UV-C

Die Entdeckung des ultravioletten Lichtes

Die Ultraviolettstrahlung, umgangssprachlich ultraviolettes Licht genannt, ist für den Menschen unsichtbare Strahlung mir einer Wellenlänge, die kürzer ist, als die des für den Menschen sichtbaren Lichtes aber wiederum länger als die Röntgenstrahlung.

Die Entdeckung der UVC Strahlung erfolgte bereits im Jahr 1801 durch den deutschen Physiker Johann Wilhelm aus den Erkenntnissen der Schwärzung von Silbersalzen im Sonnenlicht. Im Jahr 1878 entdeckten dann die englischen Forscher Downes und Blunt, dass Mikoorganismen stark reduziert werden, wenn diese dem Sonnenlicht ausgesetzt werden. Die darauf folgenden Forschungen konnten nachweisen, dass von dem unsichtbaren Anteil der Sonnenstrahlung unterhalb einer Wellenlänge von 320 nm eine keimtötende Wirkung ausgeht.

Das Spektral Licht und deren Bezeichnungen

Die Ultraviolette Strahlung kann vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden und umfasst den Spektralbereich gemäß Definition der DIN 5031-7 wie folgt:

Nahes UV (Schwarzlicht)                   UV-A (380 - 315 nm)
Mittleres UV (Dorno-Strahlung)     UV-B (315 - 280 nm)
Fernes UV                                     UV-C (280 - 200 nm)
Vakuum-UV                                 UV-C (200 - 100 nm)
Extremes UV                             EUV  (121 - 10 nm)

Die UV-Strahlung mit Wellenlängen unterhalb von 300 nm werden aufgrund der hohen Energiedichte zur Abtötung von Mikroorganismen herangezogen. Die sehr hohe Energiedichte des UV-C Lichtes löst bei den Mikororganismen eine entsprechende Reaktion aus. Danach kommt es bei der Wellenlänge von 254 nm - abhängig von der Bestrahlungsdosis - zu der Abtötung bzw. Beschädigung der Bakterien, Pilze, Schimmel und Viren, so dass deren DNA zerstört und eine weitere Zellteilung unterbunden wird.

Unterhalb von 200 nm ist die Strahlung so kurzwellig und energiegeladen, dass diese durch Sauerstoff (O2) absorbiert wird und dabei der molekulare Sauerstoff in zwei freie Sauerstoffradikale (2 O) gespalten wird. Diese beiden Sauerstoffradikale reagieren dann mit jeweils einem weiteren Molekül Sauerstoff (O2) zu Ozon (O3)

 
Abbildung: Spektral Licht

Die Dosierung der UV-C Strahlung zur Entkeimung

Im Rahmen empirischer Studien konnte nachgewiesen werden, dass die Reduktion der Keime durch die Zeit der Strahlung und deren Leistung einhergeht. Angegeben wird dieser Faktor als Produkt aus mW x s/cm 2 (Bestrahlungsintensität x Bestrahlungszeit pro cm2).

In der nachfolgenden Darstellung der verschiedenen Mikroorganismen zeigt sich, dass diejenigen, die eine höhe Empfindlichkeit gegenüber UVC Strahlung ausweisen, sich bereits mit einer geringen Energiedosis abtöten lassen (Coli Bakterium), während sich bspw. Influenza Viren nur mit einer sehr energiereichen Strahlung deaktivieren lassen. Die Tabelle zeigt weiterhin auch, dass die Anforderungen an die Entkeimungsrate letztlich die UV-Dosis bestimmen (Inaktivierung zu 90 oder bspw. 99,99%)  Auf die im Rahmen der Nahrungsmittelverarbeitung vorzufindenden Keime zeigt sich, dass gerade Hefen, Schimmelpilze und Sporen eine deutlich höhere Dosis benötigen. Gleiches gilt für die Inaktivierung von Mikroorganismen im medizinischen Bereich.

99,9 % germs inactivation:

BACTERIA (mW/cm2 x s)

Bacillus anthracis 13,7 Pseudomonas aeruginosa 16,5
B. Megatherium sp. (veg.) 3,4 Pseudomonas fluorescens 10,5
B. Megatherium sp. (spores) 8,0 S. typhitmurium 24,0
B. paratyphosus 9,6 Sarema lutea 59,0
B. subtilis (spores) 36,0 Seratia marcescens 7,2
Corynebacterium diphteriae 10,0 Shigella paradysenteriae 5,2
Eberthella typosa 6,3 Spirillum rubrum 13,0
Escherichlia coli 9,0 Staphylococcus albus 5,4
Micrococcus candidus 19,0 Staphylococcus aureus 7,8
Micrococcus sphaeroides 30,0 Staphylococcus hemolyticus 6,6
Neisseria catarrhalis 13,0 Staphylococcus lactis 18,0
Phytomonas tumefaciens 13,0 Staphylococcus viridans 6,0

YEASTS (mW/cm2 x s) FUNGI (mW/cm2 x s)

Saccharomyces ellipsoidens 18,0 Penicillium roqueforti (green) 39,0
Saccharomyces sp. 24,0 Penicillium expansum (olive) 39,0
Saccharomyces cerevisiae 18,0 Penicillium digitatum (olive) 132,0
Brewing yeast 9,9 Aspergillus glaucus (blue-green) 132,0
Baking yeast 11,7 Aspergillus flavus ( yellowish) 180,0
  Aspergillus niger (black) 396,0
  Rhisopus nigricans (black) 330,0
  Mucer racemosus A (light grey) 51,0
  Mucer racemosus B (light grey) 51,0
  Oospera lactis (white) 15,0

Für die Dimensionierung einer UV-C Entkeimung sind die verschiedenen Einflussfaktoren wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit zu berücksichtigen. Diese Auslegung basiert auf jahrelange Erfahrung, der Möglichkeit, Keimzahlmessungen vor Ort durchführen zu können und einer konsequenten Weiterentwicklung der UV-C Technologie. Diese Weiterentwicklung führt heute dazu, dass neben den UV-C Entkeimungssystemen auch steckerfertige Ozondesinfektionssysteme inklusive Ozonsteuerung und Ozonmesskopf angeboten werden können.

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