используются. Но появляются компактные устройства на УФ-диодах для дезинфекции малых площадей – инструментов, телефонов, мест повреждений кожи и т.д.
Ртутные лампы низкого давления
Ртутная лампа низкого давления – это стандарт, с которым сравниваются все другие источники.
Основная доля энергии излучения паров ртути при низком давлении в электрическом разряде приходится на длину волны 254 нм, идеально подходящую для дезинфекции. Небольшая часть энергии излучается на длине волны 185 нм, интенсивно генерирующей озон. И совсем небольшое количество энергии излучается на других длинах волн, включая видимый диапазон.
В обычных ртутных люминесцентных лампах белого света стекло колбы не пропускает излучаемый парами ртути ультрафиолет. Но люминофор, порошок белого цвета на стенках колбы, под действием ультрафиолета светится в видимом диапазоне.
Лампы UVB или UVA устроены похожим образом, стеклянная колба не пропускает пики 185 нм и пик 254 нм, но люминофор под действием коротковолнового ультрафиолета излучает не видимый свет, а длинноволновый ультрафиолет. Это лампы технического назначения. А так как спектр ламп UVA похож на солнечный, такие лампы используются еще и для загара. Сравнение спектра с кривой бактерицидной эффективности показывает, что использовать лампы UVB и тем более UVA для дезинфекции нецелесообразно.
Рис. 11 Сравнение кривой бактерицидной эффективности, спектра лампы UVB, спектра лампы UVA «для загара» и спектра диода 365 нм. Спектры ламп взяты с сайта американской ассоциации производителей красок [Paint].
Отметим, что спектр люминесцентной лампы UVA широк и захватывает UVB-диапазон. Спектр диода 365 нм значительно уже, это «честный UVA». Если требуется UVA чтобы вызывать люминесценцию в декоративных целях или для обнаружения загрязнений, использование диода безопасней использования ультрафиолетовой люминесцентной лампы.
Ртутная бактерицидная лампа низкого давления UVC отличается от люминесцентных тем, что на стенках колбы нет люминофора, и колба пропускает ультрафиолет. Основная линия 254 нм пропускается всегда, а генерирующая озон линия 185 нм может быть оставлена в спектре лампы или убрана колбой из стекла с селективным пропусканием.
Рис. 12 Диапазон излучения указан на маркировке ультрафиолетовых ламп. Бактерицидную лампу UVC можно узнать по отсутствию люминофора на колбе.
Озон оказывает дополнительное бактерицидное действие, но является канцерогеном, поэтому чтобы не ждать выветривания озона после дезинфекции, используют не образующие озон лампы без линии 185 нм в спектре. Эти лампы имеют почти идельный спектр — основная линия с высокой бактерицидной эффективностью 254 нм, очень слабое излучение в небактерицидных диапазонах ультрафиолета, и небольшое «сигнальное» излучение в видимом диапазоне.
Рис. 13. Спектр ртутной лампы низкого давления UVC (предоставлен журналом lumen2b.ru) совмещен со спектром солнечного излучения (из Википедии) и кривой эффективности бактерицидного действия (из ESNA Lighting Handbook [ESNA]).
Синее свечение бактерицидных ламп позволяет увидеть, что ртутная лампа включена и работает. Свечение слабое, и это создает обманчивое впечатление, что смотреть на лампу безопасно. Мы не чувствуем, что излучение в UVC диапазоне составляет 35…40% полной потребляемой лампой мощности.
Рис. 14 Малая доля энергии излучения паров ртути приходится на видимый диапазон и видна как слабое голубое свечение.
Бактерицидная ртутная лампа низкого давления имеет тот же цоколь, что и обычная люминесцентная, но делается другой длины, чтобы бактерицидную лампу не вставляли в обычные светильники. Светильник для бактерицидной лампы, помимо габаритов, отличается тем, что все пластиковые детали устойчивы к ультрафиолету, провода от ультрафиолета закрыты, и нет рассеивателя.
Для домашних бактерицидных потребностей автор использует бактерицидную лампу 15 Вт, ранее использовавшуюся для обеззараживания питательного раствора гидропонной установки. Ее аналог можно найти по запросу «aquarium uv sterilisator». При работе лампы выделяется озон, что не хорошо, но для дезинфекции, к примеру, обуви, полезно.
Рис. 15 Ртутные лампы низкого давления с цоколем различных типов. Изображения с сайта Aliexpress.
Ртутные лампы среднего и высокого давления
Повышение давления паров ртути приводит к усложнению спектра, спектр расширяется и в нем появляется больше линий, в том числе на генерирующих озон длинах волн. Введение в ртуть добавок приводит к еще большему усложнению спектра. Разновидностей подобных ламп много, и спектр каждой особенный.
