É o solvente mais utilizado em qualquer ambiente de laboratório e, portanto, a qualidade dessa água é fundamental para experimentos e processos centrais. Os purificadores de ponto de uso são agora 75% de um mercado global de aproximadamente US$ 480 milhões para água de laboratório ultrapure. Esses sistemas utilizam uma combinação de tecnologias, incluindo destilação, osmose reversa, ultrafiltração, desinfecção e desinfecção UV para a criação de água tipo 1, 2 e 3 e variam de sistemas grandes e centralizados a pequenas unidades de polimento de bancada.
Tradicionalmente, esses sistemas têm usado lâmpadas de mercúrio para fornecer energia UVC para desinfecção. Agora, leDs ultravioleta profundos (UVC) estão emergindo como uma tecnologia viável que oferece uma alternativa compacta, eficiente em energia e verde. Uma vez que este não é um simples substituto plug-and-play para sistemas baseados em lâmpadas, novas maneiras de calcular a saída de energia necessária são necessárias. Ao entender o impacto da emissão espectral de LED nos espectros de ação de micróbios, os engenheiros podem desenvolver soluções de última geração para produzir água de laboratório de nível premium.
LeDs UVC fornecem comprimentos de onda germicidas ideais
Na desinfecção uv, a luz na faixa de 250 nm - 280 nm é mais eficaz na inativação do DNA de microrganismos. Os projetistas de sistemas de água de laboratório normalmente dependem de lâmpadas de arco de mercúrio de baixa pressão para acessar esta faixa germicidal, que emite uma única saída a 253,7 nm. A Figura 1 mostra que a linha de emissão de lâmpadas de mercúrio de baixa pressão cruza a curva típica de absorção de DNA abaixo do pico de absorção. Embora este não seja o comprimento de onda germicidal ideal, há emissão suficiente para a inativação do DNA.
Comparação de fontes leves.png; Legenda: Comparação espectral de lâmpada de mercúrio de baixa pressão versus LED em relação à curva típica de absorção de DNA.
A emissão espectral contínua do LED UVC proporciona mais sobreposição dos comprimentos de onda mais críticos para a desinfecção, tornando-se uma fonte de energia UVC mais eficiente para esses sistemas. No entanto, essas diferenças nos espectros de emissões requerem uma nova metodologia para explicar a eficácia da desinfecção.
Determinando o poder germicidal dos LEDs UVC
Engenheiros de P&D e designers de produtos que avaliam os LEDs UVC precisam de uma abordagem sistemática para especificar e comparar a saída de energia útil de desinfecção. Da mesma forma que os lúmens, a quantidade total de luz visível emitida por uma fonte, fornecem uma medida universal de brilho, a especificação mais útil para aplicações de desinfecção baseia-se na identificação da saída de energia útil para a inativação de patógenos. Isso é conhecido como o poder germicidal.
O método mais preciso para especificar o poder germicidal requer primeiro conhecer o patógeno específico a ser inativado e, em seguida, determinar seu espectro de ação (ou seja, o perfil único de sensibilidade do patógeno por comprimento de onda). O produto cruzado deste espectro com os espectros de emissão da fonte UV específica determina seu poder germicidal.
Diferenças na suscetibilidade do comprimento de onda
Embora a suscetibilidade de um patógeno à energia UVC varie, o pico de absorção de energia UVC é geralmente entendido como em algum lugar na faixa de 265-270 nm. A Figura 2 mostra o espectro de ação para três patógenos comuns ou que desafiam os patógenos utilizados no projeto dos sistemas de desinfecção da água.
Espectros de ação de micróbios comuns de alvo/desafio na desinfecção da água. O espectro de ação de B. Subtillis definido pelo Padrão ÖNORM; E. coli como descrito em Uma revisão das lâmpadas UV por Henk F. J. I. Giller, em WEF 2000; e MS2 como encontrado em This Way Forward: Abordando preocupações de viés de espectro de ação em reatores UV de pressão média, Bryan Townsend, et al.
Embora todos esses patógenos apresentem absorção máxima em aproximadamente 265 nm, há variação na sensibilidade a comprimentos de onda discretos. A Tabela 1 ilustra essa diferença na suscetibilidade do comprimento de onda com base em sua sensibilidade espectral. Multiplicando a emissão de diodos UVC pela ponderação, os engenheiros de P&D podem determinar a saída de energia em termos da energia disponível para desinfecção do patógeno específico (ou seja, o poder germicidal da fonte de luz).
Comprimento de onda | Ponderação para B. subtillis | Ponderação para E. coli | Ponderação para 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 |
Aplicação de poder germicidal para produção comercial
À medida que a adoção do mercado para LEDs UVC cresce, o número de provedores também está aumentando. Isso apresenta mais opções para OEMs, mas também destaca a variação nas especificações dos fabricantes. Durante o desenvolvimento ou design do produto, pode ser a preferência do engenheiro observar os espectros de LEDs discretos para avaliar os critérios de desempenho ideais. No entanto, os fabricantes de alto volume estão solicitando uma abordagem mais sistemática para especificação da potência de saída germicida. Essa abordagem de convolução (normalização da saída de LED em termos de potência germicidal) tem esse efeito desejado. Embora sistemas microbiológicos complexos não ofereçam uma abordagem única que atenda a todas as necessidades, este é um avanço na simplificação que permite ao engenheiro criar projetos sustentáveis para a fabricação.
Os LEDs UVC de alto desempenho permitem que os fabricantes migrem de lâmpadas de mercúrio para soluções de estado sólido. Testes de sistemas baseados em LED UVC confirmaram eficácia germicida de mais de 99,99%, deixando pouca dúvida de que essas fontes de energia compactas e duráveis são uma alternativa legítima aos sistemas baseados em lâmpadas de mercúrio de baixa pressão.
Os inovadores do sistema de água de laboratório reconhecem os LEDs UVC como uma solução viável para o desenvolvimento de sistemas ambientalmente corretos e econômicos sem sacrificar a qualidade da água em laboratório.
Escrito por Mark Pizzuto, Diretor de Gerenciamento de Produtos — Desinfecção, Crystal IS.
