Es el disolvente más utilizado en cualquier entorno de laboratorio y, por lo tanto, la calidad de esa agua es fundamental para los experimentos y los procesos centrales. Los purificadores en el punto de uso representan ahora el 75% de un mercado global de aproximadamente $ 480 millones para el agua de laboratorio ultrapura. Estos sistemas utilizan una combinación de tecnologías, que incluyen destilación, ósmosis inversa, ultrafiltración, desionización y desinfección UV para la creación de agua de tipo 1, 2 y 3 y van desde sistemas grandes y centralizados hasta pequeñas unidades de pulido de sobremesa.
Tradicionalmente, estos sistemas han utilizado lámparas de mercurio para suministrar energía UVC para la desinfección. Ahora, los LED de ultravioleta profundo (UVC) están emergiendo como una tecnología viable que ofrece una alternativa ecológica, compacta y energéticamente eficiente. Dado que este no es un simple reemplazo plug-and-play para los sistemas basados en lámparas, se necesitan nuevas formas de calcular la potencia de salida requerida. Al comprender el impacto de la emisión espectral de LED en los espectros de acción de los microbios, los ingenieros pueden desarrollar soluciones de próxima generación para producir de manera constante agua de laboratorio de primera calidad.
Los LED UVC proporcionan longitudes de onda germicidas óptimas
En la desinfección UV, la luz en el rango de 250 nm a 280 nm es más efectiva para inactivar el ADN de los microorganismos. Los diseñadores de sistemas de agua de laboratorio generalmente han confiado en las lámparas de arco de mercurio de baja presión para acceder a este rango germicida, que emiten una sola salida a 253,7 nm. La Figura 1 muestra que la línea de emisión de la lámpara de mercurio de baja presión se cruza con la curva de absorción de ADN típica por debajo del pico de absorción. Aunque esta no es la longitud de onda germicida óptima, hay suficiente emisión para la inactivación del ADN.
Comparación de fuente de luz.png; Leyenda: Comparación espectral de la lámpara de mercurio de baja presión frente al LED en relación con la curva de absorción de ADN típica.
La emisión espectral continua del LED UVC ofrece una mayor superposición de las longitudes de onda más críticas para la desinfección, lo que lo convierte en una fuente de energía UVC más eficiente para estos sistemas. Sin embargo, estas diferencias en los espectros de emisión requieren una nueva metodología para tener en cuenta la eficacia de la desinfección.
Determinación del poder germicida de los LED UVC
Los ingenieros y diseñadores de productos de R& D que evalúan los LED UVC necesitan un enfoque sistemático para especificar y comparar la salida de potencia de desinfección útil. De la misma manera que los lúmenes, la cantidad total de luz visible emitida por una fuente, proporcionan una medida universal de brillo, la especificación más útil para aplicaciones de desinfección se basa en identificar la potencia de salida útil para inactivar patógenos. Esto se conoce como poder germicida.
El método más preciso para especificar el poder germicida requiere primero conocer el patógeno específico que se inactivará y luego determinar su espectro de acción (es decir, el perfil único de sensibilidad del patógeno por longitud de onda). El producto cruzado de estos espectros con los espectros de emisión de la fuente UV particular determina su poder germicida.
Diferencias en la susceptibilidad de la longitud de onda
Si bien la susceptibilidad de un patógeno a la energía UVC varía, generalmente se entiende que la absorción máxima de energía UVC está en algún lugar en el rango de 265-270 nm. La Figura 2 muestra los espectros de acción para tres patógenos objetivo o de desafío comunes utilizados en el diseño de sistemas de desinfección de agua.
Espectros de acción de microbios objetivo / desafío comunes en la desinfección del agua. El espectro de acción de B. Subtillis según lo definido por la Norma ÖNORM; E. coli como se describe en una revisión de lámparas UV por Henk FJI Giller, en WEF 2000; y MS2 como se encuentra en This Way Forward: Abordar las preocupaciones sobre el sesgo de los espectros de acción en los reactores UV de presión media, Bryan Townsend, et al.
Aunque todos estos patógenos presentan un pico de absorción a aproximadamente 265 nm, existe una variación en la sensibilidad a longitudes de onda discretas. La Tabla 1 ilustra esta diferencia en la susceptibilidad de la longitud de onda en función de su sensibilidad espectral. Al multiplicar la emisión de diodos UVC por la ponderación, los ingenieros de R& D pueden determinar la potencia de salida en términos de la potencia disponible para la desinfección del patógeno específico (es decir, el poder germicida de la fuente de luz).
Longitud de onda | Ponderación para B. subtillis | Ponderación paraE. coli | Ponderación para MS2 |
250 nm | 0.62 | 0.80 | 0.58 |
253,7 nanómetro | 0.82 | 0.85 | 0.77 |
260 nanómetro | 0.98 | 0.95 | 0.98 |
265 nanómetro | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
270 nanómetro | 0.99 | 0.90 | 0.88 |
275 nanómetro | 0.96 | 0.80 | 0.79 |
280 nm | 0.91 | 0.60 | 0.67 |
285 nanómetro | 0.70 | 0.40 | 0.59 |
Aplicación de poder germicida para producción comercial
A medida que crece la adopción de LED UVC en el mercado, también aumenta el número de proveedores. Esto presenta más opciones para los fabricantes de equipos originales, pero también destaca la variación en las especificaciones de los productos de los fabricantes. Durante todo el desarrollo o diseño del producto, el ingeniero puede preferir observar los espectros de los LED discretos para comparar los criterios de rendimiento óptimos. Sin embargo, los fabricantes de alto volumen están solicitando un enfoque más sistemático para la especificación de la potencia de salida germicida. Este enfoque de convolución (normalización de la salida del LED en términos de poder germicida) tiene el efecto deseado. Si bien los sistemas microbiológicos complejos no ofrecen un enfoque único que se adapte a todas las necesidades, este es un paso adelante en la simplificación que permite al ingeniero crear diseños sostenibles para la fabricación.
Los LED UVC de alto rendimiento permiten a los fabricantes migrar de lámparas de mercurio a soluciones de estado sólido. Las pruebas de los sistemas basados en LED UVC han confirmado una eficacia germicida de más del 99,99%, lo que deja pocas dudas de que estas fuentes de energía compactas y duraderas son una alternativa legítima a los sistemas tradicionales basados en lámparas de mercurio de baja presión.
Los innovadores de sistemas de agua de laboratorio reconocen los LED UVC como una solución viable para desarrollar sistemas rentables y respetuosos con el medio ambiente sin sacrificar la calidad del agua de laboratorio.
Escrito por Mark Pizzuto, Director de Gestión de Productos — Desinfección, Crystal IS.
