Este solventul cel mai frecvent utilizat în orice mediu de laborator și, prin urmare, calitatea apei respective este esențială pentru experimentele și procesele de bază. Purificatoarele pentru puncte de utilizare reprezintă acum 75% dintr-o piață globală de aproximativ 480 milioane dolari pentru apa de laborator ultrapură. Aceste sisteme utilizează o combinație de tehnologii, inclusiv distilarea, osmoza inversă, ultrafiltrarea, deionizarea și dezinfectarea UV pentru crearea apei de tip 1, 2 și 3 și variază de la sisteme mari centralizate la unități mici de lustruit de pe bancă.
În mod tradițional, aceste sisteme au folosit lămpi cu mercur pentru a furniza energie UVC pentru dezinfectare. Acum, LED-urile ultraviolete profunde (UVC) apar ca o tehnologie viabilă care oferă o alternativă compactă, eficientă din punct de vedere energetic și verde. Deoarece acesta nu este un simplu înlocuitor plug-and-play pentru sistemele bazate pe lampă, sunt necesare noi modalități de a calcula puterea necesară. Înțelegând impactul emisiei spectrale LED asupra spectrelor de acțiune a microbilor, inginerii pot dezvolta soluții de generație următoare pentru a produce în mod constant apă de laborator de calitate superioară.
LED-urile UVC oferă lungimi de undă germicide optime
În dezinfecția UV, lumina cuprinsă între 250 nm - 280 nm este cea mai eficientă la inactivarea ADN-ului microorganismelor. Proiectanții de sisteme de apă de laborator s-au bazat, de obicei, pe lămpile cu arc de mercur de joasă presiune pentru a accesa această gamă germicidă, care emit o singură ieșire la 253,7 nm. Figura 1 arată că linia de emisie a lămpii de mercur de joasă presiune intersectează curba tipică de absorbție a ADN sub absorbția maximă. Deși aceasta nu este lungimea de undă germicidă optimă, există o emisie suficientă pentru inactivarea ADN-ului.
Light Source Comparison.png; Legenda: Comparație spectrală a lămpii cu mercur de joasă presiune versus LED în raport cu curba tipică de absorbție a ADN-ului.
Emisia spectrală continuă a LED-ului UVC oferă o suprapunere mai mare a celor mai critice lungimi de undă pentru dezinfecție, făcându-l o sursă de energie UVC mai eficientă pentru aceste sisteme. Cu toate acestea, aceste diferențe în spectrele de emisie necesită o nouă metodologie pentru a explica eficacitatea dezinfectării.
Determinarea puterii germicide a LED-urilor UVC
Inginerii R&și proiectanții de produse care evaluează LED-urile UVC au nevoie de o abordare sistematică pentru a specifica și a compara puterea de dezinfecție utilă. În același mod în care lumenii, cantitatea totală de lumină vizibilă emisă de o sursă, oferă o măsură universală a luminozității, cea mai utilă specificație pentru aplicațiile de dezinfecție se bazează pe identificarea puterii de ieșire utile pentru inactivarea agenților patogeni. Aceasta este cunoscută sub numele de puterea germicidă.
Cea mai precisă metodă pentru a specifica puterea germicidă necesită mai întâi cunoașterea agentului patogen specific care trebuie inactivat și apoi determinarea spectrului său de acțiune (adică, profilul unic de sensibilitate al agentului patogen după lungimea de undă). Produsul încrucișat al acestor spectre cu spectrele de emisie ale sursei UV particulare determină puterea sa germicidă.
Diferențe în sensibilitatea la lungimea de undă
În timp ce susceptibilitatea unui agent patogen la energia UVC variază, absorbția maximă a energiei UVC este în general înțeleasă a fi undeva în intervalul 265-270 nm. Figura 2 prezintă spectrele de acțiune pentru trei agenți patogeni obișnuiți sau de provocare utilizați în proiectarea sistemelor de dezinfecție a apei.
Spectre de acțiune ale microbilor obișnuiți / provocatori în dezinfecția apei. Spectrul de acțiune al B. Subtillis, astfel cum este definit de standardul ÖNORM; E. coli așa cum este subliniat într-o revizuire a lămpilor UV de către Henk FJI Giller, în WEF 2000; și MS2 așa cum se găsește în This Way Forward: Addressing Action Spectra Bias Concerns In Reactors UV cu presiune medie, Bryan Townsend și colab.
Deși acești agenți patogeni prezintă toți absorbția de vârf la aproximativ 265 nm, există variații ale sensibilității la lungimi de undă discrete. Tabelul 1 ilustrează această diferență în sensibilitatea lungimii de undă pe baza sensibilității lor spectrale. Înmulțind emisia diodelor UVC cu ponderarea, inginerii R&D pot determina puterea de ieșire în termeni de putere disponibilă pentru dezinfectarea agentului patogen specific (adică puterea germicidă a sursei de lumină).
Lungime de undă | Ponderare pentru B. subtillis | Ponderarea forE. coli | Ponderare pentru 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 nm | 0.70 | 0.40 | 0.59 |
Aplicarea puterii germicide pentru producția comercială
Pe măsură ce adoptarea pieței pentru LED-urile UVC crește, numărul furnizorilor crește, de asemenea. Acest lucru prezintă mai multe opțiuni pentru OEM-uri, dar evidențiază și variațiile în specificațiile produselor producătorilor. De-a lungul dezvoltării sau proiectării produsului, poate fi preferința inginerului să respecte spectrele LED-urilor discrete pentru a evalua criteriile de performanță optime. Cu toate acestea, producătorii cu volum mare solicită o abordare mai sistematică pentru specificarea puterii de ieșire germicidă. Această abordare a convoluției (normalizarea ieșirii LED în termeni de putere germicidă) are acel efect dorit. În timp ce sistemele microbiologice complexe nu oferă o abordare unică care să se potrivească tuturor nevoilor, acesta este un pas înainte în simplificare care permite inginerului să creeze modele durabile pentru fabricabilitate.
LED-urile UVC de înaltă performanță permit producătorilor să migreze de la lămpi cu mercur la soluții în stare solidă. Testarea sistemelor bazate pe LED-uri UVC au confirmat eficacitatea germicidă de peste 99,99%, lăsând puține îndoială că aceste surse de energie compacte și durabile reprezintă o alternativă legitimă la sistemele de lampă cu mercur de joasă presiune.
Inovatorii de sisteme de apă de laborator recunosc LED-urile UVC ca o soluție viabilă pentru dezvoltarea unor sisteme ecologice, rentabile, fără a sacrifica calitatea apei de laborator.
Scris de Mark Pizzuto, director de management al produselor - Dezinfecție, Crystal IS.
