Είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος διαλύτης σε οποιοδήποτε εργαστηριακό περιβάλλον και ως εκ τούτου η ποιότητα αυτού του νερού είναι κρίσιμη για πειράματα και βασικές διεργασίες. Οι καθαριστές σημείου χρήσης είναι τώρα το 75% μιας παγκόσμιας αγοράς περίπου 480 εκατομμυρίων δολαρίων για το νερό εργαστηρίου υπερπίεσης. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν ένα συνδυασμό τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένης της απόσταξης, της αντίστροφης όσμωσης, της υπερδιήθησης, της απιονισμού και της απολύμανσης UV για τη δημιουργία νερού τύπου 1, 2 και 3 και κυμαίνονται από μεγάλα, κεντρικά συστήματα έως μικρές μονάδες στίλβωσης πάγκου.
Παραδοσιακά, αυτά τα συστήματα έχουν χρησιμοποιήσει λαμπτήρες υδραργύρου για την παροχή ενέργειας UVC για απολύμανση. Τώρα, οι βαθιές υπεριώδεις (UVC) λυχνίες LED αναδύονται ως μια βιώσιμη τεχνολογία που προσφέρει μια συμπαγή, ενεργειακά αποδοτική, πράσινη εναλλακτική λύση. Δεδομένου ότι αυτό δεν είναι μια απλή αντικατάσταση τοποθέτησης και άμεσης λειτουργίας για συστήματα που βασίζονται σε λαμπτήρες, απαιτούνται νέοι τρόποι υπολογισμού της απαιτούμενης εξόδου ισχύος. Κατανοώντας τον αντίκτυπο των φασματικών εκπομπών LED στα φάσματα δράσης μικροβίων, οι μηχανικοί μπορούν να αναπτύξουν λύσεις επόμενης γενιάς για τη συνεχή παραγωγή εργαστηριακού νερού υψηλής ποιότητας.
Τα LED UVC παρέχουν βέλτιστα γεννητικά μήκη κύματος
Στην απολύμανση uv, το φως στην περιοχή των 250 nm - 280 nm είναι πιο αποτελεσματικό στην αδρανοποίηση του DNA των μικροοργανισμών. Οι σχεδιαστές συστημάτων νερού εργαστηρίου έχουν συνήθως βασιστεί σε λαμπτήρες τόξου υδραργύρου χαμηλής πίεσης για να έχουν πρόσβαση σε αυτή τη βλαστοκτόνα, η οποία εκπέμπει μία μόνο έξοδο στα 253,7 nm. Το σχήμα 1 δείχνει ότι η γραμμή εκπομπής λαμπτήρων υδραργύρου χαμηλής πίεσης τέμνει την τυπική καμπύλη απορρόφησης DNA κάτω από την μέγιστη απορρόφηση. Αν και αυτό δεν είναι το βέλτιστο μήκος κύματος μικροβίων, υπάρχει επαρκής εκπομπή για αδρανοποίηση DNA.
Σύγκριση πηγής φωτός.png. Λεζάντα: Φασματική σύγκριση λαμπτήρα υδραργύρου χαμηλής πίεσης έναντι LED σε σχέση με την τυπική καμπύλη απορρόφησης DNA.
Η συνεχής φασματική εκπομπή των οδηγήσεων UVC παρέχει περισσότερη επικάλυψη των πιο κρίσιμων μήκους κύματος για απολύμανση, καθιστώντας το μια αποδοτικότερη πηγή ενέργειας UVC για αυτά τα συστήματα. Ωστόσο, αυτές οι διαφορές στα φάσματα εκπομπών απαιτούν μια νέα μεθοδολογία για να λαμβάνονται υπόψη η αποτελεσματικότητα της απολύμανσης.
Προσδιορισμός της βλαστοφιλικής ισχύος των LED UVC
Οι μηχανικοί Ε&Α και οι σχεδιαστές προϊόντων που αξιολογούν τα LED UVC χρειάζονται μια συστηματική προσέγγιση για τον προσδιορισμό και τη σύγκριση της ωφέλιμης παραγωγής ενέργειας απολύμανσης. Με τον ίδιο τρόπο που οι αυλοί, η συνολική ποσότητα του ορατού φωτός που εκπέμπεται από μια πηγή, παρέχουν ένα καθολικό μέτρο φωτεινότητας, η πιο χρήσιμη προδιαγραφή για εφαρμογές απολύμανσης βασίζεται στον προσδιορισμό της εξόδου ισχύος που είναι χρήσιμη για την αδρανοποίηση παθογόνων παραγόντων. Αυτό είναι γνωστό ως η βλαστοφιλική δύναμη.
Η πιο ακριβής μέθοδος για τον προσδιορισμό της βλαστοκτόνο δύναμης απαιτεί πρώτα να γνωρίζουμε το συγκεκριμένο παθογόνο που πρέπει να αδρανοποιηθεί και στη συνέχεια να καθορίσουμε το φάσμα δράσης του (δηλαδή, το μοναδικό προφίλ ευαισθησίας του παθογόνου από το μήκος κύματος). Το διασταυρωτικό προϊόν αυτού του φασματοσκοπίου με τα φάσματα εκπομπών της συγκεκριμένης πηγής UV καθορίζει τη βλαστοκτόνα του.
