自从第一次推出白炽灯泡以来，固态照明的发明，特别是白光LED的发展，已经推动了照明领域最重大的转变。发光二极管（LED）的标题制作或显着的社会影响包括能效和环境效益。此外，LED的紧凑性开辟了设计选项的多功能性，在包括消费品，汽车，商业和工业在内的各种行业中都受到了广泛的欢迎。

同样，深紫外（UVC）LED的性能改进正在推动饮用水消毒系统的创新，因为这些设备开始符合POU系统在功率，寿命和价格点方面的经济要求。UVC LED为设计人员提供了更有效的杀菌光源。随着UVC LED在这些应用中获得牵引力，在如何计算所需功率输出方面出现了新的挑战，因为传统的基于汞的灯没有一对一的替代品。通过了解LED光谱发射对微生物作用光谱的影响，工程师可以开发出高度紧凑，耐用和有效的消毒系统。

UVC LED可提供正确的杀菌波长

在紫外线 消毒中，250至280纳米范围内的光最有效地灭活微生物的DNA，从而使它们无法繁殖。（传统上，POU系统设计人员依靠低压和中压汞弧灯来获得这种杀菌范围。）低压汞灯在253.7 nm处发出单一输出; 灯的总输出功率相当于UVC范围内的输出功率，尽管是非最佳波长。中压汞灯发出更广泛的波长范围，包括杀菌范围，但也有不必要的波长用于消毒目的（如图1所示）。实际上，在UVC范围内仅发射约20-30％的光。另一方面，UVC LED的连续光谱响应主要在期望的UVC范围内，这允许更有效的系统。

图1显示低压汞灯发射线与峰值吸收下方的典型DNA 吸收曲线相交。虽然这不是最佳的杀菌波长，但是DNA灭活有足够的发射。UVC LED的发射为消毒提供了更多关键波长的重叠，使其成为这些系统更有效的光源。然而，这些发射光谱的差异需要一种新的方法来考虑消毒效果。

确定UVC LED的杀菌能力

由于UVC LED在消毒应用中具有吸引力，工程师和产品设计人员需要一种有用且系统的方法来指定和比较有用的消毒功率输出。以与流明提供通用亮度测量相同的方式，这些应用中最有用的规格是用于灭活病原体的功率输出。这被称为杀菌能力。指定杀菌能力的最准确方法包括首先了解待灭活的特定病原体，然后知道其作用光谱（即病原体对波长的灵敏度的独特灵敏度分布）。一旦动作光谱对病原体确定（或在某些情况下的鸡尾酒病原体）特别相关的是，那些光谱与特定光源的发射光谱的交叉积是光源的杀菌能力。

波长敏感性的差异

病原体对UVC能量的敏感性各不相同; 然而，它们的峰值通常被理解为265nm。图2显示了水消毒系统中使用的三种常见目标或攻击病原体的作用光谱。

尽管这些病原体在大约265nm处都存在峰值吸收，但是对离散波长的灵敏度存在差异。表1示出了基于它们的光谱灵敏度的波长敏感性的这种差异。通过将UVC二极管的发射乘以加权，可以根据该特定病原体的可用于消毒的功率来确定功率输出。两个发射曲线或卷积的这种相乘提供了光源的杀菌功率值。

杀菌力在商业生产中的应用

随着UVC LED应用的扩展，提供商的数量将会增加。这将为OEM提供更多选择，但也会提供供应商产品规格的变化。在整个产品开发或设计过程中，工程师可能倾向于观察单个光源的每个光谱，以确定最佳基准性能标准。然而，大批量制造商要求采用更系统的方法来规范杀菌输出功率。这种卷积方法（即，根据杀菌能力标准化LED输出）具有期望的效果。
图3显示了许多UVC LED，它们的杀菌剂与总功率比（基于B. subtillis）绘制由ÖNORM标准定义）。虽然每个提供商的二极管总功率输出（Pt）是相同的，但二极管的不同峰值波长导致杀菌功率的大量分布。这可能意味着来自一个供应商的285纳米的等效功率二极管将仅提供来自第二供应商的265纳米器件的杀菌效果的40％至50％。图3还强调了二极管偏离DNA 峰值吸收（265 nm）时杀菌效果的不一致性。这可能是满足安全饮用水的剂量要求和在饮用水中留下活性病原体以感染顾客之间的差异。

结论

虽然复杂的微生物系统没有适合所有需求的单一方法，但这是简化的一个步骤，使工程师能够为可制造性创建合理的设计。高性能UVC LED使制造商能够从汞灯迁移到固态照明解决方案。UVC LED的杀菌波长效率更高，占地面积更小，可实现更有效的消毒系统。由于能够将病原体减少超过99.99％，因此UVC LED在水消毒方面已被证明有效。毫无疑问，这些光源是传统方法的可行替代方案，并将继续推动创新的新设计。