รังสี UV คืออะไร ? รู้จักกับรังสี UVA, UVB, UVC และ ทำไมรังสี UV ถึงใช้ฆ่าเชื้อโรคได้ ?

รังสี UV คืออะไร ? และทำไมแสง UV ถึงใช้ฆ่าเชื้อโรคได้ ?

ในยุคที่เชื้อไวรัส ที่เป็นภัยคุกคามที่อยู่ในความสนใจของคนทั้งโลก ทำให้ผลิตภัณฑ์ฆ่าเชื้อโรคต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น สเปรย์แอลกอฮอล์ เจลล้างมือ เครื่องฟอกอากาศเกรดการแพทย์ ที่จัดการกับเชื้อไวรัสด้วยแผ่นกรองอากาศความละเอียดสูง ได้กลายเป็นเครื่องมือที่ผู้คนนิยมใช้ในการรับมือกับเชื้อโรค

และยังมีอีกหนึ่งวิธีในการฆ่าเชื้อโรค ที่กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ คือการฆ่าเชื้อด้วยแสง UV (แสงอัลตราไวโอเลต) แต่บางคนอาจจะยังสงสัย หรือไม่เข้าใจว่าแสง UV คืออะไร ? แล้วแสง UV มีความสามารถในการฆ่าเชื้อโรค รวมถึงเชื้อโรคอื่น ๆ ได้จริงหรือไม่ ? เรามาหาคำตอบด้วยกันในบทความนี้ครับ

รังสี UV คืออะไร ?

เพื่อที่เราจะเข้าใจว่า รังสี UV คืออะไร ? เราต้องมาทำความเข้าใจกันก่อนว่า "แสง" คืออะไรกันเสียก่อน

แสง เป็น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ประเภทหนึ่ง ที่มี ค่าความถี่ (Frequency) อยู่ในช่วงที่สายตามมนุษย์สามารถมองเห็นได้

โดยที่ ค่าความถี่ ของ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็น เฮิรตซ์ (Hertz หรืออักษรย่อว่า Hz.) และค่าความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สายตามนุษย์สามารถมองเห็นเป็นสีสันได้ (Visible Light) อยู่ในช่วงระหว่าง 430,000,000,000,000 Hz. [เทียบเป็น 430,000 GHz.] (แสงสีแดง) ไปจนถึง 750,000,000,000,000 Hz. [เทียบเป็น 750,000 GHz.] (แสงสีม่วง)

และค่าความถี่ของสัญญาณ Wi-Fi อยู่ที่ 2,400,000,000 Hz. (หรือ 2.4 GHz.) จะเห็นว่าคลื่นสัญญาณ Wi-Fi มีค่าความถี่ต่ำกว่าช่วงที่สายตามนุษย์จะมองเห็นเป็นสีสันได้ ทำให้ในตอนกลางคืนที่เราปิดไฟในห้องลงทั้งหมด เราจะมองไม่เห็นสีสันใด ๆ (นอกจากความมืด) ทั้ง ๆ ที่มีสัญญาณ Wi-Fi (รวมถึงคลื่นความถี่วิทยุอื่น ๆ) อยู่ล้อมรอบตัวเราเต็มไปหมด

ขอบคุณภาพประกอบจากเว็บไซต์ oncelighting.eu แสดงให้เห็นสเปกตรัม (Spectrum) ช่วงความยาวของ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ทั้งในช่วงที่สายตามนุษย์สามารถมองเห็นได้ (Visible Light) และช่วงที่สายมนุษย์ไม่สามารถมองเห็น

ซึ่งรังสี UV หรือ รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) (ชื่อภาษาไทยว่า "รังสีเหนือม่วง") เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทหนึ่ง ที่ถูกปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ (รวมถึงหลอดไฟ UV ฆ่าเชื้อโรค) และมีค่าความถี่อยู่ในช่วงที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (ค่าความถี่ของ UV สูงกว่าช่วงที่สายตามุนษย์สามารถมองเห็นได้)

