كيف يعمل الضوء فوق البنفسجي؟

تمت ملاحظة تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية على الماء لأول مرة منذ أكثر من 100 عام، وإليكم العلم وراء ما يحدث.

الاكتشاف

في عام 1877 لاحظ العلماء لأول مرة أن ضوء الشمس القوي يعمل على تطهير المياه. لاحظ عالم الفسيولوجيا البريطاني آرثر داونز والعالم توماس بي. بلانت أن ماء السكر المحفوظ في الظل أصبح غائمًا مع نمو الكائنات الحية الدقيقة فيه، في حين ظل ماء السكر المحفوظ في ضوء الشمس المباشر صافيًا تمامًا. وباستخدام هذه المعرفة، قرر طبيب العيون الألماني إرنست هيرتل بعد 25 عامًا أن الضوء في الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يمنع نمو مسببات الأمراض.

ضوء الأشعة فوق البنفسجية في تطبيقات التطهير

إن القدرة على إنتاج ضوء فوق بنفسجي بشكل مصطنع عند الأطوال الموجية الصحيحة باستخدام المصابيح يمنحنا القدرة على المساعدة في تطهير مجموعة متنوعة من السوائل وكذلك الهواء والأسطح.

عمليات التطهير المعتمدة على الأشعة فوق البنفسجية (المعروفة أيضًا باسم التشعيع المبيد للجراثيم) هي طريقة تطهير خالية من المواد الكيميائية تستخدم الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي القصير (UV-C) لتعطيل الكائنات الحية الدقيقة عن طريق تعطيل الحمض النووي الخاص بها، مما يجعلها غير قادرة على أداء الوظائف الخلوية الحيوية مثل التكاثر. عند الطول الموجي 254 نانومتر، يمكن للأشعة فوق البنفسجية اختراق جدار الخلية للكائن الحي الدقيق، مما يؤدي إلى تغيير بنية الحمض النووي بشكل دائم في غضون ثوانٍ وعدم ترك أي منتجات ثانوية كيميائية نتيجة لذلك.

الجرعات

يتم استخدام "الجرعات" الدقيقة والموجهة لحساب نوع مصباح الأشعة فوق البنفسجية اللازم لتطبيقات مختلفة. يتضمن ذلك المدة التي يجب أن تتعرض فيها السوائل أو الهواء أو الأسطح المختلفة للأشعة فوق البنفسجية حتى يتم تطهيرها بأمان. على سبيل المثال، تنبعث مصابيح الأشعة فوق البنفسجية ذات الضغط المتوسط ​​من طول موجة تطهير واسع يبلغ 200-320 نانومتر، وهي مثالية للتطبيقات التجارية واسعة النطاق مثل مياه الصابورة ومعالجة مياه الصرف الصحي.

تأخذ الجرعات في الاعتبار شدة الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من المصابيح، ونفاذية الأشعة فوق البنفسجية (UVT) للماء أو الهواء أو السطح (إن أمكن) ومقدار الوقت الذي تتعرض فيه المادة التي يتم تطهيرها لضوء الأشعة فوق البنفسجية.

طيف الأشعة فوق البنفسجية

يحتل الضوء فوق البنفسجي نطاقًا ضيقًا جدًا من الطيف الكهرومغناطيسي، وحتى بعد ذلك ينقسم إلى أطوال موجية مختلفة أقصر من الضوء المرئي.

الأشعة فوق البنفسجية أ: الموجات الطويلة (315 - 400 نانومتر) الأشعة فوق البنفسجية هي الأقل ضررًا ولكنها يمكن أن تساهم في شيخوخة الجلد وتلف الحمض النووي. تستخدم مصابيح UV-A لمعالجة الأحبار والمواد اللاصقة والطلاءات.

الأشعة فوق البنفسجية – ب: الموجات المتوسطة (280 – 315 نانومتر) الأشعة فوق البنفسجية أكثر خطورة وهي المسؤولة عن حرق الجلد. تُستخدم مصابيح الأشعة فوق البنفسجية فئة B أيضًا في معالجة الأحبار، وخاصة الطلاء الشفاف وطبقات الحبر الرقيقة.

الأشعة فوق البنفسجية - ج: الموجات القصيرة (100 - 280 نانومتر) الأشعة فوق البنفسجية هي الأكثر ضررًا وتستخدم لتطهير الماء والهواء لأنها يمكن أن تجعل الكائنات الحية الدقيقة غير ضارة.

الخامس: (400 – 700 نانومتر) الضوء المرئي من اللون البنفسجي – أقصر طول موجي يمكن رؤيته بأعيننا – حتى اللون الأحمر، وهو أطول طول موجي مرئي قبل الأشعة تحت الحمراء.

مزايا الضوء فوق البنفسجي في تطبيقات التطهير

يتمتع الضوء فوق البنفسجي بالعديد من المزايا مقارنة بالطرق التقليدية لتطهير الأسطح والهواء والماء:

لا تتطلب غالبية أنظمة التطهير المعتمدة على الأشعة فوق البنفسجية أي مواد كيميائية، فقط الجرعة الصحيحة من المصابيح - اعتمادًا على التطبيق، قد تستمر بعض العمليات في استخدام المواد الكيميائية ولكن بكميات أقل بكثير.

لا توجد مواد كيميائية سامة أو منتجات ثانوية مسرطنة متبقية عند استخدام عمليات التطهير المعتمدة على الأشعة فوق البنفسجية.

غالبًا ما تكون أنظمة التطهير بتقنية الأشعة فوق البنفسجية أصغر حجمًا وأسهل في الاستخدام من الأنظمة التقليدية، مع رأسمال وتكاليف تشغيلية ميسورة التكلفة.

لا يغير الضوء فوق البنفسجي طعم السائل أو الطعام، وهو ما يمكن أن يحدث مع المعالجات الكيميائية أو الحرارية.

غالبًا ما تكون مصابيح الأشعة فوق البنفسجية وأنظمة التطهير الخاصة بها أكثر أمانًا للموظفين الذين يستخدمونها من الأنظمة الكيميائية، مما يلغي الحاجة إلى إنتاج وتخزين ونقل المواد الكيميائية الخطرة والتي قد تكون سامة.

مصابيح الأشعة فوق البنفسجية لها استخدام واسع النطاق. ويمكن استخدامها في العمليات للمساعدة في تعطيل الحمض النووي للبكتيريا والعفن والجراثيم والفيروسات.

تعمل محاليل التطهير بالأشعة فوق البنفسجية على تعطيل مسببات الأمراض التي طورت مقاومة للكلور والمواد الكيميائية الأخرى، مثل الكريبتوسبوريديوم.