Бактерицидная лампа

Бактерици́дная ла́мпа (кварцевая лампа), электрический источник излучения, спектр которого содержит электромагнитное излучение диапазона длин волн 205–315 нм, предназначенный для целей обеззараживания (стерилизации). В обиходе используется термин «кварцевая лампа» благодаря широкому распространению ламп с колбами из кварцевого стекла. Относится к ультрафиолетовым (УФ) лампам C-диапазона (коротковолновый, 100–280 нм по ГОСТ Р 55704-2013), также применяемым в фотобиологических, фотохимических и биомедицинских целях.

Наибольшее распространение в качестве таких источников излучения в силу своей эффективности получили газоразрядные лампы низкого давления (ГОСТ Р 55704-2013 п. 4.7), наполненные парогазовой смесью ртути и инертного газа. Для изготовления колбы используются увиолевые стёкла, пропускающие стерилизующее (бактерицидное) ультрафиолетовое излучение. Наибольшей бактерицидной способностью в данном диапазоне частот обладает излучение с длиной волны 265 нм, относительная эффективность которой снижается к краям диапазона от 1 до 0 (ГОСТ Р 8.760-2011. Приложение А).

Широкое использование ртутных ламп низкого давления вызвано тем, что более 60 % энергии электрического разряда переходит в излучение 253,7 нм, в то время как ртутные лампы высокого давления в рабочую полосу частот передают не более 10 % энергии и обладают меньшим сроком службы.

Наличие в спектре излучения ртутных ламп низкого давления линии 185 нм, образующей из кислорода воздуха озон, высокие концентрации которого ядовиты, привело к разработке т. н. безозоновых ламп, колба которых выполнена из кварцевого стекла со специальным покрытием. Такие лампы называют кварцевыми лампами.

Большинство бактерицидных ламп конструктивно выполнены в виде трубок различных форм и типоразмеров, на торцах которых имеются двухштырьковые цоколи. Электропитание ламп производится от электрической сети напряжением 220 В, с частотой переменного тока 50 (60) Гц, а их включение в сеть осуществляется через пускорегулирующие аппараты, обеспечивающие необходимые режимы зажигания, разгорания и нормальной работы лампы и подавляющие высокочастотные электромагнитные колебания, создаваемые лампой. Включение лампы в сеть без пускорегулирующего аппарата приводит к выходу её из строя.

Бактерицидные лампы как самостоятельные устройства характеризуются следующими основными параметрами:

• спектральное распределение потока излучения в области длин волн 205–315 нм;
• мощность бактерицидного потока, Вт;
• бактерицидная отдача, равная отношению бактерицидного потока к полной мощности лампы;
• электрическая мощность лампы, Вт;
• потребляемый ток, А;
• напряжение питания, В, и частота питания, Гц;
• полезный срок службы, в течение которого эксплуатационные параметры остаются в установленных пределах, час.

В процессе работы газоразрядных бактерицидных ламп происходит уменьшение потока излучения. Особенно быстрое падение потока излучения отмечается за первые десятки часов работы, которое может достигать 10 %. При дальнейшей эксплуатации лампы скорость спада потока излучения замедляется и мощность бактерицидного потока облучения снижается до 50 % от номинального значения. Для ламп старых конструкций на значение потока излучения также влияли температура и скорость движения окружающего воздуха.

С понижением температуры окружающего воздуха затрудняется зажигание ламп, а также увеличивается распыление электродов, что приводит к сокращению срока службы. Также срок службы снижает большое число включений лампы, одно включение снижает срок службы приблизительно на 2 часа. Для устойчивой и эффективной работы газоразрядных люминесцентных ламп при температурах ниже 10 °С разработана морозостойкая конструкция, состоящая из двух вложенных друг в друга колб.

При относительной влажности воздуха свыше 65–75 % бактерицидный эффект УФ-лучей снижается. Бактерицидное действие УФ-лучей обратно пропорционально квадрату расстояния до обрабатываемого объекта.

Уничтожение бактерий и спор плесени наблюдается после облучения в течение 5–15 минут при расстоянии от лампы до обрабатываемой поверхности 20 см. При бактерицидной обработке воздуха в помещении рекомендуется использовать несколько бактерицидных ламп и распределять их по возможности равномерно по объёму помещения.

Широкое развитие полупроводниковых лазерных технологий, а также подписание рядом стран Минаматской конвенции о ртути привели к бурному росту разработки и производства полупроводниковых источников ультрафиолетового излучения, в том числе бактерицидного диапазона. Однако мощность единичного источника (кристалла) составляет примерно 1 мВт. Для достижения типичной мощности газоразрядной бактерицидной лампы (десятки ватт) требуется собрать в одном устройстве десятки тысяч кристаллов, что приводит к труднорешаемым проблемам, в первую очередь, теплоотвода.

Ещё одна альтернативная технология ультрафиолетовых излучателей, в том числе, бактерицидных – катодолюминесцентные источники ультрафиолетового света с автоэмиссионым катодом, разрабатывается в Московском физико-техническом институте.