Lumina ultravioletă și efectul ei germicid

Efectul germicid al  luminii ultraviolete  din gama UV-C(200-280 nm) 
Lumina ultravioletă, domeniu al radiației electromagnetice aflat la limita spectrului luminos vizibil, este puternic absorbită de nucleele acizilor ADN și ARN ale unui microorganism. Acest proces are ca efect final distrugerea microorganismului în anumite condiții ce țin de durata și intensitatea expunerii la radiația ultravioletă cu respectivele lungimi de undă. Studiile ulterioare au arătat că radiația ultravioletă cu lungimea de undă între 260 și 285 nm  are efectul germicid cel mai ridicat asupra nucleelor ADN și ARN.
Efectul radiației ultraviolete asupra microorganismelor  a fost descoperit de mai bine de 150 de ani. În 1878 a fost publicată lucrarea  biologilor britanici Arthur Downes și Thomas Blunt, Despre influența luminii asupra protoplasmei, care prezenta în premieră efectul ultraviolete asupra microorganismelor. S-a descoperit ulterior că radiația ultravioletă cea mai eficace este   UV-C(cu lungime de undă între 200 și 300 nm)  acționează prin întreruperea legăturilor moleculare ale bazelor din nucleele de ADN și ARN ale celulelor microorganismelor. Astfel se ajunge în final la distrugerea acelor microorganisme prin blocarea replicării celulelor lor componente. Practic, germenii dar și alte microrganisme simple cum sunt viruși, ciuperci, sunt sterilizați când sunt expuși la radiația ultravioletă  și nu pot  să se mai reproducă. Dacă organismul uman de exemplu, beneficiază de o anumită protecție la radiația ultravioletă grație pielii, microorganismele simple fiind lipsite de învelișuri protectoare similare, sunt expuse direct radiației ultraviolete ceea ce le distruge după ce sunt expuse la această radiație un interval de timp minim de aprox.30 minute. Cum radiația electromagnetică aplicată microorganismelor are efect cumulativ, s-a constatat că dacă se aplică doze de 2000 până la 8000 de μJ/cm2,   dispar peste 90% din microorganisme. Acest efect germicid al radiației ultraviolete este binecunoscut și una dintre aplicațiile sale a primit și un premiu Nobel la începutul secolului trecut ( Premiul Nobel pentru medicină din 1903 a fost acordat lui Niels Finsen pentru utilizarea radiației ultraviolet ca tratament al lupus vulgaris , tuberculoza pielii.).

Întreruperea lanțurilor de baze din nucleele de AND sau ARN ale microorganismelor

Clasificarea radiației ultraviolete din punct de vedere al  lungimii de undă

Radiația electromagnetică 
 Radiația ultravioletă este domeniul radiației electromagnetice cu lungime de undă între 100 nm și aproximativ 380 nm.  Radiația ultravioletă este situată în vecinătatea luminii vizibile ce are lungimea de undă de aprox.380 nm-800 nm . Cum energia este invers proporțională cu lungimea de undă, conform formulei:
             h   . c 
E=————
              λ
E fiind energia măsurată în J
h fiind constanta lui Planck,  având valoarea 6,626075 5(40) x 10 10-34 J . s
c fiind viteza luminii în vid ‎de 299.792.458 m/s
λ fiind lungimea de undă a radiației electromagnetice măsurată în m 

rezultă că pe măsură ce radiația are lungime de undă mai mică, ea are energie mai ridicată. Radiația ultravioletă(100-380 nm lungime de undă)  are deci energie mai mare decât cea luminoasă(380-800 nm).

