منذ أن أعلنت منظمة الصحة العالمية رسميًا أن كوفيد-19 "جائحة" عالمية في 11 مارس 2020، أجمعت الدول في جميع أنحاء العالم على اعتبار التطهير خط الدفاع الأول لمنع انتشار الوباء. أصبحت المزيد والمزيد من مؤسسات البحث العلمي مهتمة جدًا بالتطهير باستخدام الأشعة فوق البنفسجية: تتطلب تقنية التطهير هذه الحد الأدنى من التشغيل اليدوي، ولا تزيد من مقاومة البكتيريا، ويمكن تنفيذها عن بعد دون حضور الأشخاص. يعد التحكم والاستخدام الذكي مناسبين بشكل خاص للأماكن العامة المغلقة ذات الكثافة السكانية العالية وأوقات الإقامة الطويلة والأماكن التي من المرجح أن تحدث فيها العدوى. لقد أصبح الاتجاه السائد للوقاية من الأوبئة والتعقيم والتطهير. للحديث عن أصل مصابيح التعقيم والتطهير بالأشعة فوق البنفسجية، علينا أن نبدأ ببطء مع اكتشاف الضوء "الأشعة فوق البنفسجية".
الأشعة فوق البنفسجية هي ضوء بتردد يتراوح بين 750 هرتز إلى 30 هرتز في ضوء الشمس، وهو ما يتوافق مع طول موجي يتراوح بين 400 نانومتر و10 نانومتر في الفراغ. الأشعة فوق البنفسجية لها تردد أعلى من الضوء المرئي ولا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. منذ زمن طويل، لم يكن الناس يعرفون بوجودها.
ريتر (يوهان فيلهلم ريتر,(1776~1810)
وبعد أن اكتشف الفيزيائي البريطاني هيرشل الأشعة الحرارية غير المرئية، الأشعة تحت الحمراء، عام 1800، متمسكًا بمفهوم الفيزياء القائل بأن "الأشياء لها تماثل ذو مستويين"، اكتشفها الفيزيائي والكيميائي الألماني يوهان فيلهلم ريتر (1776-1810) عام 1801 أن هناك ضوء غير مرئي وراء الطرف البنفسجي من الطيف المرئي. واكتشف أن قسماً خارج الطرف البنفسجي من طيف ضوء الشمس يمكنه تحسس الأفلام الفوتوغرافية التي تحتوي على بروميد الفضة، وبذلك اكتشف وجود الضوء فوق البنفسجي. ولذلك، يُعرف ريتر أيضًا بأب الضوء فوق البنفسجي.
يمكن تقسيم الأشعة فوق البنفسجية إلى UVA (الطول الموجي 400 نانومتر إلى 320 نانومتر، التردد المنخفض والموجة الطويلة)، UVB (الطول الموجي 320 نانومتر إلى 280 نانومتر، التردد المتوسط والموجة المتوسطة)، UVC (الطول الموجي 280 نانومتر إلى 100 نانومتر، التردد العالي والموجة القصيرة)، EUV ( 100 نانومتر إلى 10 نانومتر، تردد عالي جدًا) 4 أنواع.
في عام 1877، أفاد داونز وبلانت لأول مرة أن الإشعاع الشمسي يمكن أن يقتل البكتيريا في الوسائط الثقافية، الأمر الذي فتح أيضًا الباب أمام البحث وتطبيق التعقيم والتطهير بالأشعة فوق البنفسجية. في عام 1878، اكتشف الناس أن الأشعة فوق البنفسجية الموجودة في ضوء الشمس لها تأثير تعقيم وتطهير. في عامي 1901 و1906، اخترع البشر قوس الزئبق، وهو مصدر صناعي للضوء فوق البنفسجي، ومصابيح الكوارتز ذات خصائص أفضل لنقل الضوء فوق البنفسجي.
