UV-C LEDs Desinfektion

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Moderator: T.Hoffmann

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macweb
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Di, 11.06.19, 14:20

Hallo zusammen

Eine Frage an Euch. Es geht um Keimfrei machen mit UV-C Led mit 278 nm Wellenlänge. Das dies funktioniert ist bekannt. Mir ist aber die Angabe in der folgenden Grafik nicht klar. sind das Mili Joule / cm2? Die Rede ist von 10 mj/cm2 30 Sekunden land bestrahlen...
UV Dosis.jpg
UV Dosis.jpg (3.45 KiB) 3679 mal betrachtet
Wie nah müsste denn eine der folgenden Leds an der Fläche sein die ich keimfrei haben will aus der nachfolgenden Tabelle? Ist es mit diesen überhaupt möglich?
LED Typen.jpg
LED Typen.jpg (24.7 KiB) 3679 mal betrachtet
Ich bin recht neu auf dem Gebiet.

Vielen Dank!

Grüsse Marc
dieterr
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Di, 11.06.19, 18:27

Lies dich mal damit http://uv-fresh.de/wp-content/uploads/2 ... v1.6.7.pdf ein. Auch solltest du "keimfrei" etwas präzisieren. Desinfizieren heißt nicht, dass danach nichts mehr da ist, nur um einen Faktor x weniger wie vorher.

"Die Rede ist von 10 mj/cm2 30 Sekunden ": ist vielleicht 10mW/cm2 für 30s gemeint? mJ (mWs) ist in dem Zusammenhang Quark, weil die Zeit ja schon enthalten ist (Strahlungstärke = mW; Strahlungsleistung = mJ)

Generell sollten die 100mW Strahlungsstärke schon desinfizierenden Charakter haben. Du sagst ja nicht, wie groß die Fläche ist und wieviel Zeit du hast.
Buddhamilch
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Di, 11.06.19, 18:44

Die Led hat einen Abstrahlwinkel von 120°.
Um eine Fläche von 1cm² beleuchten zu können muss die Led einen Abstand von 3,7mm haben.

Der Leuchtfleck einer Led ist meist rund.
Umrechnung einer quadratischen Fläche in eine kreisförmige Fläche.
1cm² / Pi = r²
r² x 2 = D

1cm² --> Durchmesser 1,283cm.

Abstand der Led (Formel für Excel oder OpenOfficeCalc):
D/Tan((Abstahlwinkel/2)*Pi()/180)/2

1,283cm/Tan((120°/2)*Pi()/180)/2 = 0,37cm = 3,7mm.

Die optische Strahlungsleistung beträgt 100mW.
Wird mit einem Abstand von 3,7mm eine Fläche beleuchtet, wären das 100mW/cm².

Umrechnung in eine Dosis:
mJ/cm² / mW/cm² = Zeit (t)



Falls Du nicht ganz so viel rechnen möchtest:
Luminus will demnächst auch mit UV-C Leds den Markt erobern
Die XST-3535-UV hat ebenfalls einen Abstrahlwinkel von 120°, aber eine optische Strahlungsleistung von 117mW @ 350mA.
Die Led wird allerdings noch nicht angeboten.

Für diese Led gibt es bereits eine Studie, um folgenden Bazillen den Garaus zu machen:
Escherichia coli = ATCC 25922
Staphylococcus Aureu (MRSA) = ATCC 6538
Monilia Albican = ATCC 10231

In dessen PDF (3 Seiten, englisch) wurde zumeist mit einem Abstand von 10mm und einer Zeit von 20sec getestet.
Die Ergebnisse auf Seite 3 entstanden nach 4 Durchläufen a 20 Sekunden = 80 Sekunden.

Die besten Ergebnisse erhält man mit 6 Durchläufen (siehe Seite 2 im PDF):
1. Durchlauf --> Reduzierung um 90%
2. Durchlauf --> Reduzierung um 99%
3. Durchlauf --> Reduzierung um 99,9%
4. Durchlauf --> Reduzierung um 99,99%
5. Durchlauf --> Reduzierung um 99,999%
6. Durchlauf --> Reduzierung um 99,9999%. Restrisiko: 1 von 1 Million.

