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来自 ILS 的用于消毒和灭菌的紫外 LED

KamillaAliakhmet
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随着 COVID-19 大流行病持续蔓延,人们对紫外线(UV)技术在消毒和灭菌方面的认识大大增加。虽然早在 100 多年前紫外线的杀菌效果就已经被认可,但现在看来,我们比以往任何时候都更需要利用这项技术来帮助阻止病毒的传播。

在选择紫外线技术进行消毒和灭菌时,客户有两种选择:LED 和灯。在过去,汞灯是唯一可用的技术。然而,近年来,紫外 LED 领域一直在发展,出现了紧凑的、电池供电型消毒系统。

遗憾的是,紫外线的杀菌效果仅限于特定的波长范围。根据国际紫外线协会(IUVA)的研究,最能有效对抗水和空气中细菌的紫外线光谱范围介于 200nm 和 300nm 之间。这对应于 UV-C 以及部分 UV-B 范围,也就是人们常说的“杀菌紫外线”光。在这个范围内,紫外线可以穿透微生物的细胞,破坏它们的 DNA,从而消除它们繁殖和致病的能力。

 

电磁波谱

在这里,我们还需要定义消毒和灭菌之间的区别。消毒涉及减少病原体的数量,而灭菌过程则是杀死所有微生物。UV 系统设计人员通常用减少病菌的对数来衡量杀菌效果,即 1-log = 90%,2-log = 99%,3-log = 99.9% 等。

但消毒和灭菌的最佳波长是多少?

这个问题没有简单的答案,因为这与要消灭的细菌、病毒或其他病原体的类型有关。每种微生物都有一个相关的作用谱,该谱图以图形的形式展示了它们在不同波长下对紫外线的吸收程度。在大多数文献中,作用谱被称为“杀菌效果曲线”。该曲线的峰对应于完全灭活,并且对于每种病原体来说往往都是唯一的。例如,灭活大肠杆菌的峰值波长 [1] 被证明约为 265nm,而枯草芽孢杆菌 [2] 和小隐孢子虫卵囊 [3] 则分别需要 270nm 和 271nm。此外,介质(水、空气或表面)中可能存在多种类型的病原体。

 

与 265nm UV-C LED 相比的大肠杆菌的杀菌效果曲线(摘自《紫外线杀菌照射手册》,图 5.5

什么会影响紫外线消毒的效果?

简而言之:波长和紫外线剂量。让我来解释一下原因。

在一定时间内,对特定区域进行消毒的紫外线照射量称为紫外线剂量。紫外线剂量是紫外线强度和照射时间的函数。该参数通常以 mJ/cm2 为单位,并且在不同的细菌之间有很大的差异。IUVA 在这篇综述中公布了对各种细菌、原生动物、病毒和藻类进行 4-log 灭活所需剂量的完整清单。

各种细菌 4 log 灭活所需的紫外线剂量

紫外线的强度取决于光源的输出功率。但是,光源的杀菌功率可能低于 LED 产生的功率。为了最准确地估计杀菌功率的值,建议将设备的输出光谱与单个细菌的杀菌效果曲线进行比较。

照射时间因应用而异。例如,静态系统(表面或积水杀菌)比动态系统(循环空气或流水杀菌)的照射时间更长。同等剂量可以通过增加照射时间和降低光强度来实现。

如果这听起来有些混乱,那么让我们来看一下智能 LED 解决方案(ILS)的紫外 LED 的一些实例。

ILS 提供了多种基于 TSLC N3535 和 N5050 系列紫外 LED 的 UVB 和 UVC LED 解决方案。首先,它们根据三个不同的波长范围进行了分类:260-270nm、270-290nm 和 300-320nm。如前所述,紫外线消毒的杀菌效果取决于光源的波长和输出功率。由于可以选择最佳的波长范围,设计人员可以更加灵活地满足所需消毒效果的功率要求。此外,还有三种不同的主透镜(60°、90°或 130°)可供选择,它们可控制目标区域上的光分布。最后,对于那些可以延长照射时间的应用,大多数型号(PowerStar 除外)都具有等效的低功率替代产品。

紧凑型 UV LEDiL 选择器在 350mA 的电流下可为三个波长范围和光束角度提供 25-60mW 的辐射功率。该光源可与 LEDiL 透镜一起使用,将更远距离的光线聚焦到感兴趣的区域。UV LEDiL 选择器与 ROSE(201-7701)透镜兼容。这些透镜由光学级有机硅制成,可以承受 UV-B 和 UV-A 波长范围内的紫外线。  

 

UVB 和 UVC N3535 UV LEDiL 选择器

 

UV LEDiL 选择器

λ (nm)

透镜

MPN

RS 库存号

最小辐射功率(mW@ 350mA

260nm

±60° lens

ILR-XN01-S260-LEDIL-SC201

(201-7457)

25mW

270nm

±60° lens

ILR-XN01-S270-LEDIL-SC201.

(201-7458)

40mW

300nm

±60° lens

ILR-XN01-S300-LEDIL-SC201.

(201-7459)

60mW

260nm

±90° lens

ILR-XO01-S260-LEDIL-SC201.

(201-7461)

25mW

270nm

±90° lens

ILR-XO01-S270-LEDIL-SC201.

(201-7473)

40mW

300nm

±90° lens

ILR-XO01-S300-LEDIL-SC201.

(201-7474)

60mW

260nm

±130° lens

ILR-XP01-S260-LEDIL-SC201.

(201-7475)

25mW

270nm

±130° lens

ILR-XP01-S270-LEDIL-SC201.

(201-7477)

40mW

300nm

±130° lens

ILR-XP01-S300-LEDIL-SC201.

