Odată cu evoluția pandemică a COVID-19, au crescut dramatic și preocupările asupra tehnologiei UV în scop de dezinfecție și sterilizare. Cu toate că efectele germicide ale luminii UV au fost recunoscute de peste 100 de ani, se pare că acum, mai mult ca niciodată, se dorește utilizarea acestei tehnologii pentru a ajuta la oprirea răspândirii infectărilor.
În cele ce urmează, vă prezentăm pe scurt concluziile trase de Kamilla Aliakhmet, Applications Engineer la RS Components în urma analizei făcute asupra acestei tehnologii de mare ajutor în actuala situație.
Atunci când se pune problema selectării tehnologiei potrivite de iluminare UV pentru dezinfecție și sterilizare, clienții au două opțiuni: LED-uri și becuri. Din punct de vedere istoric, în urmă cu ceva timp, becurile cu mercur reprezentau singura tehnologie disponibilă. Dar, în anii trecuți, s-a dezvoltat zona de LED-uri UV, permițând implementarea de sisteme de dezinfecție compacte, alimente de la baterii.
Spectrul electromagnetic
Aspecte generale
Din păcate, eficiența germicidă a luminii UV este limitată la un domeniu de lungimi de undă. În acord cu Asociația Internațională pentru Ultraviolete (IUVA), porțiunea din spectrul UV, care este cea mai eficientă împotriva germenilor din apă și aer, este între 200nm și 300nm. Aceasta corespunde domeniului UV-C, precum și unei părți din domeniul UV-B, domeniu întâlnit în literatură ca lumină ,,UV germicidă”. În cadrul acestui domeniu, lumina UV poate penetra celulele microorganismelor și le poate distruge ADN-ul, eliminând abilitatea lor de a se multiplica și de a cauza îmbolnăviri.
Acum, este momentul de a defini diferența dintre procesele de dezinfecție și de sterilizare. Dezinfecția implică scăderea numărului de agenți patogeni, spre deosebire de uciderea microorganismelor în timpul sterilizării. Proiectanții de sisteme UV au tendința, uzual, de a-și propune o țintă clară de eficiență germicidă, care este măsurată ca reducere logaritmică a germenilor, de exemplu 1-log = 90%, 2-log = 99%, 3-log = 99.9%. etc.
Curba de eficiență germicidă pentru E.coli în comparație cu emisia LED UV-C la 265nm (conform Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook)
Dar care este lungimea de undă optimă pentru dezinfecție și sterilizare?
Ei bine, nu există răspunsuri simple, deoarece depinde de ce tip de bacterie, virus sau agent patogen este utilizat ca țintă. Fiecare organism are un spectru de acțiune (prezentat în formă grafică), ce arată cât de multă lumină UV absoarbe la diferite lungimi de undă. În majoritatea referirilor în literatură, spectrul de acțiune este denumit ,,curba de eficiență germicidă”. Vârful acestei curbe corespunde inactivării totale și are tendința de a fi unic pentru fiecare agent patogen. De exemplu, vârful de lungime de undă pentru inactivarea E. coli [1], este dovedit a fi în jurul a 265nm, în vreme ce Bacillus subtilis [2] și Cryptosporidium parvum oocysts [3] necesită 270nm și respectiv 271nm. Se știe, însă, că mediul (apă, aer sau suprafață) poate avea prezenți mai multe tipuri de patogeni.
Doze UV necesare pentru inactivarea 4-log a diferiților germeni
Ce anume afectează eficiența dezinfecției UV?
Răspunsul scurt este: lungimea de undă și doza de UV. De ce?
Cantitatea de lumină UV aplicată pentru o anumită perioadă cu scopul a dezinfecta o zonă specifică se numește doză UV. Doza UV este o funcție a intensității luminii UV și a timpului de expunere. Parametrul se măsoară, uzual, în mJ/cm2 și variază semnificativ pentru diferite tipuri de germeni. Există liste de dozaje necesare pentru inactivarea diferitelor bacterii, protozoare, viruși și alge.
Intensitatea luminii UV este dictată de puterea de ieșire a sursei de lumină. Puterea germicidă a sursei de lumină, ar trebui să fie totuși mai mică decât puterea generată de LED-uri. Pentru a estima cât mai precis valoarea puterii germicide, se recomandă să se compare spectrul luminii de ieșire a dispozitivului față de curba de eficiență germicidă a unui germen individual.