Рис. 16 Примеры спектров ртутных ламп среднего и высокого давления
Повышение давления снижает КПД лампы. На примере марки Aquafineuv лампы среднего давления в области UVC излучают уже 15-18% от потребляемой мощности, а не 40% как лампы низкого давления. И стоимость оборудования из расчета на один ватт потока UVC получается выше [Aquafineuv].
Снижение КПД и повышение стоимости лампы компенсируется компактностью. К примеру, обеззараживание проточной воды или сушка наносимого на высокой скорости лака в полиграфии требуют компактных и мощных источников, удельная стоимость и эффективность неважны. Но использовать такую лампу для дезинфекции некорректно.
УФ-облучатель из горелки ДРЛ и лампы ДРТ
Есть «народный» способ относительно недорого получить мощный источник ультрафиолета. Выходят из употребления, но все еще продаются лампы ДРЛ белого света 125…1000 Вт. В этих лампах, внутри внешней колбы стоит «горелка» — ртутная лампа высокого давления. Она излучает широкополосный ультрафиолет, который задерживается внешней стеклянной колбой, но заставляет светиться люминофор на ее стенках. Если разбить внешнюю колбу и подключить горелку к сети через штатный дроссель, получится мощный излучатель широкополосного ультрафиолета.
У такого кустарно изготовленного излучателя есть недостатки: низкий по сравнению с лампами низкого давления КПД, большая доля ультрафиолета вне бактерицидного диапазона, и в помещении нельзя находиться некоторое время после выключения лампы, пока не распадется или не выветрится озон.
Но бесспорны и плюсы: низкая стоимость и большая мощность при компактных размерах. К плюсам можно отнести и генерацию озона. Озон продезинфицирует затененные поверхности, на которые не попадут лучи ультрафиолета.
Рис. 17 Ультрафиолетовый облучатель, сделанный из ламп ДРЛ. Фотография публикуется с разрешения автора, болгарского стоматолога, использующего этот облучатель в дополнении к стандартной бактерицидной лампе Philips TUV 30W.
Аналогичные источники ультрафиолета для дезинфекции в виде ртутных ламп высокого давления используют в облучателях типа ОУФК-01 «Солнышко».
Рис. 18 Источник широкополосного ультрафиолета — лампа ДРТ-125
По заявленным характеристикам видно, что спектр широкополосен с почти равной долей излучения в мягком, среднем, и жестком ультрафиолете, в том числе захватывает генерирующий озон жесткий UVC. Бактерицидный поток составляет 6,4% от потребляемой мощности, то есть КПД в 6 раз меньше, чем у трубчатой лампы низкого давления.
Производитель не публикует спектра этой лампы, а в интернете циркулирует одна и та же картинка со спектром какой-то из ДРТ. Первоисточник неизвестен, но соотношение энергии в UVC, UVB и UVA диапазонах не соответствует заявленным для лампы ДРТ-125. Для ДРТ заявлено примерно равное соотношение, а по спектру видно, что энергия UVB кратно больше энергии UBC. А в UVA кратно выше, чем в UVB.
Рис. 19. Спектр дуговой ртутной лампы высокого давления, наиболее часто иллюстрирующей спектр широко применяемых в медицинских целях ДРТ-125.
Понятно, что лампы с разным давлением и добавками в ртуть излучают несколько по-разному. Также понятно, что неинформированный потребитель склонен самостоятельно вообразить желаемые характеристики и свойства продукта, приобрести основанную на собственных предположениях уверенность, и совершить покупку. А публикация спектра конкретной лампы вызовет обсуждения, сравнения и выводы.
Автор однажды купил установку ОУФК-01 с лампой ДРТ-125 и несколько лет использовал для испытаний на УФ-стойкость пластиковых изделий. Облучал одновременно два изделия, одно из которых контрольное из устойчивого к ультрафиолету пластика, и смотрел какое пожелтеет быстрее. Для такого применения знание точной формы спектра не обязательно, важно лишь, чтобы излучатель был широкополосным. Но для чего применять широкополосный ультрафиолет, если требуется дезинфекция?
В назначении ОУФК-01 указано, что облучатель применяется при острых воспалительных процессах. То есть в случаях, когда положительный эффект дезинфекции кожи превышает возможный вред широкополосного ультрафиолета. Очевидно, что и в таком случае лучше использовать узкополосный ультрафиолет, без длин волн в спектре, оказывающих иное действие кроме бактерицидного.
Дезинфекция воздуха
Ультрафиолет признается недостаточным средством для дезинфекции поверхностей, так как лучи не могут проникнуть туда, куда проникает, например, спирт. Но ультрафиолет эффективно дезинфицирует воздух.
При чихании и кашле образуются капельки размером несколько микрометров, которые висят в воздухе от нескольких минут до несколько часов [CIE 155:2003]. Исследования туберкулеза показали, что для заражения достаточно одной аэрозольной капли.