(201-7478)

60mW

 

同样,采用 PowerStar 配置(201-7445)的 N5050U 单芯片紫外 LED 的光源解决方案也可用于 270 至 290nm 的波长范围。独特的 PCB 形状设计符合行业标准 Zhaga 封装,使该光源与各种散热器和支架兼容。

N5050 Power Star

诸如 UV LEDiL 选择器之类的单封装 LED 可能无法产生足够的光功率来满足大面积消毒的要求。四个或四个以上的 LED 组更适合这个目的。4 个 UV SCOB 支持 100-240mW 的辐射功率,并与 LEDiL 的 ALISE(201-7691)反射镜和 ZORYA(201-7703)透镜兼容。PCB 由高反射率但又具有成本效益的材料(铝)制成,而透镜则可在狭窄的空间内实现均匀的光分布。

N3535 UV 4 SCOB

4 UV SCOBs

λ (nm)

Lens

MPN

RS 库存号

最小辐射功率(mW@ 350mA

260nm

±60° lens

ILO-XN04-S260-SC201

(201-7462)

100mW

270nm

±60° lens

ILO-XN04-S270-SC201

(201-7463)

160mW

300nm

±60° lens

ILO-XN04-S300-SC201

(201-7464)

240mW

260nm

±90° lens

ILO-XO04-S260-SC201

(201-7468)

100mW

270nm

±90° lens

ILO-XO04-S270-SC201

(201-7469)

160mW

300nm

±90° lens

ILO-XO04-S300-SC201

(201-7470)

240mW

260nm

±130° lens

ILO-XP04-S260-SC201

(201-7439)

100mW

270nm

±130° lens

ILO-XP04-S270-SC201

(201-7440)

160mW

300nm

±130° lens

ILO-XP04-S300-SC201

(201-7441)

240mW

 

最大的 UV SCOB 组包含 9 个 LED,可在 1050mA 电流下提供 225-540mW 的功率。ALISE 和 ZORYA 也是此光源的理想选择,但需要使用 ALISE(201-7676)(201-7680)反射镜的大直径版本除外。

N3535 UV 9 SCOB

9 UV SCOBs

λ (nm)

Lens

MPN

RS 库存号

最小辐射功率(mW@ 1050mA

260nm

±60° lens

ILO-XN09-S260-SC201

(201-7465)

225mW

270nm

±60° lens

ILO-XN09-S270-SC201

(201-7466)

360mW

300nm

±60° lens

ILO-XN09-S300-SC201

(201-7467)

540mW

260nm

±90° lens

ILO-XO09-S260-SC201

(201-7471)

225mW

270nm

±90° lens

ILO-XO09-S270-SC201

(201-7472)

360mW

300nm

±90° lens

ILO-XO09-S300-SC201

(201-7438)

540mW

260nm

±130° lens

ILO-XP09-S260-SC201

(201-7442)

225mW

270nm

±130° lens

ILO-XN09-S260-SC201

(201-7443)

360mW

300nm

±130° lens

ILO-XN09-S270-SC201

(201-7444)

540mW

 

最后,还值得一提的是,带有 12 个 LED 的 UV VIOLET 灯条可提供高达 720mW 的辐射功率,并适合 LEDiL 的 VIOLET(201-7709)透镜阵列。VIOLET 透镜阵列的透镜和金属框架由高抗紫外线材料制成。

UV VIOLET strip

LEDiL 的 VIOLET 透镜阵列

UV VIOLET  灯条

λ (nm)

Lens

MPN

RS 库存号

最小辐射功率(mW@ 350mA

260nm

±60° lens

ILS-XN12-S260-0280-SC201-W2

(201-7483)

300mW

270nm

±60° lens

ILS-XN12-S270-0280-SC201-W2

(201-7484)

480mW

300nm

±60° lens

ILS-XN12-S300-0280-SC201-W2

(201-7485)

720mW

260nm

±90° lens

ILS-XO12-S260-0280-SC201-W2

(201-7486)

300mW

270nm

±90° lens

ILS-XO12-S270-0280-SC201-W2

(201-7487)

480mW

300nm

±90° lens

ILS-XO12-S300-0280-SC201-W2

(201-7488)

720mW

260nm

±130° lens

ILS-XP12-S260-0280-SC201-W2

(201-7489)

300mW

270nm

±130° lens

ILS-XP12-S270-0280-SC201-W2

(201-7490)

480mW

300nm

±130° lens

ILS-XP12-S300-0280-SC201-W2

(201-7491)

720mW

 

为了完善 UV-C 消毒解决方案,请考虑使用欧司朗ILS 提供的大量 LED 驱动器。

紫外线消毒系统的设计是一个复杂的过程,包含许多变量。对于与设计相关的特定问题,我们想请您直接与我们的合作伙伴联系:智能 LED 解决方案(ILS)

免责声明:DesignSpark/RS Components/ILS 没有找到科学证据证明 UVC LED 对 COVID-19 的功效。请参阅 IUVA 的这份事实表,了解他们的专家意见。

[1] IESNA. 2000. 照明手册:参考与应用 IESNA HB-9-2000。纽约:北美照明工程学会。

[2] Waites WM,Harding SE,Fowler DR,Jones SH,Shaw D,Martin M.,1988.过氧化氢和紫外线的共同作用对枯草芽孢杆菌孢子的破坏. Lett Appl Microbiol 7:139–140

[3] Linden KG. 2001.紫外线波长对水中隐孢子虫卵囊灭活效果的比较.Wat Sci Technol 34(12):171–174。

I am an electronics engineer who is passionate about technology. In my spare time, I like travelling, blogging and learning new languages. よろしくお願いします.

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