Sekumpulan penyelidik dari Bahagian Sains Sensor PML adalah sebahagian daripada projek yang akan memberi kesan langsung kepada keselamatan air minuman negara yang lebih baik.
Perubahan baru-baru ini dalam peraturan rawatan air permukaan Agensi Perlindungan Alam Sekitar (EPA) memberi mandat, antara lain, pemantauan dan kawalan yang lebih agresif terhadap pelbagai patogen, terutamanya termasuk Cryptosporidium. Mikrob itu, yang boleh menyebabkan penyakit atau kematian yang teruk, sangat tahan terhadap amalan pembasmian kuman berasaskan klorin. Sebagai salah satu cara untuk mengurangkan ancaman, EPA telah dipanggil untuk merawat air dengan radiasi ultraviolet (UV), yang juga berfungsi sebagai "halangan sekunder" untuk mengaktifkan (mencegah pembiakan) patogen utama lain seperti adenovirus dan virus lain, serta bakteria dan parasit seperti Giardia.
Air dirawat oleh lampu UV silinder yang digantung dalam paip, dan pencahayaan dipantau oleh unit sensor bersebelahan. Setiap patogen mempunyai tindak balas tidak aktif yang berbeza terhadap panjang gelombang yang berbeza, dan kini muncul bahawa patogen tertentu paling terdedah kepada panjang gelombang lebih pendek daripada yang paling pendek dalam spektrum yang dihasilkan oleh lampu konvensional. Kemajuan baru-baru ini dalam teknologi lampu UV tekanan sederhana (MP), bagaimanapun, telah membawa kepada peningkatan output cahaya UV pada panjang gelombang kurang daripada 240 nm, mendorong penyelidik untuk menangani pelbagai soalan yang tidak dapat diselesaikan.
Soalan-soalan itu termasuk: Panjang gelombang atau gabungan panjang gelombang (diistilahkan "spectra tindakan") yang paling berkesan di mana patogen? Berapa banyak irradiation diperlukan untuk mencapai "4-log" (99.99%) tidak aktif untuk mikrob yang berbeza? Bagaimana generasi baru sumber dan sensor UV boleh ditentukur dan disahkan dalam kemudahan air semua saiz di seluruh Amerika? Dan bagaimana tepat melakukan mikrob jinak, digunakan sebagai surrogate patogen dengan menguji kemudahan, mewakili prestasi tidak aktif dalam mikroorganisma sasaran pada panjang gelombang yang berbeza?
Semua soalan dan banyak lagi sedang disiasat oleh projek kerjasama pelbagai organisasi, yang diketuai oleh Karl Linden di University of Colorado dan dibiayai oleh Yayasan Penyelidikan Air*, dengan matlamat akhirnya membangunkan garis panduan untuk menguji sistem masa depan menggunakan lampu wap merkuri MP sebagai sumber UV.
"Kebanyakan data tindak balas spektrum untuk patogen yang berbeza telah ditubuhkan untuk lampu merkuri-wap tekanan rendah (LP) sebagai sumber UV di dalam paip air," kata Thomas Larason dari Kumpulan Sinaran Optik NIST, yang mengetuai sumbangan PML kepada projek air. "Lampu-lampu tersebut menghasilkan spektrum UV yang agak sempit berpusat pada 254 nm, dan kadang-kadang dirujuk sebagai lampu 'UV germicidal'. Tetapi peraturan EPA baru menyeru dos yang lebih tinggi, dan perhatian telah beralih kepada sumber tekanan sederhana, yang menghasilkan spektrum UV yang lebih luas, termasuk panjang gelombang di bawah 240 nm, dan menawarkan potensi penjimatan tenaga. Tetapi kesan panjang gelombang yang lebih pendek pada patogen tidak dicirikan dengan baik. Bagi sesetengah mikrob, hanya satu kajian telah dilakukan sehingga kini."
