25.02.2023
Jaka powinna być dawka promieniowania UVC ?
Rysunek 1. Pomiar natężenia promieniowania UVC w komorze KM-01 w okolicach drzwi
To oczywiście zależy od tego co odkażamy itd. Ale należy pamiętać o pewnych istotnych kwestiach:
- Wykonane badania wpływu emisji odkażających na materiały wykazały szkodliwość dużych dawek ozonu oraz
promieniowania UVC. - Z tego powodu zbyt duże promieniowanie UVC nie jest korzystne. Należy tak dobrać czas
i moc promieniowania, aby uzyskać odkażanie (a raczej wymagany stopień redukcji patogenów) oraz nie zniszczyć materiału odkażanego. Wpis o tym będzie w późniejszym terminie. - Energię promieniowania regulujemy poprzez dobór mocy źródła oraz poprzez czas pracy.
Aktualnie uważa się, że dawka większa od 500mJ/cm2 pozwala na 99.9% redukcję patogenów podobnych do SARS-CoV-2 (Influenza A, Middle East Respiratory Syndrome (MERS-CoV), Sudden Acute Respiratory Syndrome (SARS-CoV2, H1N1, and MS2 bacteriophage). O naszych wynikach badań a laboratoriach napiszemy w innym wpisie szczegółowo.
Poniżej na rysunku przedstawiono testy z diodami UVC w naszej roboczej komorze testowej. Gołym okiem widać słaby poziom promieniowania. 🙂 W przypadku diod UVC zamontowanych na modułach odkażających dodatkowo problemem okazał się efekt cienia od sąsiednich nadajników ultradźwiękowych.
Rysunek 2. Robocze stanowisko pomiarowe LED UVC (6x70mW) podczas badań skuteczności odkażania
Pomiary przeprowadzono z wykorzystaniem:
- dozymetrów UVC 254nm na dawkę 75-100mJ/cm2 (do badania rozkładu) oraz 1000mJ/cm2 (do badania dawki) – bardzo przydatne do badania rozkładu promieniowania wewnątrz i dawki,
- miernika RGM-UVC,
- miernika SENTRY ST512,
- czujników z modułów odkażających wewnątrz komory,
- spektrometru UVC Broadcom Qmini2 UV.
Taki szeroki zakres stosowanych urządzeń pomiarowych pozwolił na dokładne i pełne badania. Szczególnie interesował nas rozkład promieniowania w zależności od położenia czujnika lub dozymetru paskowego oraz widmo promieniowania. Ten ostatni element doskonale mierzy spektrometr UVC Broadcom Qmini2 UV (mierzony zakres od 220 do 400nm, rozdzielczość 0.3nm). Za pomocą spektrometru mogliśmy określić dokładne widmo emitowanego promieniowania. Zdarzało się w niektórych lampach, że maksimum promieniowania było przesunięte o kilka lub kilkanaście nm. Dlatego kazdą lampę wykorzytywaną w naszych komorach badamy pod kątem mocy, rozkładu promieniowania (w przypadku długiej świetlówki) i widma.
Rysunek 3. Badanie jakości źródeł promieniowania UVC
Diody UVC mimo deklaracji producenta nie emitują mocy 10mW/cm2 w zakresie 254nm ale znacznie mniej.
Ponadto okazały się drogie oraz mieliśmy także wątpliwości co do niezawodności diod, elementy bardzo się nagrzewały (co powodowało degradację ozonu). Ważną kwestią jest także ich wymiana. Nie oszukujmy się, mimo deklaracji długiego czasu życia w końcu trzeba będzie je wymienić i to raczej szybciej niż deklaruje producent. Łatwiej jest to zrobić ze świetlówką, wymiana LED wymaga odesłania urządzenia do producenta.
W naszych urządzeniach KM-01 i KD01 założyliśmy moc naświetlenia UVC min. 10mW/cm2 z odległości 10cm oraz energię naświetlenia na poziomie 1000-3000mJ/cm2 (w ciągu 2 minut). Oczywiście dawki promieniowania w zalezności od danego programu odkażania są różne i użytkownik jest o nich informowany i ma możliwość wyboru.
Od razu po pierwszych testach zdecydowaliśmy się zamienić diody UVC na lampy UVC o długim czasie działania (9000-11000 h). Pierwotnie zakładaliśmy wykorzystanie diod z uwagi na długi czas pracy, w toku badań okazało się że współcześnie produkowane lampy UVC są bardzo długowieczne, tańsze oraz nie zanieczyszczają środowiska w istotny sposób, a może nawet mniej niż LEDy.
Wyniki
Przetestowano różne warianty lamp, diod i konstrukcji obudowy, aby sprostać wyśrubowanym oczekiwaniom. Badano świetlówki kompaktowe w różnych wariantach oraz diody UVC.
W komorze małej KM-01 stosujemy lampę Philips TUV 15W/G15 T8 o parametrach:
- moc: 15 W
- znamionowe napięcie: 54 V
- prąd znamionowy: 0,34 A
- częstotliwość pracy: 50/60 Hz
- promieniowanie UVC: 4,9 W
- bańka zewnętrzna: T8
- długość: 893 mm
- średnica: 25,5 mm
- nominalna trwałość lampy: 9000 h
- trzonek: G13
W komorze dużej KD-01 stosujemy lampę Ledvance UVC 30W G13 o parametrach:
- moc: 30 W
- znamionowe napięcie: 96 V
- prąd znamionowy: 0,37 A
- częstotliwość pracy: 50/60 Hz
- promieniowanie UVC: 12,6 W
- bańka zewnętrzna: T8
- długość: 893 mm
- średnica: 25,5 mm
- nominalna trwałość lampy: 10800 h
- trzonek: G13
Pomiary dla komory testowej
Pomiar mocy lampy UVC w komorze testowej małej wykazał 10.03mW/cm2 z odległości 10cm.
Taka wartość promieniowania zapewnia również uzyskanie energii 1000mJ/cm2 w ciągu 2 minut.
Rysunek 4. Pomiar natężenia lampy w komorze testowej małej z odległości 10cm od promiennika, po prawej
uzyskanie wartości powyżej 10mW/cm2
Rysunek 5. Pomiar widma lampy UVC w komorze małej (program Waves)
Pomiar widma wykazał pasmo główne 253,33nm. Pasmo w okolicach 254nm uważane jest jako najskuteczniejsze w dezynfekcji.
Wykorzystano także dozymetry 1000mJ/cm2 do sprawdzenia energii promieniowania w ciągu 2 minut. Są one także pomocne przy strojeniu programów odkażających.
Z kolei za pomocą dozymetrów 100mJ/cm2 określono rozkład promieniowania w komorze w sensie mocy promieniowania w przestrzeni XYZ. W tym przypadku stosowano krótkie czasy działania lampy.
Wykorzystano trzy punkty pomiarowe:
- na dole komory, 10cm od ścianki dolnej,
- na środku komory,
- na górze, 10cm od ścianki komory.
Rysunek 6. Pomiar rozkładu promieniowania w przestrzeni komory małej, ułożenie półek z dozymetrami, na dole, na środku, u góry. Na dole pokazano zużyte próbniki dozymetrów
Najbardziej niekorzystnym ułożeniem jest położenie od góry. Jest to związane z tym, że w tym miejscu próbki poddane są najmniejszemu promieniowaniu, praktycznie tylko od światła odbitego. Tak samo od strony drzwiczek promieniowanie jest mniejsze.
Rozwiązano to w następujący spośób:
- do modułów odkażających górnych dodano diody LED UVC,
- na drzwiczki zamontowano ekrany odbijające z materiału PTFE.