Det er det mest brukte løsningsmidlet i ethvert laboratoriemiljø, og derfor er kvaliteten på vannet avgjørende for eksperimenter og kjerneprosesser. Bruksstedsrensere er nå 75% av et omtrent $ 480 millioner globalt marked for ultrarent laboratorievann. Disse systemene bruker en kombinasjon av teknologier, inkludert destillasjon, omvendt osmose, ultrafiltrering, deionisering og UV-desinfeksjon for opprettelse av type 1, 2 og 3 vann og spenner fra store, sentraliserte systemer til små, benk-topp poleringsenheter.
Tradisjonelt har disse systemene brukt kvikksølvlamper for å levere UVC-energi til desinfeksjon. Nå dukker dype ultrafiolette (UVC) lysdioder opp som en levedyktig teknologi som tilbyr et kompakt, energieffektivt, grønt alternativ. Siden dette ikke er en enkel plug-and-play-erstatning for lampebaserte systemer, er det nødvendig med nye måter å beregne ønsket utgangseffekt på. Ved å forstå virkningen av LED-spektralutslippet på mikrobehandlingsspektra, kan ingeniører utvikle neste generasjons løsninger for konsekvent å produsere førsteklasses laboratorievann.
UVC-lysdioder gir optimale bakteriedreide bølgelengder
Ved UV-desinfeksjon er lys i området 250 nm - 280 nm mest effektiv til å inaktivere MIKROORGANISMER DNA. Lab vannsystem designere har vanligvis stolt på lavtrykk kvikksølv bue lamper for å få tilgang til denne bakteriedreidal rekkevidde, som avgir en enkelt utgang på 253.7 nm. Figur 1 viser at utslippslinjen for kvikksølvlampen med lavt trykk krysser den typiske DNA-absorpsjonskurven under toppabsorpsjonen. Selv om dette ikke er den optimale bakteriebølgelengden, er det tilstrekkelig utslipp for DNA-inaktivering.
Sammenligning av lyskilde.png; Bildetekst: Spektral sammenligning av lavtrykk kvikksølvlampe versus LED i forhold til typisk DNA-absorpsjonskurve.
Uvc-LED-lampens kontinuerlige spektralutslipp gir mer overlapping av de mest kritiske bølgelengdene for desinfeksjon, noe som gjør den til en mer effektiv UVC-energikilde for disse systemene. Disse forskjellene i utslippsspektra krever imidlertid en ny metodikk for å ta hensyn til desinfeksjonseffektivitet.
Bestemme bakteriedrepende kraft av UVC-lysdioder
FoU-ingeniører og produktdesignere som evaluerer UVC-lysdioder, trenger en systematisk tilnærming til å spesifisere og sammenligne nyttig desinfeksjonseffekt. På samme måte som lumen, den totale mengden synlig lys som slippes ut av en kilde, gir et universelt mål på lysstyrke, er den mest nyttige spesifikasjonen for desinfeksjonsapplikasjoner basert på å identifisere utgangseffekten som er nyttig for å inaktivere patogener. Dette er kjent som bakteriedrepende kraft.
Den mest nøyaktige metoden for å spesifisere bakteriedrepende kraft krever først å vite det spesifikke patogenet som skal inaktiveres og deretter bestemme handlingsspekteret (dvs. patogenets unike profil av følsomhet ved bølgelengde). Kryssproduktet av dette spektraet med utslippsspektraet til den aktuelle UV-kilden bestemmer dens bakteriedrepende kraft.
Forskjeller i bølgelengde følsomhet
Mens følsomheten til et patogen til UVC-energi varierer, er toppen UVC energiabsorpsjon generelt forstått å være et sted i 265-270 nm-serien. Figur 2 viser virkningsspektra for tre vanlige mål eller utfordrer patogener som brukes i utformingen av vanndesinfeksjonssystemer.
Virkningsspektra av vanlige mål/utfordringsmikrober ved vanndesinfeksjon. Handlingsspekteret til B. Subtillis som definert av ÖNORM Standard; E. coli som skissert i En gjennomgang av UV-lamper av Henk F. J. I. Giller, i WEF 2000; og MS2 som finnes i This Way Forward: Adressere actionspektra bias bekymringer i middels trykk UV-reaktorer, Bryan Townsend, et al.
Selv om disse patogenene alle presenterer toppabsorpsjon på omtrent 265 nm, er det variasjon i følsomheten for diskrete bølgelengder. Tabell 1 illustrerer denne forskjellen i bølgelengdefølsomhet basert på deres spektrale følsomhet. Ved å multiplisere utslippet av UVC-dioder ved vekting, kan FoU-ingeniører bestemme utgangseffekten når det gjelder kraften som er tilgjengelig for desinfeksjon av det spesifikke patogenet (dvs. lyskildens bakteriedrepende kraft).
Bølgelengde | Vekting for B. subtillis | Vekting for E. coli | Vektlegging for 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 |
Påføring av bakteriekraft til kommersiell produksjon
Etter hvert som markedsadopsjon for UVC-lysdioder vokser, øker også antall leverandører. Dette gir flere valg for OEMer, men fremhever også variasjon i produsentens produktspesifikasjoner. Gjennom produktutvikling eller design kan det være teknikerens preferanse å observere spektra av diskrete lysdioder for å måle optimale ytelseskriterier. Produsenter med høyt volum ber imidlertid om en mer systematisk tilnærming for spesifikasjon av bakteriedrepende utgangseffekt. Denne tilnærmingen til konvolusjon (normalisering av LED-utgang når det gjelder bakteriedrepende kraft) har den ønskede effekten. Selv om komplekse mikrobiologiske systemer ikke tilbyr noen enkelt tilnærming som passer til alle behov, er dette et skritt fremover i forenkling som gjør det mulig for ingeniøren å skape bærekraftige design for manufacturability.
UVC-lysdioder med høy ytelse gjør det mulig for produsenter å migrere fra kvikksølvlamper til solid state-løsninger. Testing av UVC LED-baserte systemer har bekreftet bakteriedreid effekt på mer enn 99,99%, noe som gir liten tvil om at disse kompakte, holdbare energikildene er et legitimt alternativ til sittende lavtrykks kvikksølvlampebaserte systemer.
Lab vannsysteminnovatører anerkjenner UVC-lysdioder som en levedyktig løsning for å utvikle miljøvennlige, kostnadseffektive systemer uten å ofre laboratorievannkvalitet.
Skrevet av Pizzuto, direktør for produktstyring – desinfeksjon, Crystal IS.
