Бактерицидные лампы, как они работают?

Пребывание в последние две недели в больнице навеяло пост про ультрафиолет, который здесь активно используется для обеззараживания помещений.

Все мы знаем, что за фиолетовой частью видимого спектра скрываются невидимые ультрафиолетовые лучи, у которых длина волны меньше, а, значит, выше энергия. Основным источником ультрафиолета на нашей планете, как мы знаем, является Солнце, но не все излучение до нас доходит.

Небольшой экскурс в спектр ультрафиолетового излучения, который делится на три основных части:

UVA с длиной волны 315-400 нм

UVB с длиной волны 280-315 нм

UVC с длиной волны 100-280 нм

Вообще ультрафиолетовый спектр принято считать от 10 нм, но наиболее жесткое излучение с длиной волны 10-100 нм мы рассматривать пока не будем.

От солнца, кстати, до земли доходит только UVA, а UVB и UVC поглощаются озоновым слоем и кислородом.

Теперь поговорим про наиболее старый способ искусственного получения ультрафиолета. В большинстве бюджетных больницах он и применяется.

И тут нам на помощь приходит ни что иное как ртуть – наша палочка-выручалочка в измерениях атмосферного давления, температуры, а теперь еще и в получении ультрафиолета, ее атомы как раз способны излучать в этом диапазоне.

Процессы, происходящие в ртутных лампах, - это газовые разряды, подобные тем, которые возникают при сварке. В стеклянной лампе, к концам которой подключены электроды, находится капля ртути и инертный газ (например, аргон). Когда к концам прикладывают высокое напряжение, возникает газовый разряд – электроны отрываются от катода, и, ускоряясь электрическим полем, двигаются к аноду и сталкиваются с атомами газа, приводя их в возбужденное или ионизированное состояние. Мы уже много раз говорили о том, что в первом случае электрон переходит на уровень с более высокой энергией, а потом спрыгивает обратно, испуская фотон, а при ионизации электрон совсем покидает атом, образуя ион.

Но ртуть изначально в таких лампах находится в жидком состоянии, и ее нужно сначала испарить, а потом возбудить или ионизировать ее атомы (зажечь дугу). Для этого сначала ионизируется аргон. Ионизируясь, он постепенно разогревает каплю ртути и испаряет ее, а также увеличивает количество электронов, повышая их вероятность столкнуться с атомами ртути, которых в лампе достаточно мало. После того, как пары ртути заполняют лампу и рождается достаточное количество электронов для ее возбуждения и ионизации, зажигается ртутная дуга и начинается испускание желаемого ультрафиолета. По сути внутри лампы находятся два типа плазмы: холодная плазма аргона и горячая плазма ртути. Примерно так работают старые ртутные лампы.

В бактерицидных лампах, из-за того, что «рабочих» атомов мало, то и вероятность их возбудить летящими электронами тоже невелика. В таких условиях они передают минимальную энергию атому ртути, требуемую для его возбуждения из основного состояния. И эта энергия соответствует испусканию фотона длиной волны 254 нм (UVC).

А ещё бывает так, что электрону хватает энергии, чтобы дать испустить волну длиной 185 нм. Энергия таких фотонов (где-то 6-7 эВ) больше энергии связи двух атомов в молекуле кислорода, поэтому они могут разрушать молекулу O2 на два атома О, каждый из которых быстренько прикрепляется к другой молекуле О2, образуя молекулу О3 – озон.

О том, как именно ультрафиолетовое излучение разрушает ДНК и РНК бактерий и вирусов, а также о том, как озон может обеззараживать помещение и влиять на организм, предлагаю рассказать в комментариях профильным специалистам или просто биологам, которые тут, вроде как, были.