Изучение бактерицидного действия ультрафиолетовой радиации

Наиболее экономичным и удобным способом обеззараживания объектов внешней среды является применение ламп БУВ (лампы бактерицидные из увиолевого стекла). Лампы БУВ являются источниками УФ-излучения области С. Они применяются только для обеззараживания объектов внешней среды: воздуха, воды, предметов (посуды, игрушек), пищевых продуктов, лекарственных препаратов.

Существует два метода санации воздуха помещений лампами БУВ: в присутствии людей в помещении и в их отсутствии. При этом производится оценка микробного обсеменения воздуха и эффекта его обеззараживания.

Для бактериологического анализа воздуха с учетом количества микробов в 1 м³ используют аппарат Кротова. Принцип определения основан на контакте воздуха с питательной средой чашки Петри. Прибор имеет цилиндр, внутри которого находится центробежный вентилятор. С помощью вентилятора воздух всасывается внутрь прибора через клиновидную щель, расположенную над чашкой Петри. Столик с чашкой медленно вращается для равномерного посева.

При определении общего бактериального обсеменения через прибор пропускается 50 литров воздуха в течение 2 минут. При работе в сильно загрязненном воздухе время экспозиции уменьшают, при слабом загрязнении увеличивают.

Искусственные источники УФ излучения

На практике применяют три типа искусственных источников ультрафиолетового излучения.

1. Эритемные люминисцентные лампы (ЛЭ, ЭУВ) – источники ультрафиолетового излучения области А и В. Максимум излучения лампы – область В (313 нм). Лампа применяется для профилактического и лечебного облучения детей. Изготавливается лампа ЭУВ из специального сорта стекла (увиолевого), хорошо пропускающего УФ излучение. Изнутри трубка лампы покрыта люминофором (фосфатом кальция, активированным талием) и заполнена дозированным количеством ртути с инертным газом при давлении в несколько миллиметров ртутного столба.

Лампы ЭУВ выпускают мощностью 15 Вт (ЭУВ-15) и 30 Вт (ЭУВ-30).

2. Прямые ртутно-кварцевые лампы (ПРК) или дуговые ртутно-кварцевые лампы (ДРТ) являются мощными источниками излучения в ультрафиолетовых областях А, В, С и видимой части спектра.

Максимум излучения лампы ПРК находится в областях В (25% всего излучения) и С (15% всего излучения). В связи с этим лампы ПРК применяют как для облучения людей профилактическими и лечебными дозами, так и обеззараживания объектов внешней среды (воздуха, воды и т.д.).

Лампы ПРК для облучения людей применяют с особой осторожностью, так как значительные количества УФ излучения области С могут приводить к поражению слизистой глаз (фотоофтальмии), изменению состава крови и т.п. Время облучения и расстояние до лампы строго дозируют, глаза облучаемых лиц и персонала защищают темными стеклянными очками. Лампа ПРК изготавливается из кварцевого стекла, заполняется дозированным количеством ртути и аргона. В настоящее время применяются лампы ПРК трех типов: ПРК-2 (375 Вт), ПРК-4 (220 Вт), ПРК-7 (1000 Вт).

Для ламп ПРК разработаны два типа облучателей маячного типа:

а) облучатель ртутно-кварцевый большой (для ламп ПРК-7). Его стойка имеет постоянную высоту.

б) облучатель ртутно-кварцевый малый (для ламп ПРК-2 и ПРК-4). Его стойка может быть разной высоты.

3. Бактерицидные лампы из увиолевого стекла (БУВ) являются источниками УФ излучения области С. Максимум излучения ламп БУВ составляет 254 нм. Они применяются только для обеззараживания объектов внешней среды: воздуха, воды, предметов (посуды, игрушек).

Излучение ламп БУВ дозируют тщательно, так как коротковолновое УФ излучение обладает значительным абиотическим действием. Глаза защищают стеклянными очками для профилактики фотоофтальмии. Лампы БУВ заполняются аргоном с дозированным количеством ртути при давлении 10 мм рт. ст.

Производят лампы мощностью 15 Вт (БУВ-15), 30 Вт (БУВ-30), 60 Вт (БУВ-60) и 30 Вт с повышенной плотностью тока (БУВ-30П). Для ламп БУВ разработана специальная экранирующая аппаратура, направляющая лучи так, чтобы включенная лампа не была видна стоящему человеку. Арматура сокращает бактерицидную облученность в зоне нахождения людей в помещении и предохраняет глаза от прямого облучения.

В настоящее время существует экранизирующая арматура двух видов: облучатели НБО или ПБО и комбинированные облучатели, предназначенные для осветительных люминисцентных ламп и ламп БУВ.

Использование искусственного длинноволнового УФ излучения для облучения людей.

Светооблучательные установки. Существуют два вида облучательных установок: длительного и кратковременного действия.

