مقدمه ای بر امواج الکترومغناطیس و معرفی طیف های بی خطر ضدعفونی کننده
ماهیت نور:
از ابتدا این سوال برای بشر مطرح بوده است که ماهیت نور چیست و از چه چیزی تشکیل شده است و پاسخ های گوناگونی به این سوال داده شده است که در طی این سال ها هر کدام نقض یا تکمیل شده است. امروزه نظریه ای که بیش از همه مطرح است دو نظریه ی موج های الکترومغناطیسی و نظریه ی کوانتوم یا فوتون می باشد.
ساده ترین تعریف نور توسط ماکسول انجام شده است. طبق نظریه ی او، نور، پرتوهای الکترومغناطیسی است که از منبع در همه ی جهات منتشر می شود. موج های نور بر خلاف موج های صوتی که به وسیله لرزش ذرات به صورت خطی منتقل می شود، از ذرات ماده تشکیل نشده است. بلکه از میدان های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل می شوند که این میدان ها بر یکدیگر و بر جهت پیشروی موج عمود هستند. از آنجایی که پرتوهای نور از ذرات تشکیل نشده است، می تواند در خلأ هم انتشار یابد.
تنها نور می تواند در خلأ انتشار یابد. تصور کنید چه اتفاقی می افتاد اگر صوت هم در خلع انتشار می یافت؟ صداهای هولناکی از فوران خورشید و ستاره ها در زمین قابل شنیدن می شدند.
خصوصیات امواج الکترو مغناطیس:
طول موج: به فاصله ی بین بالاترین نقطه موج تا قله ی دیگر را طول موج (λ) می نامند. بیشتر تفاوت شاخصه های امواج الکترومغناطیس بوسیله ی تفاوت طول موج آنها بیان می شود.
فرکانس: به تعداد نوسانات در هر ثانیه بسامد یا فرکانس (f) گفته می شود. که با واحد هرتز (Hz) مشخص می شود. در امواج الکترومغناطیسی، رابطه ی مستقیمی بین فرکانس و طول موج برقرار است که به شرح زیر می باشد.
c = λ.f
آلبرت اینشتین در رابطه ی نسبیت خود یافت که سرعت امواج مغناطیسی همچون نور در خلاء، نه تنها بیشترین است بلکه تنها ثابت واقعی در جهان است. سرعت نور حدود 300,000 کیلومتر بر ساعت می باشد.
طیف امواج الکترومغناطیسی:
طیف امواج الکترومغناطیسی بسیار وسیع است. بازه ای از طول موج های بزرگ رادیویی (طول موج هایی تا 2000 متر) تا طول موج های کوتاه رادیویی AM و FM ، مایکروویو، پخش تلویزیونی و امواج ارسالی رادار (طول موج های 1 متر و کمتر). بعد از این موج ها شاهد طول موج های گرما یا مادون قرمز هستیم در طول موج هایی کمتر از یک هزارم میلی متر. سپس به موج هایی با طول موج بین 780 تا 389 نانومتر می رسیم که بخش قابل دیدن طیف الکترومغناطیسی است که به نام "نور" شناخته می شود.
گستره طول‌موجی نور
نور گستره طول‌موج وسیعی دارد. ناحیه نور مرئی از حدود ۴۰۰ نانومتر و از آبی تا ۷۰۰ نانومتر به قرمز است که در وسط آن طول‌موج ۵۵۵ نانومتر به رنگ زرد، که چشم انسان بیشترین حساسیت را نسبت به آن دارد یک ناحیه پیوسته که ناحیه مرئی را در بر میگیرد.
نقاط پایانی که در بالا ذکر شدند، با توجه به قابلیت‌های چشم انسان هستند. اما بسیاری از حیوانات توانایی دیدن طول موج‌های فراتر از محدوده‌ی دید انسان را دارند. برد قابلیت دید آنها به محدوده‌هایی توسعه می‌یابد که ما آن را طیف مادون قرمز یا فرا بنفش می‌نامیم. در این مفهوم، محدوده‌ی طول موج‌ها می‌تواند نسبی باشد. آن‌چه که به صورت رنگ مشاهده می‌کنیم، به سیستم بصری و پاسخ مغز ما به مجموعه‌ای از امواج الکترو مغناطیسی خاص بستگی دارد. بنابراین، طول موج‌ها در واقع مفاهیمی مطلق هستند اما رنگ‌هایی که ما قادر به دیدن آنها هستیم به دستگاه بصری ما بستگی دارند.
رنگ‌های نور
نور در اصل از هزاران رنگ تشکیل شده است که هفت رنگ اصلی دارد:قرمز، نارنجی، زرد سبز، ابی، نیلی، بنفش. رنگ‌های زرد، قرمز، نارنجی حامل انرژی گرمایی هستند. ایزاک نیوتن، این موضوع را با عبور دادن نور از منشور فهمید. او در شیشه پنجره اتاقش سوراخی ایجاد کرد و منشور را با فاصله یک متری از شیشه قرار داد در نتیجه هفت رنگ نور با فاصله یک متر از یکدیگر پراکنده شدند وسپس ذره‌بین را در مقابل هر رنگ قرار داد تا متوجه شود که گرمای نور از کجا ایجاد میشود.
