Det är det mest använda lösningsmedlet i någon laboratoriemiljö och därför är vattnets kvalitet avgörande för experiment och kärnprocesser. Användningsanläggningar är nu 75% av en global marknad på cirka 480 miljoner dollar för ultrarent labvatten. Dessa system använder en kombination av teknik, inklusive destillation, omvänd osmos, ultrafiltrering, avjonisering och UV-desinfektion för att skapa typ 1, 2 och 3 vatten och sträcker sig från stora, centraliserade system till små bänkskivor.
Traditionellt har dessa system använt kvicksilverlampor för att leverera UVC -energi för desinfektion. Nu dyker ultravioletta (UVC) lysdioder fram som en livskraftig teknik som erbjuder ett kompakt, energieffektivt, grönt alternativ. Eftersom detta inte är en enkel plug-and-play-ersättning för lampbaserade system, krävs nya sätt att beräkna erforderlig effekt. Genom att förstå effekten av LED-spektralemissionen på mikrobeaktionsspektra kan ingenjörer utveckla nästa generations lösningar för att konsekvent producera labvatten av högsta kvalitet.
UVC -lysdioder ger optimala bakteriedödande våglängder
Vid UV -desinfektion är ljus i intervallet 250 nm - 280 nm mest effektivt för att inaktivera mikroorganismernas DNA. Labvattensystemdesigners har vanligtvis förlitat sig på lågtrycks kvicksilverbågslampor för att komma åt detta bakteriedödande område, som avger en enda effekt vid 253,7 nm. Figur 1 visar att utsläppsledningen för lågtrycks kvicksilverlampa skär den typiska DNA-absorptionskurvan under toppabsorptionen. Även om detta inte är den optimala bakteriedödande våglängden, finns det tillräckligt med utsläpp för DNA -inaktivering.
Light Source Comparison.png; Bildtext: Spektral jämförelse av lågtrycks kvicksilverlampa mot LED i förhållande till typisk DNA -absorptionskurva.
UVC -LED: s kontinuerliga spektralemission ger mer överlappning av de mest kritiska våglängderna för desinfektion, vilket gör den till en mer effektiv UVC -energikälla för dessa system. Dessa skillnader i emissionsspektra kräver emellertid en ny metod för att redogöra för desinfektionseffektivitet.
Bestämning av den bakteriedödande effekten hos UVC -lysdioder
R& D -ingenjörer och produktdesigners som utvärderar UVC -lysdioder behöver ett systematiskt tillvägagångssätt för att specificera och jämföra användbar desinfektionseffekt. På samma sätt som lumen, den totala mängden synligt ljus som avges av en källa, ger ett universellt mått på ljusstyrka, är den mest användbara specifikationen för desinfektionsapplikationer baserad på att identifiera den effekt som är användbar för inaktivering av patogener. Detta är känt som den bakteriedödande kraften.
Den mest exakta metoden för att specificera bakteriedödande effekt kräver först att känna till den specifika patogenen som ska inaktiveras och sedan bestämma dess åtgärdsspektrum (dvs patogenens unika profil av känslighet efter våglängd). Korsprodukten av detta spektrum med emissionsspektra för den specifika UV -källan bestämmer dess bakteriedödande effekt.
Skillnader i våglängdskänslighet
Medan mottagligheten för en patogen för UVC-energi varierar, är UVC-toppabsorptionen i allmänhet uppenbarligen någonstans i området 265-270 nm. Figur 2 visar åtgärdsspektra för tre vanliga mål- eller utmaningspatogener som används vid konstruktion av vattendesinfektionssystem.
Åtgärdsspektra för vanliga mål/utmaningsmikrober vid vattendesinfektion. Handlingsspektrumet för B. Subtillis enligt definitionen i ÖNORM -standarden; E. coli som beskrivs i En översyn av UV -lampor av Henk FJI Giller, i WEF 2000; och MS2 som finns i This Way Forward: Addressing Action Spectra Bias Concerns In Medium Pressure UV Reactors, Bryan Townsend, et al.
Även om dessa patogener alla uppvisar toppabsorption vid ungefär 265 nm, finns det variation i känsligheten för diskreta våglängder. Tabell 1 illustrerar denna skillnad i våglängdskänslighet baserat på deras spektralkänslighet. Genom att multiplicera utsläppet av UVC -dioder med vägningen kan R& -D -ingenjörer bestämma effekteffekten i termer av den tillgängliga effekten för desinfektion av den specifika patogenen (dvs. ljuskällans bakteriedödande effekt).
Våglängd | Viktning för B. subtillis | Viktning för E. coli | Viktning för 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 |
Tillämpning av bakteriedödande kraft för kommersiell produktion
I takt med att marknadsanpassning för UVC -lysdioder växer ökar också antalet leverantörer. Detta ger fler val för OEM -tillverkare, men belyser också variation i tillverkarnas produktspecifikationer. Under produktutveckling eller design kan det vara ingenjörens preferens att observera spektra för diskreta lysdioder för att jämföra optimala prestandakriterier. Tillverkare med hög volym begär dock ett mer systematiskt tillvägagångssätt för specifikation av bakteriedödande uteffekt. Detta tillvägagångssätt för konvolvering (normalisering av LED -utmatning när det gäller bakteriedödande effekt) har den önskade effekten. Medan komplexa mikrobiologiska system inte erbjuder en enda metod som passar alla behov, är detta ett steg framåt i förenklingen som gör att ingenjören kan skapa hållbara konstruktioner för tillverkbarhet.
Högpresterande UVC-lysdioder tillåter tillverkare att migrera från kvicksilverlampor till solid-state-lösningar. Testning av UVC LED-baserade system har bekräftat bakteriedödande effekt på mer än 99,99%, vilket lämnar liten tvekan om att dessa kompakta, hållbara energikällor är ett legitimt alternativ till sittande lågtrycks kvicksilverlampbaserade system.
Labvattensysteminnovatörer erkänner UVC -lysdioder som en livskraftig lösning för att utveckla miljövänliga, kostnadseffektiva system utan att göra avkall på labvattnets vattenkvalitet.
Skrivet av Mark Pizzuto, chef för produktledning - desinfektion, Crystal IS.