แต่สาเหตุที่เราสามารถมองเห็นแสงสีฟ้าในห้องที่เปิดไฟจากหลอด UV ก็เนื่องจากรังสีอัลตราไวโอเลตจากหลอดไฟ UV ส่องไปกระทบวัตถุที่มีความสามารถในการเรืองแสง UV (UV Fluorescent Substance) โดยที่พลังงานบางส่วนของ UV ถูกวัตถุนั้นดูดกลืนไป และมีการสะท้อนกลับคลื่นความถี่ที่ต่ำกว่าระดับ UV ออกมา ซึ่งเป็นคลื่นความถี่ในช่วงที่สายตามนุษย์สามารถมองเห็นได้ ทำให้เรามองเห็นเป็นโทนสีฟ้าหรือสีม่วง (ซึ่งเป็นสีในย่านความถี่สูงสุดที่สายตามนุษย์มองเห็นได้)

รังสี UV แบ่งออกเป็นกี่ชนิด และมีอะไรบ้าง ?

อย่างไรก็ดี รังสี UV สามารถแบ่งออกเป็น 3 ช่วงคลื่นความถี่ (หรือช่วงความยาวคลื่น ที่มีหน่วยเป็น nm. หรือ นาโมเมตร ซึ่ง 1 นาโมเมตร เท่ากับ 0.000000001 เมตร) โดยรังสี UV ทั้ง 3 ประเภทได้แก่

1. รังสี UVA

รังสี UVA จะมีค่าความยาวคลื่นอยู่ในช่วงระหว่าง 320 - 400 นาโมเมตร เทียบเป็นค่าความถี่ในช่วงประมาณ 749,481 - 936,851 GHz. มันเป็นรังสีที่มีพลังงานต่ำกว่า UVB และ UVC แต่สามารถทะลุผ่านกระจกตา เข้าไปสู่เลนส์ตาและจอตาได้ การได้รับรังสีชนิดนี้เป็นปริมาณมากอาจเป็นอันตรายต่อดวงตา

2. รังสี UVB

รังสี UVB จะมีค่าความยาวคลื่นอยู่ในช่วงระหว่าง 280 - 320 นาโมเมตร เทียบเป็นค่าความถี่ในช่วงประมาณ 936,851 - 1,070,687 GHz. มันเป็นรังสีที่มีพลังงานมากกว่า UVA แต่น้อยกว่ารังสี UVC

โดยที่รังสี UVB จะถูกกรองโดยชั้นโอโซนได้บางส่วน รังสีบางส่วนที่ทะลุผ่านลงมายังโลกในปริมาณน้อย สามารถกระตุ้นการสร้างเม็ดสีทำให้ผิวคล้ำขึ้น ส่วนรังสีในปริมาณมากจะทำให้ผิวหนังไหม้ และเพิ่มโอกาสการเป็นมะเร็งผิวหนัง

3. รังสี UVC

รังสี UVC จะมีค่าความยาวคลื่นอยู่ในช่วงระหว่าง 100 - 280 นาโมเมตร เทียบเป็นค่าความถี่ในช่วงประมาณ 1,070,687 - 2,997,924 GHz. มันเป็นรังสี UV ที่มีพลังงานมากที่สุด และสามารถทำให้เกิดอันตรายกับผิวหนัง และดวงตา

โดยที่โอโซนในชั้นบรรยากาศนั้น จะสามารถกรองไว้ได้หมด แต่ปัจจุบันชั้นโอโซนในบรรยากาศถูกทำลายไปมากขึ้น ทำให้รังสี UVC อาจทะลุผ่านลงมาสู่พื้นผิวโลกมากขึ้นด้วยเช่นกัน

นอกจากนี้แล้ว รังสี UVC ยังเป็นที่นิยมในการ ถูกนำไปใช้ในการฆ่าเชื้อโรคต่างๆ ในอุปกรณ์เพื่อสุขภาพ หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์ต่างๆ มากมาย อีกด้วยเช่นกัน