Первый метод облучения состоит в том, что обычное (или улучшенное) искусственное освещение внутри помещения насыщается ультрафиолетовыми лучами с помощью источников УФ излучения. Все находящиеся в помещении люди облучаются в течение всего времени пребывания в нем УФ потоком небольшой интенсивности (светооблучательные установки).

Эритемными светооблучательными установками называются осветительные установки, в которых помимо люминисцентных и обычных ламп накаливания вмонтированы ультрафиолетовые лампы ЭУВ.

Их используют: в детских учреждениях, лечебно-профилактических учреждениях, жилых домах (общежитиях) севернее 60° с.ш., спортивных залах, в производственных помещениях без естественного света. Длительность работы установки зависит от светового климата: для северных районов – с 1 октября по 1 апреля; для средних – с 1 декабря по 1 апреля. Люди находятся в помещениях в обычной одежде, открытыми остаются лицо, шея и руки. Облучатели устанавливают на потолке или стене, на уровне 2,5 м от пола. Длительность облучения зависит от времени использования данного помещения (в классах школ 4-6 часов, в детских садах 6-8 часов и т.д.) УФ облучение делают в биодозах.

Определение биодозы взрослого человека. Пороговой эритемной дозой, или биодозой, называется количество эритемного облучения, которое вызывает едва заметное покраснение (эритему) на коже незагорелого человека спустя 6-10 ч после облучения. Эта доза непостоянна: она зависит от пола, возраста, состояния здоровья и других индивидуальных особенностей человека. Биодоза устанавливается экспериментально у каждого индивидуума или выборочно у наиболее ослабленных лиц, которые будут подвергаться облучению. Ее определяют с помощью биодозиметра тем же источником искусственного УФ излучения, который будет использован для профилактического облучения (лампы ЭУВ или ПРК). Для профилактики ультрафиолетовой недостаточности здоровым людям необходимо ежедневно получать 1/10 – ¼ биодозы.

Расчет необходимого количества светооблучательных установок с лампами ЭУВ. Количество эритемных люминесцентных ламп определяют по графику, в том случае, если профилактическая доза составляет 1/10 биодозы. В остальных случаях нужное количество ламп ЭУВ определяется по формулам.

F_уст=5,4хSxH_п/t ,

где F_уст – общий эритемный поток всей установки, мэр;

5,4 – коэффициент запаса;

S – площадь помещений, м²;

H_п – доза профилактического УФ облучения, мэр мин/м²;

t – время работы установки, мин.

Т.к. биодоза равна 5000 мэр мин/м², то ¼ биодозы составит 1250 мэр мин/м², 1/10 – 500 мэр мин/м² и т.д. Время облучения назначает врач с учетом длительности пребывания людей в помещении (не менее 4 и не более 8 часов).

Количество эритемных ламп рассчитывают по формуле:

n = F_уст/F₁, где n – количество ламп;

F₁ – эритемный поток одной лампы ЭУВ, мэр.

Эритемный поток лампы ЭУВ-15 – 340 мэр, лампы ЭУВ-30 – 530 мэр.

Пример расчета

Для облучения здоровых школьников с целью профилактики УФ недостаточности нужно обеспечить при ежедневном облучении ½ борозды. Площадь класса – 48 м², время облучения – 4 часа (240 мин). Сколько потребуется ламп ЭУВ-15?

Н_п=5000/0,5=2500 мэр мин/м²

F_уст = 5,4х4,8х2500/240=2698 мэр

Т.к. 1 лампа ЭУВ-15 дает 340 мэр, то для создания 2698 мэр необходимо n ламп:

n = F_уст/F₁=2698/340=7,9

Необходимо примерно 8 ламп ЭУВ-15.

Облучательные установки (фотарии).

Облучательные установки кратковременного действия (фотарии) устраивают для тех людей, которые не имеют постоянно рабочего места или работают под землей. В фотариях люди облучаются интенсивным потоком УФ излучения. Наиболее совершенными являются фотарии кабинного и проходного (лабиринтного) типов.

Фотарии кабинного типа состоят из 2 или 4 смежных кабин, стенками которых являются вертикально расположенные лампы ЭУВ-30. Размер кабин 0,9х0,7 м, высота 1,5 м. Нижний край кабины располагается на высоте 0,5 м от пола.

Количество кабин определяется по формуле:

n_k = n_л / mn,

где n_л – количество людей, подлежащих облучению;

m – пропускная способность кабины, 20-22 чел/ч;

n – коэффициент, учитывающий время работы фотария (n=0,5).

Фотарий проходного типа обладает более высокой пропускной способностью (прямолинейный или лабиринтного типа), длиной до 30 м, шириной 1,2-1,5 м.

