Đèn uv-c
Cơ chế diệt khuẩn UV-C: Dose, Irradiance, Thời gian & Bóng che
1. Nguyên lý cơ bản: Cơ chế diệt khuẩn UV-C là như thế nào ?
Tia UV-C (200–280 nm) phá hủy DNA/RNA của vi sinh vật bằng cách tạo ra pyrimidine dimer – khiến tế bào không thể nhân đôi và chết.
Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào liều UV (UV Dose) mà vi sinh vật nhận được.
Công thức cơ bản:
Dose (mJ/cm²) = Irradiance (mW/cm²) × Time (s)
Trong đó:
- Dose (liều UV) – tổng năng lượng UV chiếu lên một đơn vị diện tích (mJ/cm²).
- Irradiance (cường độ UV) – lượng công suất bức xạ UV chiếu trên 1 cm² (mW/cm²).
- Time (thời gian) – số giây chiếu sáng thực tế.
2. Cường độ UV – Irradiance (mW/cm²)
Cường độ UV-C là thông số thể hiện “độ sáng germicidal” thực tế.
- Được đo bằng UV radiometer hoặc đọc từ datasheet của đèn.
- Đơn vị: mW/cm² (milliwatt trên cm²).
- Giảm theo khoảng cách, góc chiếu, bụi bẩn trên đèn, và thời gian sử dụng (lão hóa bóng).
Ví dụ:
| Loại đèn UV-C | Khoảng cách đo (cm) | Cường độ Irradiance (mW/cm²) |
|---|---|---|
| Đèn thủy ngân 254 nm – 15W | 10 cm | 0.35 |
| Đèn 254 nm – 36W | 10 cm | 1.20 |
| Đèn excimer 222 nm (KrCl) | 5 cm | 0.25 |
| Đèn LED UV-C (275 nm) | 5 cm | 0.05–0.15 |
Cách tính gần đúng cường độ UV-C (Irradiance)
Nếu không có máy đo, có thể ước tính Irradiance (mW/cm²) từ công suất bức xạ UV của bóng theo mô hình xấp xỉ:
Trong đó:
- Φᵍ (W) – công suất bức xạ UV-C của đèn (tra datasheet, thường bằng 25–35% công suất điện).
- r (cm) – khoảng cách từ tâm bóng đến bề mặt cần khử trùng.
- η – hệ số suy giảm tổng hợp (0.5–0.9) phản ánh lão hoá bóng, bụi bẩn, kính, góc chiếu và phản xạ vách.
Ví dụ: Đèn UV-C 30 W (≈ 9 W bức xạ) ở khoảng cách 20 cm
→ ≈1.8mW/cm2E ≈ 9 / (4π×20²) ≈ 1.8 mW/cm²E≈9/(4π×202)≈1.8mW/cm2.
Sau khi tính hệ số suy giảm (η = 0.8) → Irradiance thực ≈ 1.4 mW/cm².
Giá trị này mang tính tham khảo, có thể thay đổi tùy bố trí, vật liệu phản xạ, và hiệu suất từng loại đèn (thủy ngân, LED, excimer).
3. Cách tính liều UV thực tế (Dose)
Giả sử cần liều 20 mJ/cm² để diệt E. coli.
| Bài toán | Cường độ (mW/cm²) | Thời gian (s) | Liều đạt được (mJ/cm²) |
|---|---|---|---|
| Tủ khử trùng nhỏ (0.5 mW/cm²) | 40 | 20 | |
| Đèn trần diệt khuẩn (0.15 mW/cm²) | 130 | 19.5 | |
| Đèn LED UV-C (0.1 mW/cm²) | 200 | 20 | |
| Đèn ống 30W đặt gần (1.0 mW/cm²) | 20 | 20 |
Công thức:
Dose = Irradiance × Time
Ví dụ: 0.5 mW/cm² × 40 s = 20 mJ/cm²
4. Đường cong nhạy cảm vi sinh (Microbial Sensitivity Curve)
Mỗi loại vi sinh cần một liều UV khác nhau để bất hoạt 90–99.99%.
Liều này được xác định bằng hằng số nhạy UV (k) trong mô hình log-reduction:
N/N₀ = e^(-k × Dose)
- N₀: số lượng ban đầu
- N: số còn lại sau chiếu
- k: hằng số nhạy UV (cm²/mJ)
Ví dụ một số giá trị điển hình:
| Vi sinh vật | k (cm²/mJ) | Liều 90% bất hoạt (mJ/cm²) |
|---|---|---|
| E. coli | 0.15 | 15 |
| Bacillus subtilis (bào tử) | 0.05 | 46 |
| SARS-CoV-2 | 0.20 | 10 |
| Aspergillus niger (nấm mốc) | 0.02 | 115 |
5. Hiện tượng bóng che (Shadowing)
Hiệu quả UV-C giảm mạnh ở các vùng:
- Bị che khuất, góc hẹp, vật cản (dao, chai, góc tủ).
- Bề mặt không phẳng, bụi, kính mờ cũng làm giảm phản xạ UV.
Cách khắc phục:
- Dùng thành phản xạ inox tráng gương (mirror-finish).
- Sử dụng nhiều nguồn đèn ở các hướng.
- Bố trí giá đỡ hở, giảm vùng khuất.
- Kết hợp luồng khí tuần hoàn cho UVGI không khí.
6. Ví dụ tính toán ứng dụng
a) Tủ tiệt trùng thiết bị y tế
- Kích thước: 60 × 40 × 50 cm
- Đèn UV-C 15W (Irradiance = 0.5 mW/cm² tại 20 cm)
- Mục tiêu: liều 20 mJ/cm²
Time = Dose / Irradiance = 20 / 0.5 = 40 giây
→ Đặt timer 60 giây để bù bóng che.
b) Khử trùng không khí phòng 20 m²
- Đèn trần 254 nm, 30W, chiếu trung bình 0.15 mW/cm²
- Mục tiêu: 15 mJ/cm²
Time = 15 / 0.15 = 100 giây (≈1.7 phút)
→ Duy trì bật liên tục cho hiệu quả ổn định.
c) Đèn far-UVC 222 nm trong hành lang bệnh viện
- Cường độ đo 0.05 mW/cm²
- Liều mục tiêu 3 mJ/cm² (virus trong không khí)
Time = 3 / 0.05 = 60 giây
→ Có thể đạt hiệu quả diệt khuẩn sau 1 phút chiếu liên tục.
7. Kết luận
Hiệu quả UV-C phụ thuộc vào liều chiếu UV (mJ/cm²) – được xác định bởi cường độ đèn và thời gian chiếu.
Để đạt kết quả ổn định:
- Đo và hiệu chuẩn irradiance thực tế.
- Tối ưu vị trí – phản xạ – thời gian.
- Giảm bóng che, chọn vật liệu phản xạ tốt.
📚 Nguồn tham khảo
- CDC NIOSH: UVGI Guidelines for Air and Surface Disinfection
- CIE 155:2003 – Ultraviolet Air and Surface Disinfection
- ASHRAE 241 (2023): Control of Infectious Aerosols
- ISO 15858:2016 – Safety Information for UV-C Devices
- Kowalski, W. (2009) UVGI Handbook: Principles and Design