ข้อมูลเพิ่มเติม : ค่าความยาวคลื่น (Wavelength มีหน่วยวัดเป็น เมตร หรือ นาโนเมตร) เป็นค่าที่แปรผกผันกับ ค่าความถี่ (Frequency มีหน่วยวัดเป็น เฮิรตซ์ หรือ กิกะเฮิรตซ์) ทำให้ยิ่ง ความยาวคลื่นมากขึ้น ค่าความถี่จะยิ่งต่ำลง

ความสามารถ ในการฆ่าเชื้อโรคของ หลอดไฟ UV

หลอดไฟที่เปล่งรังสี UV จะมีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อโรค (Germicidal Effect) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หลอดไฟที่เปล่งรังสีในช่วงความยาวคลื่น UVC ที่ความความยาวคลื่นแสงครอบคลุมช่วง 200 - 313 นาโนเมตร มีความสามารถในการทำลาย เชื้อจุลินทีรย์ เช่น แบคทีเรีย ยีสต์ เห็ด รา และยังสามารถทำลายเชื้อไวรัสทั้งชนิด DNA และชนิด RNA โดยที่ไวรัสโดวิด 19 หรือชื่ออย่างเป็นทางการว่า SARS-CoV จัดเป็นเขื้อไวรัสประเภท RNA ชนิดหนึ่ง

ทำไมรังสี UV ถึงใช้ฆ่าเชื้อโรคได้ ?

ขอบคุณภาพต้นฉบับจากเว็บไซต์ สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ (มว.)
โดยเราได้ตัดทอน และปรับปรุงรายละเอียดบางส่วนในภาพ เพื่อให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น

หลักการทำงานของรังสี UV ในการทำลายเชื้อไวรัสโรค (ที่เป็นไวรัสแบบ RNA) รวมถึงเชื้อไวรัสอื่น ๆ ที่เป็นแบบ DNA  นั้นมีหลักการคล้าย ๆ กัน ซึ่งเป็นหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่ค่อนข้างซับซ้อน แต่ขออธิบายให้เข้าใจแบบง่าย ๆ ตามภาพด้านบนครับ คือ รังสี UV จะทำปฏิกิริยากับสายโซ่ของ RNA ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวไปจากเดิม เกิดการจับคู่กันใหม่ของสารเคมีประเภทเดียวกัน และเมื่อโครงสร้างของ RNA เกิดความบิดเบี้ยวขึ้นเป็นจำนวนมาก ทำให้เชื้อโรค ถูกทำลายไปได้

ข้อห้ามในการใช้รังสี UV

จริงอยู่ที่หลอดไฟแสง UV สามารถฆ่าเชื้อไวรัส รวมถึงเชื้อไวรัสแบบอื่น ๆ ได้ และหลอดไฟแสง UV กลายเป็นสินค้าที่ได้รับความนิยมขึ้นมา และหาซื้อได้ง่าย แต่ก็มีข้อควรระวังมาก ๆ ในการใช้งานคือ

ไม่ควรเปิดแสงไฟจากหลอด UV ในขณะที่มีคนอยู่ในห้อง เนื่องจากเป็นอันตราย อาจทำให้เกิดอาการผิวหนังไหม้ และยังอาจส่งผลเสียต่อดวงตาได้อีกด้วย

ดังนั้นการติดตั้งหลอดไฟ UV เพื่อการฆ่าเชื้อในห้อง ต้องเปิดแสงในขณะที่ไม่มีคนอยู่ในห้องเท่านั้น ทำให้ค่อนข้างจะเป็นข้อจำกัดในการใช้งาน คือไม่สามารถทำการฆ่าเชื้อโรคในขณะที่มีคนกำลังพักผ่อน หรือนั่งทำงานอยู่ในห้อง

ด้วยเหตุนี้จึงมีผู้ผลิต เครื่องฟอกอากาศ (Air Purifier) หลายรายได้นำหลอดไฟ UV ที่สามารถปล่อยรังสี UVC ติดตั้งเอาไว้ภายในตัวเครื่อง ทำให้สามารถฆ่าเชื้อได้ในขณะที่มีคนอยู่ในห้อง โดยที่แสง UV ไม่เล็ดลอดออกมาจากตัวเครื่อง ไม่ทำให้เกิดผลเสียต่อสุขภาพ