Nachtrag:
Da die von Dir ausgesuchte Led nur 100mW hat, muss die Zeit um den Faktor 117mW/100mW=1,17 verlängert werden.
20sec x 1,17 = 23,4sec.
dieterr
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Mi, 12.06.19, 07:01

Interessante Application Note.

Kleine Korrektur: Log 6 heißt nicht 6 Durchläufe sondern Reduktion um 10hoch6. Je nach bestehendem Bioburden hat man Anforderungen an die Keimreduktion, typischerweise eben log 6, um ein steriles (cfu <1) Produkt/Oberfläche zu haben.

Spannend finde ich in der AN, dass genau 1x bei 100mm Abstand getestet wurde, bzw. nur für 1x ein Ergebnis berichtet wird. Nun kann man raten was das heißt für Parameter die nicht in der Tabelle stehen.

PS: Verlängerung der Zeit um Faktor 1,17 ist schön und korrekt gerechnet, aber sinnbefreit. Ab Faktor 2, eher 5 oder 10, macht das ganze auch biologisch Sinn.

PS2: Monilia albicans sollte besser als Candida albicans bezeichnet werden, aber über den strain wird es dann ja sowieso eindeutig
macweb
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Mi, 12.06.19, 08:17

Guten Tag zusammen
Vielen herzlichen Dank für die Antworten. Erst zu mir. Ich habe keine grosse Ahnung von der LED Technik. Darum erbete ich mir hilfe hier. Es ist auch nicht meine Absicht zwingend grosses Wissen anzueignen. Aber ich brauche Hilfe welche LEDs ich benutzen soll und wie lange bestrahlen damit um eine Fläche Keimfrei zu machen. Es geht eben um Pilze, Coli, Noro usw.

Folgender Fall. wenn die Fläche z.b. 25mmx150mm gross ist. Ich diese aus 1 cm Entfernung bestrahlen kann. Mit welchen LEDs kann man das realisieren damit man noch mit Batterien arbeiten Kann? solche Infos brauche ich.

Sehr gute Kontakte zu Elektronikern und Laboren für klinische Tests habe ich für meine Erfindung. Aber eben die LED Technik ist mir Fremd...

Das Beispiel hatte ich eben im Internet gefunden gehabt.

Vielleicht ist jemand von Euch so nett mir da zu helfen?

Ganz schöne Grüsse Marc
dieterr
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Mi, 12.06.19, 12:33

Bitte erzähle uns doch komplett was du vor hast. Klodeckel desinfizieren?
Beim Stichwort Batterie schellen bei mir leider die Alarmglocken. Autobatterie wirst du wohl nicht meinen :)
Und zum Thema "keimfrei" hatte ich ja schon was geschrieben. Ohne Grundlagen wird das kompliziert.
macweb
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Mi, 12.06.19, 14:05

Saluti

Naja Kloodeckel geht in die richtige Richtung. Ich möchte meine Idee nicht grad rumposaunen. :lol: Aber es ist in dem Bereich. Klar gibt es das schon irgendwie. Aber nicht auf meine Art und Weise.

Batterie, Eben klein. Keine Autobatterie....:-) Ob es dann wirklich geht zeigen die Labortests....

Schöne Grüsse
Marc
dieterr
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Mi, 12.06.19, 18:26

Also 25x150mm: Strahlformer wird schwierig um gleichmäßige Beleuchtung zu haben. Und ob wedeln so toll ist? Also 6 LEDs parallel (Tippfehler korrigiert), macht 2,1A bei 7V (14,7W).

Überschlagsrechnung:
Eine normale LiIon hat ~4V, 2Ah (8Wh / 28800Ws). 1 shot (20s) Desinfektion braucht ~300Ws. Du hast also knapp 100 shots, ohne Verluste gerechnet. Grob 20% Verlust abgezogen kommst du auf ca. 80 shots.

Etwas Kühlen/Wärme abführen sollte man die LEDs auch noch. Aber mehr sag ich jetzt nicht, müsste ja sonst Entwicklungsgebühren verlangen.

