Обеспокоенность во всем мире риском заражения или распространения COVID-19 вызвала повсеместный и растущий интерес к использованию УФ-устройств для дезинфекции воздуха и поверхностей. За относительно короткий период времени с середины марта до написания этой статьи в середине ноября мировые оценки показывают удвоение или, возможно, утроение активности в разработке и продаже УФ-устройств. Эти УФ-устройства работают в широком диапазоне условий от прерывистого до непрерывного, при изменении температуры и относительной влажности, что приводит к другому диапазону ограничений, чем это традиционно применялось при применении УФ-устройств в «водной» области. В частности, возможность использовать гораздо более длительное время контакта и работать с перебоями и / или на гораздо меньших объемах воздуха или поверхностей, которые традиционные водные УФ-системы должны были обрабатывать, открывает возможности для этих других источников. По этим и многим другим причинам это открывает новые возможности для применения безртутных бактерицидных источников ультрафиолетового света.

Поиск источников света, которые являются рентабельными (эффективность и долговечность), более устойчивыми, энергоэффективными и экологически чистыми (или экологичными) и, следовательно, более социально приемлемыми, ведется десятилетиями, если не с самого начала освещения. (легкая) наука и инженерная профессия. Десятки альтернативных безртутных источников ультрафиолетового света были изучены на всех этапах исследований и разработок. Этот так называемый тройной практический подход к оценке источников бактерицидного ультрафиолетового света настоятельно рекомендуется и будет использован в данном обсуждении. По многочисленным прагматическим причинам в этой статье необходимо сосредоточить внимание на ограниченном количестве источников, которые коммерчески доступны и показать самые перспективные перспективы УФ-дезинфекции.

Следовательно, следующее обсуждение будет включать УФ-светодиоды, эксимерные лампы (например, системы криптон-хлор, производящие так называемый дальний УФ-С-свет) и ксеноновые импульсные лампы (часто называемые импульсными УФ-С-системами). Характеристики практически всех источников освещения, включая ультрафиолетовое, являются функцией обеспечения / контроля качества во время производства продукта, качества электроэнергии, наблюдаемого в течение срока службы, и реакции на ряд термических, физических, химических и биологических нагрузок, возникающих во время использования. Определение ультрафиолетового света Покупатели и пользователи должны в некоторой степени ознакомиться с различными типами УФ-излучения, включая УФ-А (длина волны: от 315 до 400 нм), УФ-В (длина волны: от 280 до 315 нм), УФ-С (длина волны: от 200 до 280 нм) и вакуумное УФ (длина волны: от 100 до 200 нм). Приведенные здесь диапазоны длин волн основаны на IUPAC Gold Book-2020, а для обсуждения дезинфекции с помощью этих УФ-устройств - длины волн УФ-C, на которых следует сосредоточиться. Подмножество УФ-С, которое привлекло некоторое внимание в последнее время, - это далекие УФ-С (от 200 до 225 нм), и иногда это расплывчато и неправильно просто называют далеким УФ.

В этой статье не будут обсуждаться другие источники света, излучающие длины волн не УФ, которые могут быть применимы к определенным типам систем дезинфекции или стерилизации. Как правило, чем меньше длина волны, тем больше энергии в фотонах энергии световой волны используется устройством. Говоря о дезинфицирующей способности солнечного света, обычно подразумевают смесь примерно 95% УФ-А и 5% УФ-В. При достаточном времени (днях) эти длины волн, несомненно, имеют множество эффектов, но это длительный период времени, и в игру вступают многие другие факторы, такие как высыхание организмов на поверхности и т. Д.

Солнечный свет и свежий воздух имеют много преимуществ, но солнечный свет, как правило, не рассматривается как практический вариант дезинфекции из-за длительных сроков. У всех источников УФ-света есть свои плюсы и минусы, и необходимо внимательно изучить, какие длины волн УФ-излучения используются и для каких целей. Покупатели и пользователи этих УФ-устройств не должны дозировать любые формы УФ-излучения на ткани человека и животных, исходя из текущего уровня понимания потенциальных последствий для здоровья и рекомендаций медицинских специалистов. Особые случаи, выполняемые опытными медицинскими специалистами в строго контролируемых условиях для решения очень конкретных медицинских проблем, можно найти в поиске в Интернете, но НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТО ДОМА - лучший совет для всех покупателей и пользователей УФ-устройств. УФ светодиоды Светодиоды (LED) - это полупроводниковые источники света, которые излучают свет, когда через них протекает ток от анода (n-тип) к катоду (p-тип).

Электроны в полупроводнике рекомбинируют с электронными дырками, высвобождая энергию в виде фотонов. Информация об УФ-светодиодах, представленная здесь, основана на текущей литературе и на данных экспертов по УФ-светодиодам из IUVA. Особая благодарность д-ру Ричарду Саймонсу, чье наставничество над авторами, а также его рекомендация начать со ссылки «Дорожная карта УФ-излучателей» 1 оказались жизненно важными для этой статьи. Читателям, заинтересованным в получении широкого первоначального представления о большой и постоянно меняющейся области УФ-светодиодов, настоятельно рекомендуется проконсультироваться с экспертами в этой области и ознакомиться с вышеупомянутой статьей. Как ранее было опубликовано в UV Solutions , отсутствует проверка и сертификация, поэтому покупатель и пользователь должны остерегаться вводящих в заблуждение или полностью ошибочных заявлений, сделанных некоторыми технологиями дезинфекции во время пандемии COVID-19.