Lungimile  de undă ale diverselor tipuri de radiație electromagnetică  

Cele 4 game ale radiației ultraviolete sunt UV-A, UV-B,  UV-C și VUV. Radiația UV-A este cunoscută sub numele de radiație ultravioletă cu lungime de undă mare, sau lumină neagră. UV-A are o lungime de undă în intervalul de la 315 nm la 400 nm. UV-B este cunoscut ca radiație UV cu lungime de undă  medie și are o lungime de undă în intervalul de la 280 nm la 315 nm.  UV-C este cunoscută și sub denumirea de radiație UV cu lungime de undă scurtă , cu valori ale lungimii de undă cuprinse între 200 nm și 280 nm. Studiile au arătat că  UV-C este cea care are un efect maxim asupra microorganismelor. Acestora li se adaugă VUV(Vacuum  Ultra Violet), radiația cu energia cea mai mare și care are lungimea de undă între 100 și 200 nm. Doar radiația VUV , cea cu lungime de undă  sub 200 nm, produce ozon. Radiația ultravioletă UV-A, UVB și  UV-C nu transformă oxigenul din aer în ozon(O3).
Radiația  UV-C este deosebit de eficientă la dezinfectare iar radiația cu lungimea de undă de 264 nm este extrem de impresionantă la uciderea germenilor, virusurilor și bacteriilor. Radiația  UV-C trece prin aer fără a crea ozon, astfel încât lămpile ce emit  UV-C pot fi utilizate în aer pentru a dezinfecta suprafețele.
Primele lămpi pentru generare de  radiație  UV-C au fost lămpile cu vapori de mercur iar în ultimii ani, lămpile cu LED domină piața de profil
Lămpile cu vapori de mercur la presiune joasă, care emit puternic în jurul lungimii de undă de 254 nm, au fost până de curând cele mai uzuale dispozitive din domeniul sterilizării cu   UV-C.
În ultimii ani au apărut lămpile cu LED capabile să emită radiație  UV-C indicată pentru sterilizarea microoganismelor. Lămpile cu LED au performanțe net superioare altor tipuri de lămpi ca eficiență energetică dar și ca durată de viață.
Durata de viață a LED indicată de producători poate atinge valori de ordinul zecilor de mii de ore de  funcționare dar numai în  condiții precise de funcționare, legate de temperatură și de curenții care parcurg LED-urile.
Proiectarea unui astfel de sistem de dezinfecție trebuie să țină cont de regimul de funcționare. Aceasta deoarece deși LED-ul are o durată de viață extinsă, temperatura de lucru ca și intensitatea curentului în regimul real de funcționare influențează substanțial durata de viață și performanțele LED-ului.
Astfel un LED poate să aibă o durată  de viață sensibil mai scăzută decât cea indicată de producător,  dacă el funcționează la temperaturi mai ridicate decât temperatura nominală (uzual aprox. 35 grade Celsius) și dacă este parcurs de un curent mai mare decât cel nominal, indicat de producător .
Aplicațiile sterilizării cu radiație UV-C
Aplicațiile sterilizării cu radiație  UV-C sunt relativ numeroase și cele mai comune s-au dezvoltat în domeniul sterilizării apei de băut pentru a o face potabilă. Astfel, încă din a doua jumătate a secolului trecut mai multe țări au introdus procedeul sterilizării apei pentru băut în uzinele de preparare a apei potabile. De asemenea s-au introdus lămpile cu  UV-C pentru sterilizarea materialelor sanitare din spitale și a sălilor de operație.
Ulterior aplicațiile au fost extinse și la sterilizarea suprafețelor diverselor obiecte contaminate cu germeni. Experiența dobândită în dezvoltarea acestor aplicații a permis identificarea mai multor factori de care depinde  eficacitatea acestei tehnologii  de sterilizare cu radiație   UV-C. S-a constatat că:
– durata expunerii suprafeței contaminate cu microorganisme la  radiație  UV-C trebuie să fie în mod uzual de aprox.30 minute
– raza de acțiune a lămpii cu  UV-C pentru o sterilizare eficace (peste 99.9 % din microorganisme) este  de maxim 2,5 m.
– intensitatea și lungimea de undă ale radiației    UV-C trebuie să fie foarte precise.  UV-C din gama 260-285 nm sunt cele mai eficace.
– trebuie evitată prezența particulelor care pot proteja de  radiația  UV-C suprafața contaminată cu microorganisme
– trebuie ținut cont de capacitatea diferită de la caz la caz a unui microorganism de a rezista la expunerea la  radiație  UV-C
– trebuie protejați ochii oamenilor de expunerea la radiația UV-C

 

 

 

Share