Διαφορές στην ευαισθησία του μήκους κύματος
Ενώ η ευαισθησία ενός παθογόνου στην ενέργεια UVC ποικίλλει, η μέγιστη απορρόφηση ενέργειας UVC θεωρείται γενικά ότι βρίσκεται κάπου στην περιοχή των 265-270 nm. Το γράφημα 2 δείχνει τα φάσματα δράσης για τρία κοινά παθογόνα στόχου ή πρόκλησης που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό συστημάτων απολύμανσης νερού.
Φάσματα δράσης κοινών μικροβίων στόχου/πρόκλησης στην απολύμανση του νερού. Το φάσμα δράσης της B. Subtillis, όπως ορίζεται από το πρότυπο ÖNORM· E. coli όπως περιγράφεται σε μια ανασκόπηση των λαμπτήρων UV από Henk F. J. I. Giller, στο WEF 2000; και MS2 όπως βρέθηκε με αυτόν τον τρόπο προς τα εμπρός: Αντιμετώπιση των ανησυχιών για την προκατάληψη φασμάτων δράσης στους αντιδραστήρες UV μέσης πίεσης, Bryan Townsend, κ.λπ.
Αν και όλα αυτά τα παθογόνα παρουσιάζουν μέγιστη απορρόφηση σε περίπου 265 nm, υπάρχει διακύμανση στην ευαισθησία στα διακριτά μήκη κύματος. Ο πίνακας 1 απεικονίζει αυτή τη διαφορά ευαισθησίας σε μήκος κύματος με βάση τη φασματική ευαισθησία τους. Πολλαπλασιάζοντας την εκπομπή των διόδων UVC με τη στάθμιση, οι μηχανικοί Ε&Α μπορούν να καθορίσουν την ισχύ εξόδου όσον αφορά την ισχύ που είναι διαθέσιμη για την απολύμανση του συγκεκριμένου παθογόνου παράγοντα (δηλαδή της βλαστοκριδικής ισχύος της φωτεινής πηγής).
Μήκος κύματος | Στάθμιση για Β. subtillis | Στάθμιση για E. coli | Στάθμιση για 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 |
Εφαρμογή της βλαστοφιλικής ισχύος για εμπορική παραγωγή
Καθώς αυξάνεται η υιοθέτηση από την αγορά των LED UVC, ο αριθμός των παρόχων αυξάνεται επίσης. Αυτό παρουσιάζει περισσότερες επιλογές για OEM, αλλά επισημαίνει επίσης τις διακυμάνσεις στις προδιαγραφές προϊόντων των κατασκευαστών. Καθ ' όλη τη διάρκεια της ανάπτυξης ή του σχεδιασμού του προϊόντος μπορεί να είναι η προτίμηση του μηχανικού να τηρεί τα φάσματα των διακριτών LED για τη συγκριτική αξιολόγηση των βέλτιστων κριτηρίων απόδοσης. Ωστόσο, οι κατασκευαστές μεγάλου όγκου ζητούν μια πιο συστηματική προσέγγιση για τον προσδιορισμό της βλαστικής ισχύος εξόδου. Αυτή η προσέγγιση της συνένωσης (ομαλοποίηση της εξόδου LED από την άποψη της βλαστοκτρικής ισχύος) έχει αυτό το επιθυμητό αποτέλεσμα. Ενώ τα πολύπλοκα μικροβιολογικά συστήματα δεν προσφέρουν ενιαία προσέγγιση που να ταιριάζει σε όλες τις ανάγκες, αυτό είναι ένα βήμα προς τα εμπρός στην απλοποίηση που επιτρέπει στον μηχανικό να δημιουργήσει βιώσιμα σχέδια για την επάνδρωτη.
Τα LED UVC υψηλής απόδοσης επιτρέπουν στους κατασκευαστές να μεταναστεύουν από λαμπτήρες υδραργύρου σε λύσεις στερεάς κατάστασης. Οι δοκιμές των συστημάτων που βασίζονται σε UVC LED έχουν επιβεβαιώσει τη βλαστοκτόνα αποτελεσματικότητα άνω του 99,99%, αφήνοντας ελάχιστες αμφιβολίες ότι αυτές οι συμπαγείς, ανθεκτικές πηγές ενέργειας είναι μια νόμιμη εναλλακτική λύση στα κατεστημένα συστήματα λαμπτήρων υδραργύρου χαμηλής πίεσης.
Οι καινοτόμοι του συστήματος νερού εργαστηρίου αναγνωρίζουν τα LED UVC ως μια βιώσιμη λύση για την ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον, οικονομικώς αποδοτικών συστημάτων χωρίς να θυσιάζεται η ποιότητα του νερού του εργαστηρίου.
Συντάχθηκε από τον Mark Pizzuto, Διευθυντή Διαχείρισης Προϊόντων –Απολύμανση, Crystal IS.