Сюда входят устройства, использующие технологии УФ-светодиодов. Члены IUVA и многие другие опубликовали и широко представили обещания, которые УФ-светодиоды могут принести в профессию, включая почти неограниченный набор геометрических конструкций для устройств, обещание длительного срока службы и пригодный для вторичной переработки и не содержащий ртути источник света. Перспективы светодиодов, особенно УФ-светодиодов, растут уже более 40 лет. Было преодолено несколько проблем, в результате чего эффективность УФ-C сначала превысила 1%, а к 2022 году достижимая цель - 10%. Эти достижения позволили в последние годы - особенно во время пандемии COVID-19 - быстро расти коммерческие устройства, которые полагаются на на УФ-светодиоды.

Многообещающая эффективность УФ-светодиодов была впервые реализована в диапазоне УФ-В. Точно так же работа за последние три года привела к появлению нескольких устройств, в которых используются УФ-светодиоды с длиной волны 275 нм. Расширение исследований и улучшение прогнозов эффективности и срока службы также привели к росту устройств, использующих УФ-светодиоды, которые излучают в диапазоне 265 нм. В литературе по УФ-светодиодам признается, что могут быть получены другие длины волн, такие как 254 нм, 222 нм, 210 нм и т. Д.

, Но по мере уменьшения длины волны В ультрафиолетовых светодиодных системах потенциальный срок службы светодиодов может значительно варьироваться, но обещает превысить 10 000 часов с некоторыми анекдотическими данными, предполагающими, что может быть достигнуто 25 000 часов. Исследование ультрафиолетовых светодиодов предполагает, что более высокие токи возбуждения (например, 700 мА против 350 мА) или желание получить длины волн УФ-излучения ниже 275 нм приведут к значительному ухудшению выходной мощности УФ-С в первые 1000 часов работы. Для множества приложений общее мнение, выраженное в литературе, предполагает, что УФ-светодиоды станут ведущим источником бактерицидного света во многих коммерческих устройствах к 2022 году. Остается много проблем с УФ-светодиодами, особенно для приложений, требующих более низких длин волн (например, ниже 275). нм) в сочетании с более длительным сроком службы и более высокой энергоэффективностью УФ-С, которые могут конкурировать с традиционными бактерицидными УФ-источниками на парах ртути (например, 30%).

По тем же причинам применение УФ-светодиодов в устройствах с большей емкостью или в устройствах с большим потоком воздуха, обрабатывающих воздух или другие жидкости, вероятно, потребует новых достижений в технологии, что может занять много лет в зависимости от уровня интереса к исследованиям и разработкам и финансирования, которое имеется в наличии. Стоимость милливаттного излучения УФ-С для УФ-светодиодов всегда была основным ограничением для коммерциализации более крупных продуктов и остается очень изменчивой. Однако по мере роста широкого использования во многих категориях исторические тенденции в освещении и сопутствующие товары, основанные на синих УФ-светодиодах, предполагают, что преимущества экономии на масштабе будут работать для снижения затрат. Во многих сферах применения эти УФ-светодиоды должны стать конкурентоспособными по цене. Криптонно-хлорные эксимерные лампы Область освещения работает с эксимерными лампами более 50 лет.

Широкое понимание УФ-эксимерных ламп можно получить, прочитав статью «Разработка и применение УФ-эксимерных ламп». 2 Термин «эксимер», возможно, появился в 1960-х годах как краткая форма описания возбужденных димеров благородных газов. Хотя были созданы десятки потенциальных смесей эксимерных ламп, большое количество ранних работ было сосредоточено на димерах ксенона (Xe2), а в последнее время в ламповых технологиях изучались гетеродимерные связи между благородными газами и галогенами, которые часто упоминаются в литературе как эксиплексы. Ультрафиолетовый свет генерируется эксимерными лампами, когда электрическая энергия возбуждает молекулы газа в лампе, создавая плазму, содержащую частично короткоживущие комплексы (димеры), которые - когда они возвращаются в свое основное состояние - излучают световую энергию в диапазоне длин волн УФ. В интересах краткости это обсуждение будет сосредоточено на криптон-хлорных (также называемых криптон-хлоридных) лампах, часто называемых эксилампами, потому что в литературе по УФ-дезинфекции наблюдается рост числа многообещающих исследований и коммерческого интереса к лампам, производящим дальний УФ-С свет, в первую очередь при 222 нм.

