UVC-Strahler

Umweltschonende Desinfektion mit UV-Strahlung

Dem Sonnenlicht wird bereits seit langer Zeit die Möglichkeit zugeschrieben, eine Ausbreitung von Infektionen zu verhindern. Im Jahre 1877 entdeckten die englischen Forscher Downes und Blount, daß die Vermehrung von Mikroorganismen aufhörte, wenn man sie dem Sonnenlicht aussetzte. Der Verlauf dieses Vorgangs konnte damals noch nicht geklärt werden.

Spätere Forschungen zeigten, daß dieser Effekt vom unsichtbaren Anteil der Sonnenstrahlung unterhalb 320 nm ausgeht. Vom Augenblick dieser Entdeckung an war es möglich, eine kpnstlicher Strahlungsquelle für die Erzeugung bakterientötender Strahlung zu entwickeln.

Die Art der Strahlung, die eine Inaktivierung von Bakterien verursacht , ist heute als Ultraviolettstrahlung bekannt. Forschungen über das Verhalten von Mikroorganismen gegenüber dieser Strahlung führten zu der Entwicklung neuer Desinfektionsmöglichkeiten, sowohl von Luft als auch von Oberflächen fester Materialien.

Eine Desinfektion - ohne den Gebrauch von chemischen Desinfektionsmitteln oder den Einsatz von hohen Temperaturen - ist seitdem auch dort möglich, wo sie vorher nicht oder nur schwer durchführbar war.

Heute ist Desinfektion mit UV-Strahlen nicht nur eine wertvolle, sondern auch eine notwendige Ergänzung zu sonstigen Verfahren.

Ultraviolett-Strahlung und ihre verschiedenen Wirkungen

Ultraviolett-Strahlung (kurz: UV) ist eine der vielen Strahlungsarten, die aller zur gleichen Kategorie der elektromagnetischen Wellenstrahlung gehören:

• Röntgenstrahlung
• Licht
• Rundfunk- und Fernsehwellen
• Wechselströme 

usw.

Der Unterschied zwischen den Strahlungsarten wird einzig und allein durch die Wellenlängen bestimmt. Die kürzesten Wellenlängen haben kosmische und Röntgen-Strahlen, das andere Extrem weisen Wechselströme auf.

Nur einen sehr kleinen Bereich nimmt die optische Strahlung ein. Hierzu gehört die Ultraviolett-Strahlung; sichtbare Strahlung und Infrarotstahlung setzen das Wellenspektrum in den langwelligen Bereich fort.

Für die praktische Anwendung wurde das UV-Spektrum in drei Gebiete unterteilt:

 *) 1 nm (Nanometer) = 10⁹ m (= 10 Å)

Strahlung der UV-A-Gruppe ist auch ind der Sonnenstrahlung enthalten, die auf der Erdoberfläche auftrifft. Sie bewirkt verschiedene fotochemische Prozezze, hat eine merklich pigmentierende, praktisch aber keine erytheme Wirkung.

Die Strahlen der UV-B-Gruppe zeigen eine pigmentierende und erytheme Wirkung. Sie bilden ebenfalls Prävitamin D. Hauptsächlich wird die Strahlung für therapeutische Zwecke genutzt.

Kurzwellige UV-C-Strahlung hat einen starkt keimtötenden Effekt. sie verursacht Hautrötungen (Erythem) und Augenentzündungen (Konjunktivitiv).

Diese Strahlung entsteht unter anderem bei der Quecksilbernieferdruckentladung.

Strahlung mit Wellenlängen unter 200 nm bildet Ozon.

Die meisten Glassorten absorbieren jedoch Strahlung der UV-C-Gruppe. Auf diese Strahlungsart, ihre Wirkung und Anwendung wird nachstehend näher eingegangen. 

Ozonerzeugung

Ultraviolett-Strahlen mit Wellenlängen λ < 200 nm bildet Ozon ausder Luft. Ozon (O₃) hat eine stark oxydierende Wirkung und einen stechenden Geruch. Es ist in bestimmten Konzentrationen für den menschlichen Organismus schädlich und unterliegt daher - wie alle schädlichen Gase - einem bestimmten MAK-Wert  (max. Arbeitsplatz-Konzentration, festgelegt vom Bundesminister für Arbeits- und Sozialforschung). Für Ozon beträgt dieser Wert 0,1ppm (parts per million), das entspricht 0,22 mg O₃/m³ Luft.

