Ini adalah pelarut yang paling umum digunakan di lingkungan laboratorium mana pun dan oleh karena itu kualitas air itu sangat penting untuk eksperimen dan proses inti. Pemurni titik penggunaan sekarang merupakan 75% dari sekitar $480 juta pasar global untuk air lab ultra murni. Sistem ini menggunakan kombinasi teknologi, termasuk distilasi, reverse osmosis, ultrafiltrasi, deionisasi, dan disinfeksi UV untuk pembuatan air Tipe 1, 2, dan 3, mulai dari sistem terpusat yang besar hingga unit pemoles bench-top yang kecil.
Secara tradisional, sistem ini telah menggunakan lampu merkuri untuk memasok energi UVC untuk desinfeksi. Sekarang, LED ultraviolet (UVC) dalam muncul sebagai teknologi yang layak yang menawarkan alternatif hijau yang ringkas, hemat energi. Karena ini bukan pengganti plug-and-play sederhana untuk sistem berbasis lampu, cara baru untuk menghitung output daya yang diperlukan diperlukan. Dengan memahami dampak emisi spektral LED pada spektrum aksi mikroba, para insinyur dapat mengembangkan solusi generasi berikutnya untuk secara konsisten menghasilkan air laboratorium kelas premium.
LED UVC memberikan panjang gelombang kuman yang optimal
Dalam desinfeksi UV, cahaya dalam kisaran 250 nm - 280 nm paling efektif dalam menonaktifkan DNA mikroorganisme. Perancang sistem air laboratorium biasanya mengandalkan lampu busur merkuri bertekanan rendah untuk mengakses rentang kuman ini, yang memancarkan output tunggal pada 253,7 nm. Gambar 1 menunjukkan bahwa garis emisi lampu merkuri bertekanan rendah memotong kurva absorpsi DNA khas di bawah absorpsi puncak. Meskipun ini bukan panjang gelombang kuman yang optimal, ada emisi yang cukup untuk inaktivasi DNA.
Perbandingan Sumber Cahaya.png; Keterangan:Perbandingan spektral lampu merkuri bertekanan rendah versus LED dalam kaitannya dengan kurva absorpsi DNA tipikal.
Emisi spektral berkelanjutan dari LED UVC menghasilkan lebih banyak tumpang tindih dari panjang gelombang paling kritis untuk disinfeksi, menjadikannya sumber energi UVC yang lebih efisien untuk sistem ini. Namun, perbedaan dalam spektrum emisi ini memerlukan metodologi baru untuk memperhitungkan efektivitas desinfeksi.
Menentukan daya kuman dari LED UVC
Insinyur dan perancang produk R&D yang mengevaluasi LED UVC memerlukan pendekatan sistematis untuk menentukan dan membandingkan keluaran daya desinfeksi yang berguna. Dengan cara yang sama seperti lumen, jumlah total cahaya tampak yang dipancarkan oleh suatu sumber, memberikan ukuran kecerahan universal, spesifikasi yang paling berguna untuk aplikasi desinfeksi didasarkan pada pengidentifikasian output daya yang berguna untuk menonaktifkan patogen. Ini dikenal sebagai kekuatan kuman.
Metode yang paling akurat untuk menentukan daya kuman membutuhkan terlebih dahulu mengetahui patogen spesifik yang akan dinonaktifkan dan kemudian menentukan spektrum aksinya (yaitu, profil sensitivitas unik patogen berdasarkan panjang gelombang). Produk silang dari spektrum ini dengan spektrum emisi dari sumber UV tertentu menentukan daya kumannya.
Perbedaan kerentanan panjang gelombang
Sementara kerentanan patogen terhadap energi UVC bervariasi, penyerapan energi UVC puncak umumnya dipahami berada di suatu tempat di kisaran 265-270 nm. Gambar 2 menunjukkan spektrum aksi untuk tiga target umum atau patogen tantangan yang digunakan dalam desain sistem desinfeksi air.
Spektrum aksi mikroba target/tantangan umum dalam desinfeksi air. Spektrum aksi B. Subtillis seperti yang didefinisikan oleh NORM Standard; E. coli sebagaimana diuraikan dalam Tinjauan lampu UV oleh Henk FJI Giller, dalam WEF 2000; dan MS2 seperti yang ditemukan dalam This Way Forward: Mengatasi Kekhawatiran Bias Spektrum Aksi Dalam Reaktor UV Tekanan Menengah,Bryan Townsend, et al.
Meskipun semua patogen ini menunjukkan penyerapan puncak pada kira-kira 265 nm, ada variasi dalam sensitivitas terhadap panjang gelombang diskrit. Tabel 1 mengilustrasikan perbedaan kerentanan panjang gelombang ini berdasarkan sensitivitas spektralnya. Dengan mengalikan emisi dioda UVC dengan bobot, insinyur R&D dapat menentukan output daya dalam hal daya yang tersedia untuk desinfeksi patogen tertentu (yaitu, daya kuman dari sumber cahaya).
Panjang gelombang | Pembobotan untukB. subtillis | Pembobotan untukE. coli | Pembobotan untuk MS2 |
250 nm | 0.62 | 0.80 | 0.58 |
253,7 nm | 0.82 | 0.85 | 0.77 |
260 nm | 0.98 | 0.95 | 0.98 |
265 nm | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
270 nm | 0.99 | 0.90 | 0.88 |
275 nm | 0.96 | 0.80 | 0.79 |
280 nm | 0.91 | 0.60 | 0.67 |
285 nm | 0.70 | 0.40 | 0.59 |
Penerapan daya kuman untuk produksi komersial
Seiring dengan meningkatnya adopsi pasar untuk LED UVC, jumlah penyedia juga meningkat. Ini menyajikan lebih banyak pilihan untuk OEM, tetapi juga menyoroti variasi dalam spesifikasi produk pabrikan. Sepanjang pengembangan produk atau desain, mungkin preferensi insinyur untuk mengamati spektrum LED diskrit untuk patokan kriteria kinerja yang optimal. Namun, produsen volume tinggi meminta pendekatan yang lebih sistematis untuk spesifikasi daya keluaran kuman. Pendekatan konvolusi ini (menormalkan output LED dalam hal daya kuman) memiliki efek yang diinginkan. Sementara sistem mikrobiologi kompleks tidak menawarkan pendekatan tunggal yang sesuai dengan semua kebutuhan, ini adalah langkah maju dalam penyederhanaan yang memungkinkan insinyur untuk membuat desain berkelanjutan untuk manufakturabilitas.
LED UVC berkinerja tinggi memungkinkan produsen untuk bermigrasi dari lampu merkuri ke solusi solid-state. Pengujian sistem berbasis LED UVC telah mengkonfirmasi kemanjuran kuman lebih dari 99,99%, meninggalkan sedikit keraguan bahwa sumber energi yang ringkas dan tahan lama ini adalah alternatif yang sah untuk sistem berbasis lampu merkuri bertekanan rendah yang sudah ada.
Para inovator sistem air laboratorium mengenali LED UVC sebagai solusi yang layak untuk mengembangkan sistem yang ramah lingkungan dan hemat biaya tanpa mengorbankan kualitas air air laboratorium.
Ditulis oleh Mark Pizzuto, Direktur Manajemen Produk—Disinfeksi, Crystal IS.