Timpii de expunere pot varia puternic în funcție de aplicație. De exemplu, sistemele statice (sterilizarea suprafețelor sau a apei acumulate) vor avea timpi de expunere mai mari decât sistemele dinamice (sterilizare aer sau apă curgătoare). Același dozaj poate fi obținut prin creșterea timpului de expunere și scăderea intensității luminii.
În acest moment, lucrurile pot crea confuzie, dar câteva exemple practice de LED-uri UV de la Intelligent LED Solutions (ILS) pot aduce clarificări.
ILS oferă o selecție largă de soluții LED UVB & UVC LED bazate pe seriile N3535 și N5050 de LED-uri UV de la TSLC. Pentru a avea un punct de start, ele au fost categorisite după trei domenii de lungimi de undă: 260–270nm, 270-290nm și 300-320nm. După cum s-a discutat anterior, eficiența germicidă a dezinfecției UV este sensibilă la lungimea de undă și la puterea de ieșire a sursei de lumină. Având posibilitatea de a selecta domeniul de lungime de undă optim, proiectanții au o mai mare flexibilitate de a satisface cerințele de putere pentru obținerea nivelului dorit de dezinfecție. Mai mult, există trei opțiuni de lentile primare diferite (60°, 90° sau 130°) oferind control asupra distribuției de lumină pentru o zonă țintă. În cele din urmă, majoritatea modelelor (cu excepția PowerStar) au o alternativă echivalentă de joasă putere pentru aplicații în care timpul de expunere poate fi extins.
Selector UV LEDiL UVB & UVC N3535
Un selector compact UV LEDiL oferă o putere radiometrică de 25-60mW la 350mA pentru trei domenii de lungimi de undă și unghiuri de rază. Această sursă de lumină poate fi utilizată împreună cu lentilele LEDiL, pentru a concentra lumina de la o distanță mai mare asupra ariei de interes. Selectorul UV LEDiL este compatibil cu lentilele ROSE (Nr. stoc RS 201-7701). Aceste lentile sunt realizate din siliciu optic ce poate rezista la lumină UV în domeniile de lungimi de undă UV-B și UV-A.
| Selectoare UV LEDiL | ||||
| λ (nm) | Lentile | MPN | Nr. stoc RS | Putere radiometrică minimă (mW) @350mA |
| 260nm | ±60° | ILR-XN01-S260-LEDIL-SC201 | (201-7457) | 25mW |
| 270nm | ±60° | ILR-XN01-S270-LEDIL-SC201 | (201-7458) | 40mW |
| 300nm | ±60° | ILR-XN01-S300-LEDIL-SC201 | (201-7459) | 60mW |
| 260nm | ±90° | ILR-XO01-S260-LEDIL-SC201 | (201-7461) | 25mW |
| 270nm | ±90° | ILR-XO01-S270-LEDIL-SC201 | (201-7473) | 40mW |
| 300nm | ±90° | ILR-XO01-S300-LEDIL-SC201 | (201-7474) | 60mW |
| 260nm | ±130° | ILR-XP01-S260-LEDIL-SC201 | (201-7475) | 25mW |
| 270nm | ±130° | ILR-XP01-S270-LEDIL-SC201 | (201-7477) | 40mW |
| 300nm | ±130° | ILR-XP01-S300-LEDIL-SC201 | (201-7478) | 60mW |
N5050 Power Star
Similar, cipul N5050U, soluție de sursă de iluminare bazată pe LED UV în configurație PowerStar (201-7445) este disponibil pentru domeniile de lungimi de undă de la 270 la 290nm. Forma unică a PCB este proiectată pentru a se potrivi amprentei standard industrial Zhaga, făcând această sursă de lumină compatibilă cu o bogată serie de radiatoare de căldură și suporturi.
N3535 UV 4 SCOB
LED-urile capsulate unitar precum Selectorul UV LEDiL pot să nu producă suficientă putere optică pentru a dezinfecta suprafețe mari. Un grup de 4 sau mai multe LED-uri sunt mult mai potrivite pentru acest scop. Dispozitivele UV SCOB cu 4 LED-uri suportă o putere radiometrică de 100-240mW și sunt compatibile cu reflectoarele ALISE (201-7691) și lentilele ZORYA (201-7703) de la LEDiL. PCB-ul este realizat dintr-un material înalt reflectiv, dar totuși economic (aluminiu), unde lentilele permit implementarea unei distribuții uniforme de lumină într-un spațiu restrâns.