Data tersebut menunjukkan bahawa terdapat perbezaan dramatik dalam pengaktifan pelbagai mikrob pada panjang gelombang sub-250 nm yang berbeza. Awal tahun ini, kumpulan penyelidikan projek air yang didakwa mengkaji kesan-kesan yang ditanya Larason jika PML dapat menyediakan dos UV yang tepat dari peranti berkalirat NIST kepada pelbagai bakteria dan virus untuk menentukan spectra tindakan mereka. Larason mengambil permintaan itu kepada SIRCUS PML (Spectral Irradiance dan Radiance Responsivity Calibrations Menggunakan Sumber Seragam) kemudahan, yang menggunakan laser yang sentiasa ditala sebagai sumber sinaran. Dalam masa yang singkat, kakitangan SIRCUS mengambil laser mudah alih dan peralatan yang berkaitan dengan makmal ujian projek di Vermont untuk kajian yang dijadualkan membuat kesimpulan pada akhir tahun ini.
Peralatan SIRCUS mengeluarkan radiasi dari 210 nm sepanjang pelbagai eksperimen yang menarik dalam bentuk rasuk yang hampir berlanggar yang menyerang sampel mikrob, yang disimpan dalam hidangan Petri yang diletakkan di bawah pintu keluar rasuk.
"Pada peringkat ini," kata Larason, "kami menyediakan peralatan dan kepakaran untuk membantu projek mencari ciri-ciri tindak balas dos sebenar untuk mikrob yang berbeza pada panjang gelombang pendek. Antara lain, yang akan menentukan berapa banyak kuasa yang anda perlukan dalam lampu MP, yang seterusnya mempengaruhi kos tenaga. Selepas itu, kita mungkin akhirnya terlibat dalam mengurangkan piawaian penentukuran dan pengesahan untuk sumber dan sensor dalam julat 200 nm hingga 300 nm. Tetapi terlalu lama untuk mengatakan di mana semua ini akan memimpin."
Walau bagaimanapun, tidak terlalu lama untuk Persatuan Kerja Air Amerika untuk menyatakan penghargaannya. Dalam surat September 2012 kepada Pengarah PML Katharine Gebbie, persatuan itu memuji "kepakaran dan alat unik" yang dibawa ke projek itu oleh Larason bersama-sama dengan Keith Lykke, Steven Brown, Ping-Shine Shaw, dan Mike Lin SIRCUS. Kerja mereka "menyediakan maklumat yang kritikal kepada pemahaman kami tentang pengaktifan patogen oleh spektrum UV panjang gelombang rendah" yang akan "menentukan reka bentuk rawatan untuk rawatan UV tekanan sederhana dalam air minuman di seluruh Amerika Syarikat," kata surat itu.
Terima kasih kepada sumbangan penyelidik NIST dan peralatan SIRCUS, kerjasama ini telah menentukan responsif panjang gelombang patogen tertentu dan surrogate yang berkaitan dengan ketepatan yang lebih besar.
"Menggunakan laser UV terowong NIST, kami telah membangunkan standard emas untuk mengukur tindak balas panjang gelombang mikrob ujian dan patogen airborne untuk aplikasi pembasmian kuman UV di seluruh AS," kata Harold Wright of Carollo Engineers, Inc. di Boise, ID, penyumbang kepada projek penyelidikan. "Saya telah bekerjasama dengan Tom Larason dan orang-orang dari NIST mengenai dua projek pembasmian kuman UV yang ditaja oleh Yayasan Penyelidikan Air. Dengan kedua-dua projek, mereka membawa ke meja tahap kepakaran dalam aplikasi dan pengukuran cahaya ultraviolet yang tiada tandingan dalam industri kami."
Kerjasama itu juga mungkin mempunyai kesan di luar isu keselamatan minum air. "Ia memperluaskan bidang penyelidikan semasa dengan pelaburan yang minimum dalam peralatan dan tenaga kerja baru," kata Larason. "Tetapi ia juga terpakai di luar mikrobiologi kepada bidang teknologi lain seperti pemprosesan bahan (penyembuhan UV), perubatan (peranti ujian yang mengukur pendedahan UV), dan memperluaskan keupayaan penentukuran untuk irradiance dan dos."