На улице мы в относительной безопасности из-за огромных объемов и подвижности воздуха, способного развеять и обеззаразить временем и солнечной радиацией любой чих. Даже в метро, пока доля зараженных людей мала, общий объем воздуха в пересчете на одного зараженного велик, и хорошая вентиляция делает риск распространения инфекции малым. Самое опасное место во время пандемий заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем, – это лифт. Поэтому чихающие должны сидеть на карантине, а воздух в общественных помещениях при недостаточной вентиляции нуждается в обеззараживании.
Рециркуляторы
Один из вариантов обеззараживания воздуха – закрытые УФ-рецикуляторы. Обсудим один из таких рециркуляторов – «Дезар 7», известный тем, что замечен даже в кабинете первого лица государства.
В описании рециркулятора сказано, что он продувает 100 м 3 в час и предназначен для обработки помещения объемом 100 м 3 (приблизительно 5 × 7 × 2,8 метра).
Однако, способность продезинфицировать 100 м 3 воздуха в час не означает, что воздух в комнате объемом 100 м 3 за час будет обработан так же эффективно. Обработанный воздух разбавляет грязный воздух, и в таком виде снова и снова попадает в рециркулятор. Несложно построить математическую модель и посчитать эффективность такого процесса:
Рис. 20 Влияние работы УФ-рециркулятора на количество микроорганизмов в воздухе комнаты без вентиляции.
Чтобы снизить концентрацию микроорганизмов в воздухе на 90% рециркулятору необходимо работать более двух часов. При отсутствии вентиляции в помещении, это возможно. Но помещений с людьми и без вентиляции в норме нет. К примеру, [СП 60.13330.2016] предписывает минимальный расход наружного воздуха при вентиляции 3 м 3 в час на 1 м 2 площади квартиры. Что соответствует полной замене воздуха раз в час и делает бесполезной работу рециркулятора.
Если рассматривать модель не полного перемешивания, а ламинарных струй, которые проходят по установившейся сложной траектории в комнате и уходят в вентиляцию, польза дезинфекции одной из таких струй еще меньше, чем в модели полного перемешивания.
В любой случае УФ-рециркулятор не полезнее открытой форточки.
Одна из причин малой эффективности рециркуляторов в том, что крайне мал бактерицидный эффект в пересчете на каждый ватт УФ-потока. Луч проходит порядка 10 сантиметров внутри установки, а потом отражается от алюминия с коэффициентом около k=0,7. Это означает, что эффективный пробег луча внутри установки около полуметра, после чего он без пользы поглощается.
Рис. 21. Кадр из ролика на Youtube, на котором разбирают рецикулятор. Видны бактерицидные лампы и алюминиевая отражающая поверхность, значительно хуже отражающая ультрафиолет, чем видимый свет [Дезар].
Бактерицидная лампа, которая открыто висит на стене в кабинете поликлиники и по расписанию включается врачом, многократно эффективней. Лучи от открытой лампы проходят несколько метров, дезинфицируя сначала воздух, а затем еще и поверхности.
Облучатели воздуха в верхней части помещения
В палатах больниц, в которых постоянно находятся лежачие больные, иногда используют УФ-установки, облучающие циркулирующие потоки воздуха под потолком. Основной недостаток таких установок – решетка, закрывающая лампы, позволяет проходить лишь лучам, идущим строго в одном направлении, поглощая без пользы более 90% остального потока.
Можно дополнительно продувать воздух через такой облучатель, чтобы заодно получился рециркулятор, но так не делается, вероятно из-за нежелания получить в палате пыленакопитель.
Рис. 22 Подпотолочный УФ-облучатель воздуха, изображение с сайта [Airsteril].
Решетки защищают людей в помещении от прямого потока ультрафиолета, но тот поток, что прошел через решетку, попадает на потолок и стены и диффузно отражается, с коэффициентом отражения около 10%. Помещение заполняется всенаправленным ультрафиолетовым излучением и люди получают дозу ультрафиолета, пропорциональную проведенному в помещении времени.
Рецензенты и автор
Рецензенты:
Артём Балабанов, инженер-электронщик, разработчик систем УФ-отверждения;
Румен Василев, к.т.н., светотехник, ООД «Интерлукс», Болгария;
Вадим Григоров, биофизик;
Станислав Лермонтов, инженер-светотехник, ООО «Комплексные Системы»;
Алексей Панкрашкин, к.т.н., доцент, полупроводниковая светотехника и фотоника, ООО «ИНТЕХ Инжиниринг»;
Андрей Храмов, специалист по проектированию освещения медицинских учреждений;
Виталий Цвирко, начальник светотехнической испытательной лаборатории «ЦСОТ НАН Беларуси»
Автор: Антон Шаракшанэ, к.ф.-м.н, светотехник и биофизик, Первый МГМУ им. И.М. Сеченова
Ссылки
UPD: В порядке эксперимента выпущена видеоверсия статьи