Die Philipslampe HUV 5 W erzeugt gerade soviel ozonbildende UV-Strahlung, daß der MAK-Wert in Räumen >30 m³ nicht überschritten wird. Für gute Durchlüftung sollter allerdings, besonders in kleinen Räumen, immer gesorgt werden.

Im allgemeinen ist die Bildung von Ozon unerwünscht, da es einen geschmacksverändernden Effekt auf verschiedene, insbesondere fetthaltige Nahrungmittel (wie z.B. Butter und Milch) ausübt. Für verschieden Anwendungen ist es jedoch erforderlich (z.B. bei Luft-Sprudel-Bädern).

Für die Herstellung der Philips-TUV-Lampen wird ein Spezialglas verwendet, das einen hohen Transmissionsgrad für bakterientötende Strahlung besitzt, jedoch nicht die erwünschte UV-Strahlung unter 200 nm weitgehend absorbiert. Somit ist nur eine verschwindend geringe Ozonbelastung festzustellen, die nach etwa 100 Brennstunden sogar völlig zum Erliegen kommt. 

Bakterientötende Wirkung

Downes und Blount entdeckten, daß sich Mikroorganismen nicht weiter vermehrten, wenn sie lang genug dem Sonnenlicht ausgesetzt wurden. Eine spätere genaue Untersuchung der Wellenlängenabhängigkeit für bakterientötende Wirkung zeigte, daß der größte Effekt bei einer Strahlung mit etwa 250 bis 270 nm Wellenlänge auftrat (siehe Tabelle am Ende der Seite)

Als Ursache darf angenommen werden, daß eine Art fotochemischer Prozeß vorliegt. Irgendeine Substanz in der Bakterie absorbiert die kurzwellige UV-Strahlung, und die aufgenommene Energie reicht aus, um eine chemische Umwandlung zu bewirken.

Vergleicht man die Absorptionskurven verschiedener Zellaufbaustoffe, so ergibt sich die größte Ähnlichkeit mit der Absorptionskurve der Thymonukleinsäure, einer Substanz, aus der die Chromosomen aufgebaut sind. Durch UV-Bestrahlung ändert sich dieser Stoff, und es findet keine Zellteilung und damit Vermehrung mehr statt.

Für Einzeller, wie Bakterien ist dieser Effekt tödlich.

Die verschiedenen Mikroorganismen haben eine unterschiedliche Widerstandsfähigkeit gegenüber kurzwelliger UV-Strahlung. Zum berreren Verständnis der Natur und Eigenschaften dieser Kleinstlebewesen sollen die nachfolgenden Hinweise dienen. 

Der Widerstand der verschiedenen Mikroorganismen gegenüber UV-C-Strahlung zeigt bedeutende Unterschiede. Die prozentuale Zahl der getöteten Bakterien ist nicht proportional der Bestrahlungsdosis, sie nimmt aber mit steigender Dosis zu. Die in der Abbildung aufgeführten Kurven zeigen, daß die Bakterientötung keinen Schwellenwert hat, sondern daß vielmehr schon die kleinste Dosis genügt, um zufallsmäßig das eine oder andere Bakterium-Exemplar abzutöten; andererseits werden bei großen Bakterienzahlen - auch bei noch so gorßer Dosis - zufällig einige Exemplare der Vernichtung entgehen. In der Tabelle am Ende dieser Seite ist eine Zusammenstellung mit den erforderlichen Dosen für einen bestimmten Desinfektionsgrad gegeben.

Einen großen Einfuß auf die zu erreichende Desinfektion übt die Umgebung, in der sich Mikroorganismen befinden, aus. Im Wasser z.B. sind Coli-Bakterien etwa 10 mal widerstandsfähiger als in der Luft. Bereits erhöhte Luftfeuchtigkeit setzt die notwendigen Dosiswerte erheblich herauf.

UV-253,7 nm Bestrahlungsdosen für 90% und 99,9% Inaktivierung verschiedener Mikroorganismen