Na da bin ich mal gespannt, ob wir es dann mal in der Höhle des Löwen zu sehen bekommen 8)
Zuletzt geändert von dieterr am Do, 13.06.19, 07:41, insgesamt 1-mal geändert.
Buddhamilch
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Do, 13.06.19, 07:26

Also 6 LEDs in Reihe, macht 2,1A bei 7V (14,7W).

In einer Reihenschaltung addieren sich nur die Spannungen.
In einer Parallelschaltung addieren sich nur die Ströme.

Strahler geht gar nicht.
Möglich wäre aber eine Ledleiste.
Das UV-C Licht muss abgeschottet werden, damit es nicht in den normalen Raum eindringen kann. UV-C Strahlung ist gefährlich, besonders für die Augen.

Sollen 25x25mm mit 1 Led beleuchtet werden, müsste der Leuchtfleck im Durchmesser 35,35mm groß sein --> entspricht dem Diagonalmaß (e) einer quadratischen Fläche mit einer Kantenlänge von 25mm bzw. einer Fläche von 6,25cm². Die Led (120° Abstrahlwinkel) müsste dafür mit einem Abstand von 10,205mm montiert werden. Die Bestrahlungsstärke sinkt um den Faktor 6,25 auf nur noch 56mW/cm². Die Zeit müsste folglich um den gleichen Faktor verlängert werden = 125 Sekunden, damit eine gleich gute Desinfizierung erreicht werden kann. Für eine 10E6 Desinfizierung würden daraus 6x 125 Sekunden = 750 Sekunden bzw. 12,5 Minuten.

Bei einer Stromentnahme von 2,1A würde die Kapazität eines 2Ah Akku nur für 50 Minuten reichen bzw. für 4 Anwendungen.
Na da bin ich mal gespannt, ob wir es dann mal in der Höhle des Löwen zu sehen bekommen
Wahrscheinlich nicht. Es handelt sich nur um eine Anwendung, nicht jedoch um eine Innovation.
dieterr
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Do, 13.06.19, 08:04

Tippfehler korrigiert.

Ich halte meine Rechnung weiterhin für korrekt. Luminus schafft bei 10mm Abstand 4x4cm in 20s zu desinfizieren, bei 10mm Abstand. Abstrahlwinkel kenne ich nicht, könnte man sicher zurückrechnen. Dabei bitte berücksichtigen, dass die LED kein Punkt ist, sondern eine schon Fläche hat.
Faktorisierung zur Sicherheit kommt vermutlich noch früh genug, wenn man nicht nur E. coli betrachtet, und reale Oberflächen hat.

PS: dein Rechenfehler liegt darin, dass du von den 100mW/cm2 ausgehst. Für 100mJ/cm2 reicht also 1s, nicht 20s. Da ist dein Faktor 6 eher konservativ.
Buddhamilch
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Do, 13.06.19, 09:26

PS: dein Rechenfehler liegt darin, dass du von den 100mW/cm2 ausgehst. Für 100mJ/cm2 reicht also 1s, nicht 20s. Da ist dein Faktor 6 eher konservativ.

Nein, ich bin von 350mW/cm² ausgegangen.
Da die Fläche aber nicht 1cm² beträgt, sondern 2,5cmx2,5cm=6,25cm² groß ist, also um den Faktor 6,25 größer ist, verringert sich die Bestrahlungsstärke ebenfalls um den Faktor 6,25.
350mW/cm² / 6,25 = 56mW/cm².
Infolgedessen muss die Zeit um den gleichen Faktor vergrößert werden, um eine gleichgute Desinfizierung zu erhalten.

So ganz richtig ist meine Rechnung aber tatsächlich nicht.
Verwendet hatte ich das Diagonalmaß einer quadratischen Fläche mit einer Kantenlänge von 25mm. Der Leuchtfleck einer Led beleuchtet aber eine noch größere Fläche, nämlich (35,35mm/2)²xPI = 9,8145cm². Infolgedessen würden sogar nur 350mW/cm² / 9,8145cm = 35,66mW auf je 1cm² treffen.
dieterr
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Fr, 14.06.19, 20:07

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Buddhamilch
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Sa, 15.06.19, 08:32

@ dieterr:
ich mag Dich auch nicht.
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