| 4 UV SCOB | ||||
| λ (nm) | Lentile | MPN | Nr. stoc RS | Putere radiometrică minimă (mW) @350mA |
| 260nm | ±60° | ILO-XN04-S260-SC201 | (201-7462) | 100mW |
| 270nm | ±60° | ILO-XN04-S270-SC201 | (201-7463) | 160mW |
| 300nm | ±60° | ILO-XN04-S300-SC201 | (201-7464) | 240mW |
| 260nm | ±90° | ILO-XO04-S260-SC201 | (201-7468) | 100mW |
| 270nm | ±90° | ILO-XO04-S270-SC201 | (201-7469) | 160mW |
| 300nm | ±90° | ILO-XO04-S300-SC201 | (201-7470) | 240mW |
| 260nm | ±130° | ILO-XP04-S260-SC201 | (201-7439) | 100mW |
| 270nm | ±130° | ILO-XP04-S270-SC201 | (201-7440) | 160mW |
| 300nm | ±130° | ILO-XP04-S300-SC201 | (201-7441) | 240mW |
N3535 UV 9 SCOB
Cel mai mare grup (cluster) UV SCOB conține 9 LED-uri și oferă o putere de 225-540mW la 1050mA. ALISE și ZORYA sunt, din nou, potrivirea perfectă pentru această sursă de lumină, cu excepția versiunilor cu diametre mai mari, unde reflectoarele ALISE (201-7676) (201-7680) vor fi necesare.
| 9 UV SCOB | ||||
| λ (nm) | Lentile | MPN | Număr stoc RS | Putere radiometrică minimă (mW) @1050mA |
| 260nm | ±60° | ILO-XN09-S260-SC201 | (201-7465) | 225mW |
| 270nm | ±60° | ILO-XN09-S270-SC201 | (201-7466) | 360mW |
| 300nm | ±60° | ILO-XN09-S300-SC201 | (201-7467) | 540mW |
| 260nm | ±90° | ILO-XO09-S260-SC201 | (201-7471) | 225mW |
| 270nm | ±90° | ILO-XO09-S270-SC201 | (201-7472) | 360mW |
| 300nm | ±90° | ILO-XO09-S300-SC201 | (201-7438) | 540mW |
| 260nm | ±130° | ILO-XP09-S260-SC201 | (201-7442) | 225mW |
| 270nm | ±130° | ILO-XN09-S260-SC201 | (201-7443) | 360mW |
| 300nm | ±130° | ILO-XN09-S270-SC201 | (201-7444) | 540mW |
Bandă UV VIOLET
Matrice de lentile VIOLET de la LEDiL
Ultimul din exemplele date îl reprezintă banda UV VIOLET cu 12 LED-uri, care oferă până la 720mW putere radiometrică și care a fost proiectată pentru a se potrivi cu matricea de lentile VIOLET de la LEDiL (201-7709). Lentilele și cadrul metalic al matricei de lentile VIOLET sunt realizate din materiale înalt rezistente la UV.
| Bandă UV VIOLET | ||||
| λ (nm) | Lentile | MPN | Număr stoc RS | Putere radiometrică minimă (mW) @350mA |
| 260nm | ±60° | ILS-XN12-S260-0280-SC201-W2 | (201-7483) | 300mW |
| 270nm | ±60° | ILS-XN12-S270-0280-SC201-W2 | (201-7484) | 480mW |
| 300nm | ±60° | ILS-XN12-S300-0280-SC201-W2 | (201-7485) | 720mW |
| 260nm | ±90° | ILS-XO12-S260-0280-SC201-W2 | (201-7486) | 300mW |
| 270nm | ±90° | ILS-XO12-S270-0280-SC201-W2 | (201-7487) | 480mW |
| 300nm | ±90° | ILS-XO12-S300-0280-SC201-W2 | (201-7488) | 720mW |
| 260nm | ±130° | ILS-XP12-S260-0280-SC201-W2 | (201-7489) | 300mW |
| 270nm | ±130° | ILS-XP12-S270-0280-SC201-W2 | (201-7490) | 480mW |
| 300nm | ±130° | ILS-XP12-S300-0280-SC201-W2 | (201-7491) | 720mW |
Lentile LED Ledil F15074_ZORYA-SC
Pentru o soluție de dezinfecție completă UV-C, se va avea în vedere vasta selecție de drivere LED de la OSRAM și ILS.
Proiectarea unui sistem de iluminare UV pentru dezinfecție este un proces complex, cu numeroase variabile. Pentru întrebări specifice, legate de proiect, se poate contacta direct și partenerul nostru, https://www.rs-online.com/designspark/uv-leds-for-disinfection-and-sterilization-from-ils.
Autor: Bogdan Grămescu
Aurocon Compec
https://www.compec.ro
Reflector Ledil ALISE-70, 60°