La radiazione ultravioletta germicida, in inglese "Ultraviolet germicidal irradiation" (UVGI), è un metodo di sterilizzazione che usa la luce ultravioletta (UV) alla lunghezza d'onda UV-C, che modifica il DNA o l'RNA dei microorganismi e quindi impedisce loro di riprodursi o di essere dannosi. È utilizzata in una varietà di applicazioni, per esempio la disinfezione di cibo, acqua e aria. La luce UV è stata considerata un mutagene a livello cellulare già da più di un secolo.

La lunghezza d'onda dei raggi UV che causa questo effetto è rara sulla Terra perché la sua atmosfera la blocca. Utilizzare un dispositivo UVGI in certi ambienti come sistemi di circolazione dell'acqua e dell'aria crea un effetto mortale su microorganismi patogeni, virus e muffe. Associati ad un sistema di filtraggio possono rimuovere i microorganismi pericolosi da questi ambienti.

Come funziona il sistema UVGI

La luce ultravioletta è una radiazione elettromagnetica con lunghezze d'onda più corte della luce visibile. L'UV può essere diviso in varie categorie, la categoria corta (UVC) è considerata "UV germicida". A certe lunghezze d'onda l'UV è dannoso per batteri, virus e altri microorganismi. Ad una lunghezza d'onda di 2537 Angstrom (254 nm) l'UV distrugge i legami molecolari del DNA dei microorganismi, producendo dimeri di timina nel loro DNA e distruggendoli, rendendoli inoffensivi o impedendone la crescita e la riproduzione. È un processo simile all'effetto dell'UV di maggiore lunghezza d'onda (UVB) sull'uomo, per esempio le bruciature solari o l'effetto accecante della luce. I microorganismi hanno una scarsa protezione dall'UV e non possono sopravvivere ad un'esposizione prolungata.

Un sistema UVGI è progettato per esporre ambienti come contenitori di acqua, stanze chiuse e sistemi di aria condizionata all'UV germicida. L'esposizione proviene dalle lampade germicide che emettono la radiazione elettromagnetica germicida UV alla corretta lunghezza d'onda, che irradia l'ambiente.

Efficacia

L'UVGI è un metodo molto efficace per distruggere i microorganismi. L'efficacia dell'azione germicida dipende da molti fattori: la quantità di tempo di esposizione, le variazioni di potenza della sorgente UV che influisce sulla lunghezza d'onda elettromagnetica, la presenza di particelle che possono proteggere i microorganismi dall'UV e la capacità dei microorganismi di resistere alla radiazione durante l'esposizione. In molti sistemi l'efficacia è aumentata dalla circolazione ripetuta dell'acqua o dell'aria, per aumentare la probabilità che la radiazione ultravioletta colpisca i microorganismi e per irradiarli più volte.

L'efficacia di questo metodo di sterilizzazione dipende anche dalla configurazione dell'ambiente: un ambiente in cui ci sono ostacoli alla luce della lampada UV non è efficace. In questi casi l'efficacia dipende dal punto in cui è posizionata la lampada UV. Un altro problema che ostacola l'UVGI è la polvere o altre cose che possono ricoprire la lampada, riducendone l'effetto. Inoltre le lampade richiedono una sostituzione annuale e una pulizia ad intervalli regolari di tempo.

Anche il materiale di cui è fatta la lampada può contribuire all'assorbimento dei raggi germicidi. Un aumento dell'efficacia può essere raggiunto utilizzando la riflessione. L'alluminio ha il più alto tasso di riflessione rispetto agli altri metalli, ed è molto utile per riflettere gli UV.

Anche il raffreddamento della lampada dovuto alla corrente d'aria può ridurre l'efficacia della radiazione UV.

Inattivazione dei microorganismi

Il grado di inattivazione per mezzo della radiazione ultravioletta è direttamente proporzionale alla dose di UV applicata all'acqua. Il dosaggio, un prodotto tra l'intensità della luce UV e il tempo di esposizione, è misurato in microwatt per secondo a centimetro quadrato: µW·s/cm². Dosaggi da 2 a 8 µW·s/cm² uccidono il 90% dei batteri. Il dosaggio necessario per l'inattivazione di parassiti più grandi, come ad esempio il Cryptosporidium, è minore.

La realizzazione del sistema UVGI

L'UV germicida è fornito da una lampada a vapore di mercurio che emette UV alla lunghezza d'onda germicida. Il vapore di mercurio emette a 254 nm. Molte lampade UV germicide usano speciali trasformatori per assicurare un costante flusso di elettricità e mantenere costante la lunghezza d'onda. Dato che l'UV germicida ha una larghezza di banda ristretta, le fluttuazioni di potenza potrebbero rendere inefficace la disinfezione. In alcuni casi, le lampade UVGI senza elettrodi possono essere eccitate con le microonde, conferendo una lunga e stabile vita e altri vantaggi. Questo è conosciuto come "microwave UV".

Potenziali pericoli

A certe lunghezze d'onda (comprese le UVC) l'UV è dannoso per l'uomo e altre forme di vita. In molti dispositivi UVGI le lampade sono schermate o sono in ambienti che limitano l'esposizione, per esempio un contenitore per l'acqua chiuso o un sistema per la circolazione dell'aria chiuso, spesso con dispositivi di blocco che spengono le lampade UV automaticamente se il sistema è aperto per l'accesso dalle persone. Il pericolo è proporzionale al tempo di esposizione.

Negli esseri umani, l'esposizione della pelle alle lunghezze d'onda germicide della luce UV possono produrre ustioni e (in alcuni casi) il cancro alla pelle. L'esposizione degli occhi a questa radiazione UV può causare infiammazioni molto dolorose della cornea e problemi alla vista temporanei o permanenti, fino alla cecità. L'UV può danneggiare la retina dell'occhio.

Un altro potenziale pericolo è la produzione di ozono. La luce UVC del sole è in parte responsabile dello strato di ozono nella stratosfera terrestre, ma l'ozono nell'ambiente è pericoloso per la salute della persona. La United States Environmental Protection Agency ha stabilito che 0,05 parti per milione di ozono possono essere considerate un livello sicuro. Le lampade per la realizzazione di UVC e frequenze più alte sono realizzate in modo tale che qualsiasi luce al di sotto dei 254 nm non venga prodotta, cosicché l'ozono non è prodotto. Una lampada a spettro completo produrrà tutte le lunghezze d'onda UV e conseguentemente anche l'ozono (l'ozono è prodotto quando l'UVC colpisce le molecole di ossigeno (O2), quindi è prodotto solo quando l'ossigeno è presente).

La radiazione UV-C è in grado di rompere i legami chimici. Questo porta ad un rapido deterioramento degli isolamenti e delle guarnizioni in plastica e altri materiali. È da notare che le plastiche vendute come resistenti agli UV sono testate solo per l'UV-B, dal momento che l'UV-C normalmente non raggiunge la superficie della Terra. Quando l'UV è usato vicino alla plastica, alla gomma o agli isolamenti devono essere prese delle precauzioni per schermare i suddetti componenti; un foglio di alluminio o una superficie di altri metalli sono sufficienti.

Applicazioni

La disinfezione dell'aria

L'UVGI può essere usato per disinfettare l'aria con un'esposizione prolungata. La disinfezione dipende dalla concentrazione degli UV e dal tempo di esposizione. Per questo motivo, non è molto efficace sull'aria in movimento, quando la lampada è perpendicolare al flusso, dato che i tempi di esposizione sono drasticamente ridotti.