Jest to najczęściej używany rozpuszczalnik w każdym środowisku laboratoryjnym, a zatem jakość tej wody ma kluczowe znaczenie dla eksperymentów i podstawowych procesów. Oczyszczacze punktowe stanowią obecnie 75% światowego rynku ultraczystej wody laboratoryjnej o wartości około 480 milionów dolarów. Systemy te wykorzystują kombinację technologii, w tym destylację, odwróconą osmozę, ultrafiltrację, dejonizację i dezynfekcję UV do tworzenia wody typu 1, 2 i 3 i obejmują zakres od dużych, scentralizowanych systemów po małe, stacjonarne jednostki polerujące.
Tradycyjnie systemy te wykorzystywały lampy rtęciowe do dostarczania energii UVC do dezynfekcji. Obecnie diody LED o głębokim ultrafiolecie (UVC) stają się realną technologią, która oferuje kompaktową, energooszczędną i ekologiczną alternatywę. Ponieważ nie jest to prosty zamiennik typu plug-and-play dla systemów opartych na lampach, konieczne są nowe sposoby obliczania wymaganej mocy wyjściowej. Rozumiejąc wpływ emisji spektralnej LED na widma działania drobnoustrojów, inżynierowie mogą opracować rozwiązania nowej generacji, aby konsekwentnie produkować wodę laboratoryjną najwyższej jakości.
Diody UVC zapewniają optymalną długość fali bakteriobójczej
W dezynfekcji UV światło w zakresie 250 nm - 280 nm najskuteczniej inaktywuje DNA mikroorganizmów. Projektanci laboratoryjnego systemu wodnego zazwyczaj polegali na niskociśnieniowych łukowych lampach rtęciowych, aby uzyskać dostęp do tego zakresu bakteriobójczego, które emitują pojedynczą moc przy 253,7 nm. Rysunek 1 pokazuje, że linia emisji niskociśnieniowej lampy rtęciowej przecina typową krzywą absorpcji DNA poniżej piku absorpcji. Chociaż nie jest to optymalna długość fali bakteriobójczej, emisja wystarczająca do inaktywacji DNA.
Porównanie źródła światła.png; Podpis: Porównanie spektralne niskociśnieniowej lampy rtęciowej z diodą LED w odniesieniu do typowej krzywej absorpcji DNA.
Ciągła emisja widmowa UVC LED zapewnia większe nakładanie się najbardziej krytycznych długości fal do dezynfekcji, dzięki czemu jest bardziej wydajnym źródłem energii UVC dla tych systemów. Jednak te różnice w widmach emisji wymagają nowej metodologii uwzględniającej skuteczność dezynfekcji.
Określanie mocy bakteriobójczej diod UVC
Inżynierowie i projektanci produktów R&i D oceniający diody UVC potrzebują systematycznego podejścia do określania i porównywania użytecznej mocy wyjściowej dezynfekcji. W ten sam sposób, w jaki lumeny, całkowita ilość światła widzialnego emitowanego przez źródło, zapewniają uniwersalną miarę jasności, najbardziej użyteczna specyfikacja do zastosowań dezynfekcyjnych opiera się na identyfikacji mocy wyjściowej przydatnej do inaktywacji patogenów. Nazywa się to mocą bakteriobójczą.
Najdokładniejsza metoda określenia mocy bakteriobójczej wymaga najpierw poznania konkretnego patogenu, który ma być inaktywowany, a następnie określenia jego spektrum działania (tj. unikalnego profilu wrażliwości patogenu według długości fali). Iloczyn krzyżowy tych widm z widmami emisyjnymi danego źródła UV określa jego moc bakteriobójczą.
Różnice w podatności na długość fali
Podczas gdy podatność patogenu na energię UVC jest różna, szczytowa absorpcja energii UVC jest ogólnie rozumiana jako gdzieś w zakresie 265-270 nm. Rysunek 2 przedstawia widma działania dla trzech powszechnych patogenów docelowych lub prowokacyjnych stosowanych w projektowaniu systemów dezynfekcji wody.
Widma działania powszechnych drobnoustrojów docelowych/wyzwania w dezynfekcji wody. Spektrum działania B. Subtillis zgodnie z normą ÖNORM; E. coli, jak przedstawiono w przeglądzie lamp UV Henk FJI Giller, w WEF 2000; i MS2 jak stwierdzono w This Way Forward: Uwzględnianie obaw dotyczących odchyleń widma działania w średniociśnieniowych reaktorach UV, Bryan Townsend, et al.
Chociaż wszystkie te patogeny wykazują szczytową absorpcję przy około 265 nm, istnieją różnice we wrażliwości na dyskretne długości fal. Tabela 1 ilustruje tę różnicę podatności na długość fali w oparciu o ich czułość spektralną. Mnożąc emisję diod UVC przez wagę, inżynierowie R&i D mogą określić moc wyjściową w kategoriach mocy dostępnej do dezynfekcji określonego patogenu (tj. bakteriobójczej mocy źródła światła).
Długość fali | Waga dla B. subtilis | Waga dla E. coli | Ważenie dla MS2 |
250 nm | 0.62 | 0.80 | 0.58 |
253,7 nm | 0.82 | 0.85 | 0.77 |
260 nm | 0.98 | 0.95 | 0.98 |
265 nm | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
270 nm | 0.99 | 0.90 | 0.88 |
275 nm | 0.96 | 0.80 | 0.79 |
280 nm | 0.91 | 0.60 | 0.67 |
285 mil morskich | 0.70 | 0.40 | 0.59 |
Zastosowanie siły bakteriobójczej do produkcji komercyjnej
Wraz ze wzrostem przyjęcia na rynek diod LED UVC rośnie również liczba dostawców. Daje to producentom OEM większy wybór, ale także podkreśla różnice w specyfikacjach produktów producentów. Podczas opracowywania lub projektowania produktu inżynier może preferować obserwowanie widm dyskretnych diod LED w celu porównania optymalnych kryteriów wydajności. Jednak producenci na dużą skalę domagają się bardziej systematycznego podejścia do specyfikacji bakteriobójczej mocy wyjściowej. Takie podejście do konwolucji (normalizowanie mocy wyjściowej LED pod względem siły bakteriobójczej) ma pożądany efekt. Podczas gdy złożone systemy mikrobiologiczne nie oferują jednego podejścia, które odpowiadałoby wszystkim potrzebom, jest to krok naprzód w uproszczeniu, który pozwala inżynierom tworzyć zrównoważone projekty pod kątem produkcji.
Wysokowydajne diody LED UVC umożliwiają producentom migrację z lamp rtęciowych do rozwiązań półprzewodnikowych. Testy systemów opartych na UVC LED potwierdziły skuteczność bakteriobójczą na poziomie ponad 99,99%, nie pozostawiając wątpliwości, że te kompaktowe, trwałe źródła energii są uzasadnioną alternatywą dla dotychczasowych niskociśnieniowych systemów opartych na lampach rtęciowych.
Innowatorzy systemów wody laboratoryjnej uznają diody LED UVC za realne rozwiązanie do opracowywania przyjaznych dla środowiska, opłacalnych systemów bez poświęcania jakości wody w laboratorium.
Autor: Mark Pizzuto, dyrektor ds. zarządzania produktem — dezynfekcja, Crystal IS.