На момент написания этой статьи одним из наиболее многообещающих методов генерации света УФ-С 222 нм является использование источника KrCl с оптической фильтрацией. На момент написания данной статьи источники УФ-излучения с длиной волны 222 нм подразделяются на две категории: обычные коммерчески доступные лампы цилиндрической (трубчатой) формы, которые производятся и применяются в промышленности в течение многих лет, или недавняя инновация, позволяющая получить свет с длиной волны 222 нм от плоских ультрафиолетовых ламп. через запатентованную микрополость, эксимерную микроплазменную технологию. 3 В настоящее время у пользователей гораздо меньше опыта с точки зрения срока службы лампы, эффективности УФ-С и выходной мощности, но в нескольких исследованиях была продемонстрирована стабильность в течение не менее 4000 часов, и прогнозы предполагают, что срок службы и эффективность лампы с дополнительными исследованиями и разработками будут аналогичными. к системам паров ртути низкого давления.

Стоимость одного милливатта УФ-излучения для источников KrCl остается значительно выше, чем для обычных ртутных ламп, но если произойдет широкое распространение применения дальнего УФ-С и последующее использование будет расти, то исторические тенденции в осветительной продукции предполагают преимущества экономии за счет масштаба. будет работать, чтобы снизить затраты. Во многих приложениях эти источники KrCl должны стать конкурентоспособными по стоимости. Текущий интерес и ажиотаж в отношении УФ-излучения при 222 нм (также известного как дальний УФ-С) проистекают из ряда многообещающих рецензируемых исследовательских публикаций, которые продемонстрировали бактерицидную эффективность УФ-С 222 нм, приводя к гораздо меньшим - возможно, незначительным - эффектам. УФ-излучения на живые клетки кожи и глаз.

Превосходное резюме этих исследований, многие из которых были выполнены исследователями Колумбийского университета, можно найти в Интернете. 4 Целевая группа IUVA COVID-19 также опубликовала официальный документ, в котором рассматривается это многообещающее исследование в контексте текущих руководящих принципов воздействия на человека и указываются области, требующие дополнительных исследований перед широким внедрением этой технологии дальнего УФ-С для борьбы с вирусными эпидемиями. и пандемии. 5 Ксеноновые дуговые (импульсные или импульсные) лампы Ксеноновые дуговые лампы были впервые разработаны в 1930-х годах для применения в фотоиндустрии, где они получили название лампы-вспышки. За прошедшие годы они получили несколько названий, в том числе импульсный УФ.

Ксеноновые дуговые лампы - это специальные типы газоразрядных ламп, которые излучают свет, пропуская электричество через ионизированный газообразный ксенон под высоким давлением, что дает широкий спектр светового потока, который, как часто говорят, имитирует солнечный свет. Эти лампы часто циклически проходят серию импульсов от 100 наносекунд до двух миллисекунд, производя широкополосный свет от 180 нм до примерно 1100 нм (инфракрасный). Импульсные ксеноновые лампы вырабатывают значительную энергию фотонов в так называемом бактерицидном диапазоне от 200 до 315 нм. Эти импульсные УФ-лампы использовались для дезинфекции чувствительных медицинских помещений, общественных мест с интенсивным движением,6 Исследования, проведенные членами IUVA 7 по применению импульсных УФ-систем в системах водоснабжения в период с 1990-х годов по настоящее время, ясно продемонстрировали способность дезинфицировать вызывающие обеспокоенность бактериальные, вирусные и простейшие патогены. Однако аспекты энергоэффективности, срока службы лампы и общей выходной эффективности УФ-С ограничивают использование импульсных источников УФ-излучения для приложений большого объема или обработки значительных потоков жидкости.

После пандемии COVID-19 возобновился интерес к использованию импульсных УФ-систем, частично вызванный разрешением FDA на использование этих систем в чрезвычайных ситуациях для обработки воздуха и поверхностей, в том числе в транспортных средствах, медицинских учреждениях и повторном открытии зданий общественного пользования. История использования систем импульсных УФ-ламп на основе ксенона ограничена, и многие технические характеристики в значительной степени зависят от того, как работают системы ламп, поэтому эффективность использования энергии и УФ-С, а также срок службы ламп сильно различались в зависимости от модели. сообщенная литература. Диапазон эффективности УФ-излучения, указанный в литературе, колеблется от всего лишь 1% до более оптимизированных систем, которые могут показывать от 10 до 15%. Срок службы импульсных УФ-ламп зависит от количества импульсов, и по некоторым оценкам практический срок службы ламп при обычных условиях эксплуатации составляет порядка 500 часов.

Результаты некоторых исследований показывают, что на срок службы ксеноновых импульсных ламп также значительно влияет присутствие загрязняющих веществ в газовой смеси лампы и на производстве. Стоимость одного милливатта УФ-излучения для импульсных УФ-систем всегда была основным ограничением для коммерциализации более крупных или постоянно используемых продуктов, отчасти из-за короткого срока службы ламп. Возобновление интереса к использованию импульсных УФ-систем для борьбы с пандемией COVID-19 для воздуха и поверхностей может вызвать расширение исследований и разработок, которые могут продвинуть технологию, повысить эффективность и увеличить срок службы ламп.