مقياس UVC ومقياس الإشعاع UVC للنطاق من 200 إلى 280 nm

يُطهّر الإشعاع فوق البنفسجي UVC المياه والهواء والأسطح، ويُحرّك العمليات الكيميائية الضوئية، ويُستخدم في البحث العلمي لتعطيل الفيروسات والبكتيريا والفطريات. أما ما إذا كان مصدر UVC يحقق التأثير المطلوب وما إذا كان الأشخاص الموجودون في محيطه محميين، فلا يمكن إثباته إلا من خلال قياس مُعايَر لشدة الإشعاع الساقط. تغطي مقاييس UVC من Opsytec النطاق الطيفي من 200 إلى 280 nm وتقيس شدة الإشعاع الساقط، وكذلك – بحسب الجهاز – الجرعة الإشعاعية UVC على المصابيح ومصادر LED والحجرات والمنظومات.

هناك أربعة أسئلة تحدّد الجهاز المناسب: ما الطيف الذي يمتلكه المصدر؟ وما شدة الإشعاع الساقط المتوقعة عند نقطة القياس؟ وكيف تبدو هندسة القياس؟ وهل المطلوب قيمة لحظية أم جرعة إشعاعية أم مراقبة دائمة؟

قياس شدة الإشعاع الساقط UVC وجرعة UVC الإشعاعية

شدة الإشعاع الساقط هي القدرة الإشعاعية الساقطة على سطح ما، وتُعطى بوحدة W/m² أو mW/cm² أو µW/cm²؛ إذ يساوي 1 mW/cm² مقدار 10 W/m². أما جرعة UVC الإشعاعية فهي التكامل الزمني لشدة الإشعاع الساقط – وفي حالة المصدر الثابت تكون ببساطة شدة الإشعاع الساقط مضروبة في الزمن – وتُعطى بوحدة J/m² أو mJ/cm². وفي تطهير المياه تُسمّى الكمية المنسوبة إلى الوسط بالتدفق الإشعاعي المُتَراكم (fluence). والجرعة الإشعاعية هي ما يُعتدّ به في تعطيل الكائنات الدقيقة: فعند 1 mW/cm² يتم بلوغ 10 mJ/cm² بعد 10 ثوانٍ.

وليس كل جهاز قياس يدوي يحدّد الجرعة الإشعاعية بنفسه. فجهاز RM-12 يُظهر شدة الإشعاع الساقط اللحظية. أما RMD و RMD Pro وRMD Touch فتُكامل شدة الإشعاع الساقط عبر الزمن وتعرض الجرعة الإشعاعية مباشرةً؛ كما يقوم RMD Pro و RMD Touch أيضاً بتخزين سلاسل القياس كملفات CSV. ويقيس tinyTracker الجرعة الإشعاعية بوصفه مقياس جرعة لا يزيد ارتفاعه عن 10 mm وينتقل عبر المنظومة مع المنتج.

قياس الأشعة فوق البنفسجية UVC عند 254 nm

تُصدر مصابيح الزئبق منخفضة الضغط معظم قدرتها فوق البنفسجية في خط واحد عند 253.7 nm. ويُعدّ قياس هذا الخط المهمة الكلاسيكية لقياس إشعاع UVC: إذ يُعايَر مستشعر الأشعة فوق البنفسجية UVC للنطاق من 200 إلى 280 nm على مصباح منخفض الضغط ويقيس هذا المصدر دون تصحيح طيفي. وجميع الدراسات التي جرى تقييمها هنا – من 0.065 mW/cm² خلف أنبوب مُغطّى بالكامل تقريباً وحتى 20 mW/cm² في وميض UVC – تقع ضمن مدى القياس لمستشعر UVC واحد على جهاز RMD.

أما المصابيح متوسطة الضغط فتُصدر بالمقابل طيفاً عريضاً يحتوي على مركّبات في نطاقات UVC وUVB وUVA؛ ومستشعر مُعايَر عند 254 nm يعطي هنا قراءات خاطئة بصورة منهجية. وكيفية نشوء خط 254 nm وأي مهام قياس يجب الفصل بينها في المنظومات موضّحة في قياس ومراقبة إشعاع UVC عند 254 nm.

القياس الصحيح لمصابيح LED من نوع UVC

تبعاً لمادة شبه الموصل، تُصدر مصابيح LED من نوع UVC إشعاعها عادةً بين 265 و280 nm، بعرض نطاق يبلغ نحو 10 nm. ولذلك يقع جزء من انبعاثها تماماً عند حافة المرشّح لمستشعر UVC عند 280 nm. فمع LED عند 275 nm يقطع المستشعر الجناح ذا الطول الموجي الأطول؛ وعند 280 nm تقع ذروة الانبعاث على الحافة نفسها. وعندها تؤدي حتى الإزاحات الصغيرة في الطول الموجي الذروي – بين دفعات مصابيح LED أو بفعل التسخين أثناء التشغيل – إلى تغيير القراءة أكثر مما تتغيّر القدرة الإشعاعية الفعلية.

