Uno dei principali vantaggi della radiazione ultravioletta, rispetto ad altre soluzioni per la disinfezione, è la possibilità di avere un modello matematico preciso dell’intero processo. Questo modello può essere usato come base per dimensionare correttamente le installazioni UV-C.
La radiazione ultravioletta rende inattivi i microrganismi spezzando i legami alla base del DNA e dell’RNA. È quindi fondamentale calcolare il dosaggio di radiazione che arriverà sul microrganismo.
Dosaggio e unità di misura
La dose di esposizione alla radiazione ultravioletta D viene calcolata come
D = t I_RDove t è il tempo di esposizione espresso in secondi e I_R è invece l’irradianza misurata in W/m^2., ovvero la potenza in Watt per unità di superficie. L’unità di misura del dosaggio è quindi J / m^2: l’energia in Joule per unità di superficie.
In letteratura si trovano a volte altre unità di misura, quali i milliWatt per centimetro quadrato mW / cm^2 o i milliJoules per centimetro quadrato mJ / cm^2.
La conversione è in ogni caso immediata:
1 \frac{W}{m^2} = 0.1 \frac{mW}{cm^2}1 \frac{J}{m^2} = 0.1 \frac{mJ}{cm^2} .
Inattivazione al 90% e al 99%
In letteratura il valore del dosaggio che porta all’inattivazione del 90% di un particolare microrganismo viene indicato con D_{90}. Allo stesso modo, per indicare una inattivazione del 99% si usa il termine D_{99}.
Questi sono valori molto alti di inattivazione, in cui solo il 10% o l’1% della popolazione microbica resta attiva.
Risultano interessanti in quanto permettono di dimensionare i sistemi necessari alla disinfezione rispetto ad un particolare microrganismo.
Decadimento
Come avviene per il decadimento radioattivo degli atomi, la quantità di microrganismi resi inattivi da una data radiazione ultravioletta costante, è proporzionale al numero di microrganismi ancora attivi.
Questo fa sì che l’inattivazione segua una decrescita esponenziale. Ovvero, ammesso che il dosaggio ricevuto al tempo t sia D, la frazione di microrganismi ancora attivi al tempo t sarà
S = e^{-kD}dove k è una costante propria di ogni microrganismo, espressa in m^2 / J. Questo parametro indica la suscettibilità del microrganismo alla radiazione ultravioletta, in quanto più è elevato e maggiore sarà l’effetto di un dato dosaggio D.
Accuratezza
L’accuratezza di questo modello è stata ripetutamente testata negli anni da molti studi scientifici indipendenti su molti microrganismi diversi.
Esistono naturalmente molti possibili affinamenti. Ad esempio è possibile modellare la decrescita esponenziale come una decrescita in più fasi, oppure introdurre considerazioni sulle temperature o sui processi di fotoriattivazione.
Tuttavia è stato comprovato che, fino a valori di D_{90} o D_{99}, il modello qui presentato è estremamente accurato.