في عام 1960، تم تأكيد آلية التعقيم والتطهير بالأشعة فوق البنفسجية لأول مرة. من ناحية، عندما يتم تشعيع الكائنات الحية الدقيقة بالأشعة فوق البنفسجية، فإن الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) الموجود في الخلية البيولوجية يمتص طاقة الفوتون فوق البنفسجي، وتشكل حلقة سيكلوبوتيل ثنائيًا بين مجموعتي ثيمين متجاورتين في نفس السلسلة من جزيء الحمض النووي. (ثايمين ديمر). بعد تشكيل الديمر، يتأثر الهيكل الحلزوني المزدوج للحمض النووي، وسيتوقف تخليق بادئات الحمض النووي الريبي (RNA) عند الديمر، ويتم إعاقة وظائف النسخ والنسخ للحمض النووي. من ناحية أخرى، يمكن أن تتولد الجذور الحرة تحت الأشعة فوق البنفسجية، مما يسبب التأين الضوئي، وبالتالي منع الكائنات الحية الدقيقة من التكاثر والتكاثر. تكون الخلايا أكثر حساسية للفوتونات فوق البنفسجية في نطاقات الطول الموجي القريبة من 220 نانومتر و260 نانومتر، ويمكنها امتصاص طاقة الفوتون بكفاءة في هذين النطاقين، وبالتالي تمنع تكرار الحمض النووي. يتم امتصاص معظم الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي 200 نانومتر أو أقل في الهواء، لذلك يصعب انتشارها لمسافات طويلة. ولذلك، فإن الطول الموجي الرئيسي للأشعة فوق البنفسجية للتعقيم يتركز بين 200 نانومتر و300 نانومتر. ومع ذلك، فإن الأشعة فوق البنفسجية الممتصة تحت 200 نانومتر سوف تحلل جزيئات الأكسجين في الهواء وتنتج الأوزون، والذي سيلعب أيضًا دورًا في التعقيم والتطهير.
إن عملية التلألؤ من خلال التفريغ المثار لبخار الزئبق معروفة منذ بداية القرن التاسع عشر: يتم وضع البخار في أنبوب زجاجي، ويتم تطبيق جهد كهربائي على قطبين كهربائيين معدنيين على طرفي الأنبوب، وبالتالي إنشاء "قوس الضوء" مما يجعل البخار يتوهج. وبما أن نفاذية الزجاج للأشعة فوق البنفسجية كانت منخفضة للغاية في ذلك الوقت، لم يتم تحقيق مصادر الضوء فوق البنفسجية الاصطناعية.
في عام 1904، استخدم الدكتور ريتشارد كوخ من شركة Heraeus في ألمانيا زجاج الكوارتز عالي النقاء والخالي من الفقاعات لإنشاء أول مصباح كوارتز للأشعة فوق البنفسجية للزئبق، وهو Original Hanau® Höhensonne. ولذلك يعتبر كوخ مخترع مصباح الزئبق فوق البنفسجي ورائدًا في استخدام مصادر الضوء الاصطناعي لتشعيع الإنسان في العلاج بالضوء الطبي.
منذ ظهور أول مصباح زئبق كوارتز يعمل بالأشعة فوق البنفسجية في عام 1904، بدأ الناس في دراسة تطبيقه في مجال التعقيم. في عام 1907، تم تسويق مصابيح الكوارتز فوق البنفسجية المحسنة على نطاق واسع كمصدر للضوء للعلاج الطبي. في عام 1910، في مرسيليا، فرنسا، تم استخدام نظام التطهير بالأشعة فوق البنفسجية لأول مرة في ممارسة الإنتاج لمعالجة إمدادات المياه في المناطق الحضرية، بقدرة معالجة يومية تبلغ 200 متر مكعب في اليوم. حوالي عام 1920، بدأ الناس في دراسة الأشعة فوق البنفسجية في مجال تطهير الهواء. في عام 1936، بدأ الناس في استخدام تكنولوجيا التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية في غرف العمليات بالمستشفيات. في عام 1937، تم استخدام أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية لأول مرة في المدارس للسيطرة على انتشار الحصبة الألمانية.