Лампы ЭУВ (ЛЭ-30) крепятся вертикально на расстоянии 250 мм друг от друга на высоте 0,5 м от пола. Пропускная способность такого фотария, m чел/ч, определяется по формуле:

M = 60L/dt,

где L – длина пути в фотарии, м;

d – расстояние между облучаемыми, от 1,0 до 0,8 м;

t – продолжительность облучения, мин

Облучение проводится по 2-3 мин ежедневно.

Для оборудования фотария маячного типа с ртутно-кварцевыми лампами используют лампу ПРК-7, располагающуюся в центре помещения. Облучаемые располагаются по кругу на расстоянии не менее 3 м от лампы, расстояние между ними 30-40 см. Фотарии маячного типа можно оборудовать лампами ПРК-2, ПРК-4. При этом расстояние от лампы до облучаемых – 1 м.

Облучение в фотариях проводится в осенне-зимний период: 16-20 сеансов, 2 месяца перерыв, после чего цикл облучений повторяют. Облучение проводят ежедневно или через день. Дозы постепенно повышают, обычно начиная с ½ биодозы. Разработана схема облучения людей в зависимости от контингента, цели облучения (закаливание, профилактика). Площадь фотария маячного типа, расстояние до источника, время ежедневного облучения рассчитывают конкретно в каждом случае, используя следующие данные:

Время получения одной биодозы от разных источников излучения, мин

Лампа	Мощность, шт.	Расстояние от лампы, м
ПРК-4		6,0	21,6	45,0
ПРК-2		3,5	13,6	26,8
ПРК-7		0,5	1,8	3,7

Пример

Для профилактического облучения школьников необходимо оборудовать фотарий. Какова должна быть площадь помещения для фотария? На каком расстоянии следует располагать детей и лампу? Когда лучше облучать школьников?

Первоначальная ежедневная доза облучения должна составлять ½ биодозы. Расстояние между детьми и лампой ПРК-2 может быть равно 1 м, время облучения для получения ½ биодозы в этом случае будет равно 1,7 мин (3,5/2). Для расчета площади фотария учитывают расстояние между лампой и детьми, детьми и стеной помещения, которое должно быть равно 1 м. Общий размер помещения во взаимно перпендикулярных линиях равен 4 м, площадь – 16 м². Вычислив длину окружности, определяют, сколько детей можно облучать одновременно.

Практическое применение искусственных источников корот­ко­волнового УФ излучения

Для обеззараживания объектов внешней среды наиболее экономичным и удобным является применение ламп БУВ. Их используют для дезинфекции или санации воздуха закрытых помещений с большим скоплением людей (в поликлиниках, детских садах, школах). Существует два метода санации воздуха помещений лампами БУВ: в присутствии людей и в их отсутствии. Наиболее эффективна санация воздуха в присутствии людей. При этом облучается верхняя зона помещений экранированная снизу лампами БУВ. Лампы размещают по всему помещению не ниже 2,5 м от пола в местах наиболее интенсивных конвекционных потоков воздуха (над дверью, отопительными приборами и др.).

Расчет необходимого количества установок для дезинфекции воздуха помещений. При расчете необходимо, чтобы на 1 м³ помещения приходилось 0,75-1,00 Вт мощности, потребляемой лампой из сети.

Пример

Для санации воздуха помещения размером 250 м³ необходимо оборудовать его установкой с лампами БУВ-15. Санация воздуха будет проводиться в присутствии людей. Сколько ламп БУВ-15 для этого необходимо? Где и как они должны размещаться?

Для санации воздуха указанного помещения необходимо создать установку общей мощностью 187-250 Вт. Для этого необходимо 12-16 ламп БУВ-15:

n = 187/15=12;

n = 250/15 = 16.

Время облучения воздуха в закрытых помещениях не должно превышать 8 часов в сутки. Лучше облучать 3-4 раза в день с перерывами для проветривания, т.к. образуются озон и окислы азота ощущаются как посторонний запах.

Санацию воздуха помещений в отсутствии людей применяют в бактериологических лабораториях, операционных, перевязочных и других помещениях после влажной уборки. Открытые лампы размещают равномерно по всему помещению или над рабочими столами, а также над дверью. Минимальное количество ламп: на 1 м³ – 1,5 Вт потребляемой из сети мощности; минимальное время облучения – 15-20 минут.

Санация воздуха помещений лампами ПРК в присутствии людей. Лампа устанавливается на высоте 1,7 м от пола с рефлектором, обращенным вверх к потолку. На 1 м³ помещения должно приходиться 2-3 Вт потребляемой мощности. Воздух облучают по 30 минут несколько раз в день с интервалами для проветривания.

Санация воздуха лампами ПРК в отсутствии людей: на 1 м³ помещения должно приходиться 5-10 Вт потребляемой из сети мощности. Время облучения должно быть максимально длительным.

Лабораторная работа №1