فرابنفش UV:
از کل اشعه هایی که از خورشید به زمین می تابد حدود 5 درصد آن اشعه UV است. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، طول موج UV در محدوده 400-100 نانومتر می باشد که به سه دسته UVA با طول موج 400-315 نانومتر، UVB با طول موج 315-280 نانومتر و UVC با طول موج 280-100 نانومتر تقسیم بندی می شوند. از 200 تا 300 نانومتر را گاهfar UV نیز می گویند. این تقسیم بندی مربوط به دومین کنگره بین المللی نور (The Second International Congress on Light) است که در سال 1932 به تصویب رسید، با این حال متخصصین پوست و محیط زیست از تقسیم بندی دیگری که بیشتر بر اساس اثرات بیولوژیکی طول موج های مختلف است استفاده می کنند که شامل UVA با طول موج 400-320 نانومتر، UVB با طول موج 320-290 نانومتر و UVC با طول موج 290-200 نانومتر است.
در ظهر یک روز آفتابی 95% اشعه تابشی UVA و 5% از نوع UVB است که کل UVC و بیشتر UVB توسط لایه ازن استراتوسفری جذب می شود. درعمل اشعه گامـا و ایکـس کـه طـول مـوج کمتری دارند قــدرت نفــوذ بیشتر و اثــر میکــروبکشی شدیدتری از پرتو فرابنفش نشان می دهند، اما استفاده از آنهـا دشوار و خطرناک است. تفاوت اثر این امواج بـر حیات میکروب ها به طول موج و مقدار انـرژی اشـعه بسـتگی دارد. انرژی فوتون هایی که از منابع تابش تولید شده، به فرکانس تابش بستگی داشته و با رابطه زیر نشان داده میشود.
UVA و UVB هردو بر ملانوسیت های پوست اثـر کرده و آزاد سازی ملانین را منجر می شود. ناحیهUV– B بخشی از اشعه است که موجب التهاب های شدید پوسـتی می شـود .ناحیه UV– C که اشعه با طول موج کمتر از 280 نانومتر را شامل میشـود دارای قـدرت جرم کشی یا میکروب کشی است، بدین صورت که تابش UV منجر به شکست و انهدام ژنوم میکروارگانیسم ها شامل باکتری، ویروس، قارچ و…. چه از نوع DNA و چه RNA می شود که اثر ضدعفونی کنندگی مناسبی در آب یا هوا را بدنبال دارد.
دو جنبه مهم فرآیند گندزداییUV-C ، کارایی و ایمنی آن است. اگر ما میخواهیم ضدعفونی کارآمدی داشته باشیم، باید فضا و سطوح خود را با جزئیات، توانایی‌ها و محدودیت‌های منبع UV استفاده شده و عوامل بیماریزایی را که میخواهیم از بین ببریم، خوب بشناسیم. همچنین، ما باید مراقب موارد ایمنی باشیم که هنگام استفاده ازUV به کسی آسیب نرسانیم. یکی از معیارهای اصلی که باید مورد توجه قرار گیرد، سایه‌زدایی است که به‌طور قابل توجهی در اثربخشی ضدعفونی‌کنندگی UV-C تأثیر می‌گذارد. این فرآیند می‌تواند ماکروسکوپی (میکروب پشت اشیا) یا میکروسکوپی (جایی که میکروب‌های ریز در شکاف سطح پنهان میشوند) باشد. در هر دو حالت، اگر میکروب‌ها در مناطق سایه‌دار باشند، غیرفعال نمی‌شوند.
مسئله اول ایمنی است. از آنجایی که قرار گرفتن در معرض مستقیم اشعه فرابنفش بر موجودات زنده تأثیر می‌گذارد، قبل از شروع ضدعفونی کردن، همه افراد یا سایر موجودات زنده که نباید در معرض خطر قرار بگیرند، باید اتاق را ترک کنند. ما همچنین باید مواد موجود در اتاق را مورد توجه قرار دهیم زیرا قرار گرفتن چند باره در معرض اشعه UV-C به‌مدت طولانی می‌تواند منجر به آسیب به سطوح (به‌ویژه پلیمری) شود.
دوم اینکه، برای ضدعفونی شدن با اشعه فرابنفش، فضایی که قرار است ضدعفونی شود باید در ابتدا تمیز شود، به‌عنوان مثال خاصیت جذب کنندگی مایعاتی مانند خون، موفقیت در غیرفعال سازی پاتوژن‌ها را کاهش میدهد. تمام اشیا غیر ضروری که سایه‌های ماکروسکوپی ایجاد میکنند باید برداشته شوند. پارچه‌های کف یا داخل کمد لباس‌ها، در صورت عدم دسترسی به اشعه فرابنفش، میکروب‌هایشان غیرفعال نمی‌شود.
سطوح مختلف و شکافهای زیادی وجود دارد که در آنها باکتریها و ویروسها میتوانند رشد کنند. هنگام ضدعفونی محیط اتاق، استفاده از سیستم‌هایی که امکان دسترسی به هر سطحی (از جمله کف) را، بدون توجه به مسافت دارند، ضروری است. در فرآیند ضدعفونی، توجه به اشیا یا مواد موجود بین منبع UV و سطح تابش شده بسیار مهم است.