في منتصف الستينيات، بدأ البشر في تطبيق تكنولوجيا التطهير بالأشعة فوق البنفسجية في معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية. في الفترة من 1965 إلى 1969، أجرت لجنة الموارد المائية في أونتاريو في كندا بحثًا وتقييمًا حول تطبيق تكنولوجيا التطهير بالأشعة فوق البنفسجية في معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية وتأثيرها على استقبال المسطحات المائية. في عام 1975، أدخلت النرويج التطهير بالأشعة فوق البنفسجية، لتحل محل التطهير بالكلور بالمنتجات الثانوية. تم إجراء عدد كبير من الدراسات المبكرة حول تطبيق التطهير بالأشعة فوق البنفسجية في معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية.
ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن العلماء في ذلك الوقت أدركوا أن الكلور المتبقي في عملية التطهير بالكلور المستخدمة على نطاق واسع كان سامًا للأسماك والكائنات الحية الأخرى في المسطحات المائية المستقبلة. وقد تم اكتشاف وتأكيد أن طرق التطهير الكيميائي مثل التطهير بالكلور يمكن أن تنتج منتجات ثانوية مسرطنة ومسببة للانحرافات الجينية مثل ثلاثي الهالوميثان (THMs). دفعت هذه النتائج البشر إلى البحث عن طريقة تطهير أفضل. في عام 1982، اخترعت شركة كندية أول نظام تطهير بالأشعة فوق البنفسجية مفتوح القناة في العالم.
في عام 1998، أثبت بولتون فعالية الأشعة فوق البنفسجية في تدمير الأوليات، وبالتالي تعزيز تطبيق تكنولوجيا التطهير بالأشعة فوق البنفسجية في بعض معالجات إمدادات المياه في المناطق الحضرية على نطاق واسع. على سبيل المثال، بين عامي 1998 و1999، تم تجديد محطتي إمداد المياه Vanhakaupunki وPitkäkoski في هلسنكي بفنلندا، على التوالي، وأضيفت أنظمة تطهير بالأشعة فوق البنفسجية، بقدرة معالجة إجمالية تبلغ حوالي 12000 متر مكعب في الساعة؛ قامت شركة EL في إدمونتون، كندا أيضًا بتركيب مرافق تطهير بالأشعة فوق البنفسجية في عام 2002 تقريبًا، بقدرة معالجة يومية تبلغ 15000 متر مكعب في الساعة.
في 25 يوليو 2023، أصدرت الصين المعيار الوطني "معيار مصباح مبيد للجراثيم بالأشعة فوق البنفسجية رقم GB 19258-2003". الاسم القياسي الإنجليزي هو: مصباح مبيد للجراثيم بالأشعة فوق البنفسجية. في 5 نوفمبر 2012، أصدرت الصين المعيار الوطني "الرقم القياسي للمصابيح المبيدة للجراثيم بالأشعة فوق البنفسجية ذات الكاثود البارد GB/T 28795-2012". الاسم القياسي الإنجليزي هو: مصابيح مبيد للجراثيم تعمل بالأشعة فوق البنفسجية ذات الكاثود البارد. في 29 ديسمبر 2022، أصدرت الصين "القيم الحدية لكفاءة الطاقة والعدد القياسي لمستوى كفاءة الطاقة لكوابح مصابيح تفريغ الغاز للإضاءة العامة: GB 17896-2022" المعيار الوطني، الاسم القياسي باللغة الإنجليزية: الحد الأدنى من القيم المسموح بها لكفاءة الطاقة والطاقة سيتم تنفيذ درجات كفاءة كوابح مصابيح تفريغ الغاز للإضاءة العامة في 1 يناير 2024.
في الوقت الحاضر، تطورت تكنولوجيا التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية إلى تكنولوجيا تطهير آمنة وموثوقة وفعالة وصديقة للبيئة. تحل تكنولوجيا التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية محل طرق التطهير الكيميائي التقليدية تدريجيًا وتصبح تكنولوجيا التطهير الجاف السائدة. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في مختلف المجالات في الداخل والخارج، مثل معالجة غاز النفايات، ومعالجة المياه، وتعقيم الأسطح، وتعقيم الهواء، وما إلى ذلك.
وقت النشر: 08 ديسمبر 2023