และนอกจากนี้แล้ว ก็ยังมีอุปกรณ์อีกหลายๆ อย่างที่นำเอา รังสี UVC ไปใช้อีกด้วยเช่นกัน อย่าง เครื่องฆ่าเชื้อโรคด้วยแสง UV, ตู้ฆ่าเชื้อโรคด้วยแสง UV หรือแม้แต่ หุ่นยนต์ดูดฝุ่น บางรุ่น ยังมีการฝังหลอดไฟ UV ฆ่าเชื้อโรค ลงพื้น เพื่อนฆ่าเชื้อโรคที่อยู่บนพื้นในขณะที่วิ่งผ่านได้อีกด้วยเช่นกัน (ส่วนจะได้ผลหรือไม่ หรือได้ผลมากน้อยแค่ไหน ขึ้นอยู่กับผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ของแต่ละรุ่น แต่ละยี่ห้อ)

เครื่องฟอกอากาศที่มีระบบฆ่าเชื้อด้วยแสง UV ติดตั้งเอาไว้ภายในตัวเครื่อง

โดยหลักการทำงานของเครื่องฟอกอากาศมีระบบฆ่าเชื้อโรคด้วยแสง UV คือ มันจะใช้พัดลมแรงสูงดูดอากาศในห้องเข้าไปกรองในตัวเครื่อง โดยมีแผ่นกรองอากาศแบบความละเอียดสูงที่สามารถกำจัด ฝุ่น PM 2.5 รวมถึงละอองเกสรดอกไม้ และสารก่อภูมิแพ้ต่าง ๆ และในขั้นตอนสุดท้ายจะเป็นการทำงานของหลอดไฟ UV ที่ปล่อยรังสีออกมาเพื่อฆ่าเชื้อโรคในอากาศที่ไหลผ่านเครื่องฟอกอากาศ

ระดับความเข้มข้นของรังสี UV (UV Dose) ที่ใช้ฆ่าเชื้อโรคได้

จากผลงานการวิจัยที่ผ่านการรับรองแล้ว พบว่ามีปัจจัยสำคัญ 4 อย่าง ในเรื่องการฆ่าเชื้อโรค ด้วยรังสี UV คือ

1. ระยะเวลาที่เชื้อโรคได้รับแสง UV
2. ระยะห่างของเชื้อโรคกับหลอดไฟUV
3. ความยาวคลื่นของแสง UV (หน่วยเป็น นาโนเมตร)
4. ความเข้มข้นของแสง UV

จะเห็นว่า ความเข้มข้นของแสง UV หรือเรียกในอีกชื่อหนึ่งว่าค่า UV Dose ซึ่งมีหน่วยวัดเป็น ไมโครวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร หรือ µWs/cm² (ระดับพลังงานแสงที่ได้รับในพื้นที่ 1 ตารางเซนติเมตร) นั้นมีส่วนสำคัญกับประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อโรคด้วยแสง UV และจากการทดสอบประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อโรคด้วยแสง UV ความยาวคลื่น 254 นาโนเมตร (UVC) ได้ผลที่น่าสนใจดังนี้

จะเห็นว่าทั้งระดับความเข้มของแสง UV ระยะห่างของเชื้อโรคกับหลอดไฟ UV และระยะเวลาในการฉายแสง UV เป็น 3 ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลกระทบกับประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อโรค ด้วยหลอดแสง UV ที่มีความยาวคลื่น 254 นาโนเมตร (เป็นหลอด UV ชนิดที่นิยมใช้งานในอุปกรณ์ฆ่าเชื้อที่มีขายในท้องตลาด) แต่อย่างไรก็ดี ต้องไม่ละเลยเรื่องความปลอดภัยในการเปิดหลอดฉายแสง UV ในห้องคือ ต้องทำในขณะที่ไม่มีคนอยู่ในห้องเท่านั้นครับ