مسئله سوم زمان قرار گرفتن در معرض تابش است. از آنجا که تابش با مربع فاصله از منبع UV نسبت عکس دارد و توان تابشی منبع نیز معمولاً ثابت است، این فاصله و مدت زمان قرار گرفتن در معرض تابش برای دستیابی به دوز مورد نیاز، بسیار مهم است. برای رسیدن به نتیجه بهتر، چندین منبع UV میتوانند ترکیب شوند. چندین سیستم نصب شده در قسمت‌های مختلف مانند گوشه‌ها، دیوارها و سقف و یا روبات‌های متحرک، قدرت تابشی موجود را افزایش میدهند. با استفاده از این روش، میتوان اطمینان داشت که کاهش لگاریتمی مربوط به دوز UV مورد نیاز برای زدودن نوع خاصی از پاتوژن‌ها، در اتاق حاصل میشود. برای بهینه‌سازی نتایج ضدعفونی و استفاده از زمان کمتر، ایده‌آل این است که منبع به سطوح نزدیک شود. شیب زاویه منبع اشعه فرابنفش به سمت جسم نیز مهم است زیرا سطوح عمود، انرژی بیشتری جذب میکنند و سایه‌های میکروسکوپی نیز ضدعفونی میشوند و بافت سطح به‌صورت بهتری قابل دسترسی است.
استاندارد 11722 سازمان ملی استاندارد : ایمنی پرتوزیستی لامپ ها و سامانه های لامپ
برای ارزیابی ایمنی پرتوزیستی یک چشمه اپتیکی طیف گسترده همچون لامپ قوس الکتریکی ، لامپ رشته ای ، لامپ فلورسنت ، یک آرایه از لامپ ها یا سیستم لامپ، با طول موج 200 تا 3000 نانومتر، از استاندارد 11722 سازمان ملی استاندارد استفاده میشود. این استاندارد نسخه ترجمه شده استاندارد بین المللی IEC 62471 با نام Photobiological safety of lamps and lamp systems میباشد. در متن این استاندارد بنا بر اینکه چشمه اپتیکی، بصورت پالسی یا پیوسته میباشد، و اینکه نور ساطع شده در چه محدوده طول موج میباشد، مضرات آن بر بدن انسان خصوصا چشم و پوست که بیشترین حساسیت را دارند مشخص میشود.
برای مثال در پیوست الف این استاندارد، آب مروارید فروسرخ که با نام آب مروارید ناشی از حرارت در صنایع یا آب مروارید کارگران کوره یا آب مروارید شیشه گری هم شناخته میشود، بر اندام چشم و در طول موج های 700 تا 1400 نانو متر بر اساس تابع وزن دهی های خاصی صورت میپذیرد که در این استاندارد کامل به آن پرداخته میشود. از دیگر اثرات بیولوژیکی که در این استاندارد به آن پرداخت میشود: التهاب قرنیه با پرتو، التهاب شبکیه با پرتو، آسیب گرمایی شبکیه ای، آب مروارید فرابنفش و سرخ شدگی پوست ناشی از فرابنفش میباشد.
در این استاندارد بعد از بررسی طول موج های ساطع شده از منبع نور و بررسی آن بر بدن انسان، نهایتا منبع نوری در 4 طبقه بی خطر ، کم خطر (خطر 1)، خطرناک (خطر 2)، و بسیار خطرناک (خطر 3) طبقه بندی میشوند.
گروه بسیار خطرناک لامپ هایی هستند که تابش آن ها به گونه ای است که حتی مواجه لحظه ای یا خیلی کوتاه با آنها برای مدت خیلی کوتاه نیز بسیار خطرناک است. مانند لامپ های UV
اخیرا یک شرکت دانش بنیان در مرکز رشد دانشگاه علوم پزشکی ایران، لامپ هایی طراحی و تولید کرده که قابلیت ضدعفونی کردن را دارد و در گروه بیخطر قرار میگیرند و از وزارت بهداشت نیز مجوزهای لازم را اخذ کرده است. با عبارت ساده تر از این لامپ ها میتوان در حضور انسان، استفاده نمود. این لامپ ها در بیمارستان ها و اتاق عمل ها نیز نصب شده است و عملکرد آن در محدوده نور مرئی 400 تا 700 نانومتر که کاملا بیخطر است قرار میگیرد. بنابراین این چشمه های نور، توامان دو عمل روشنایی محیط و ضدعفونی کردن را انجام میدهند و با توجه به اینکه دائما این لامپها روشن میباشد، همواره عمل ضدعفونی کردن را در مکان مورد تابش انجام خواهند داد.
لازم به ذکر است استاندارد IEC 62471 در ایران، توسط شرکت های مورد تایید سازمان ملی استاندارد، انجام میگردد.
منابع: نسخه ترجمه شده استاندارد بین المللی IEC 62471
(The Second International Congress on Light)
استاندارد ISIRI11722
تهیه و تنظیم: آقای مهندس سید علیرضا حسینی