لذلك توصي Opsytec بالنسبة لمصابيح LED من نوع UVC باستخدام مستشعر UVBB (من 230 إلى 400 nm)، الذي يغطي نطاقه الطيفي كامل انبعاث مصباح LED، مُعايَراً على مصباح LED بطول موجي ذروي مطابق. أما بالنسبة لمصابيح الضغط المنخفض فيبقى مستشعر UVC هو الخيار الصحيح. ويحتفظ مختبر المعايرة بمصابيح LED فوق بنفسجية بأطوال موجية مختلفة بوصفها مصادر معايرة. ويُبيَّن حجم الخطأ الذي يمكن أن ينشأ عند استخدام معايرة غير مناسبة في عدم التطابق الطيفي لمستشعرات الأشعة فوق البنفسجية.

الأشعة فوق البنفسجية البعيدة Far-UVC عند 222 nm والأشعة فوق البنفسجية الفراغية VUV عند 172 nm

تُصدر مصابيح الإكسيمر بكلوريد الكريبتون (KrCl*) إشعاعاً عند 222 nm ضمن نطاق Far-UVC من 200 إلى 230 nm. هذا الطول الموجي مبيد للجراثيم لكنه بالكاد ينفذ إلى الجلد – وهو الأساس للاستخدام في الغرف المأهولة، وهو ما درسه Buonanno وآخرون [2] وWelch وآخرون [3]، من بين آخرين. كما أن للمصابيح غير المفلترة انبعاثات ثانوية في نطاق UVC ذي الأطوال الموجية الأكبر، وهي حاسمة في تقييم السلامة؛ لذلك تحتوي مصابيح الإنارة Far-UVC المخصصة للاستخدام الداخلي على مرشّح.

يغطي مستشعر UVC الطول الموجي 222 nm طيفياً، لكن يجب معايرته على مصدر 222 nm من أجل هذا النوع من المصابيح؛ إذ إن المعايرة عند 254 nm ستُظهر شدة الإشعاع الساقط لمصباح KrCl بصورة خاطئة منهجياً. لذلك يقوم مختبر المعايرة لدى Opsytec بمعايرة مستشعرات UVC على مصباح إكسيمر بطول موجي 222 nm. والقياس الطيفي وحده هو الذي يبيّن ما إذا كان المرشّح يكبح الانبعاثات الثانوية فعلياً. وتتوفر أطياف مقيسة لمصابيح KrCl المفلترة وغير المفلترة في قاعدة البيانات الطيفية لمصابيح الأشعة فوق البنفسجية.

أما مصابيح الإكسيمر بالزينون (Xe₂*) عند 172 nm فتُشعّ في نطاق الأشعة فوق البنفسجية الفراغية. ويُمتص هذا الإشعاع في الهواء خلال بضعة مليمترات؛ ولا تكتشفه مستشعرات UVC المزوّدة بمرشّح وناشر ضوئي. ولهذا الغرض يتوفر tinyTracker 172 nm، الذي يقيس الجرعة الإشعاعية في الغاز الخامل مباشرةً عند الركيزة. وترد التفاصيل في قياس إشعاع VUV عند 172 nm الصادر عن مصابيح الإكسيمر بالزينون.

تطهير مياه الشرب بالأشعة فوق البنفسجية: مقياس الإشعاع (راديومتر) المرجعي وفق DVGW

في أنظمة الأشعة فوق البنفسجية المخصصة لتطهير مياه الشرب وفقاً للمواصفتين DIN 19294-1 وDVGW W 294-1، يراقب مستشعر مثبَّت بصفة دائمة شدة الإشعاع الساقط. ويتحقق مقياس الإشعاع (راديومتر) مرجعي من هذا المستشعر النظامي على فترات منتظمة. وتحدَّد متطلبات مقياس الإشعاع (راديومتر) المرجعي في المواصفة DIN 19294-3 لأنظمة الضغط المنخفض وفي المواصفة DIN 19294-4 لأنظمة الضغط المتوسط؛ أما في النمسا فتُطبَّق المواصفة ÖNORM M 5873-1.

لا يقيّم مستشعر DVGW الإشعاع عبر نطاق UVC بأكمله، بل ضمن نطاق ضيّق من 240 إلى 290 nm حول الخط عند 253.7 nm. وتنص المواصفة DIN 19294-3 على ذلك كي تقدّم مقاييس الإشعاع النظامية من مختلف الشركات المصنِّعة قيماً قابلة للمقارنة على المنشأة نفسها. يقيس المستشعر حتى 200 W/m²، وله زاوية قبول قدرها 160°، ويُشغَّل عبر RMD Pro. وبالنسبة لأنظمة الضغط المتوسط يتوفر مستشعر مرجعي منفصل وفقاً للمواصفة DIN 19294-4. وجميع البيانات مذكورة في صفحة مقياس الإشعاع (راديومتر) المرجعي وفق DVGW.

المراقبة الدائمة لأنظمة UVC

يوفّر الجهاز المحمول عمليات فحص موضعية. وعندما يتعيّن مراقبة نظام ما أثناء التشغيل، يقوم مستشعر مُثبَّت بشكل دائم بالقياس باستمرار ونقل إشارته إلى نظام التحكّم:

• UVC-SE – مستشعر UVC مقاوم لضغط الماء (من 180 إلى 280 nm، حتى 1000 W/m²) مزوّد بمُضخِّم مدمج للمفاعلات والعمليات الرطبة؛ الخرج من 0 إلى 10 V أو من 4 إلى 20 mA أو من 0 إلى 1 V.
• UVx-SE – مستشعر مقاوم للماء بوصلة G 3/4″، ومناسب أيضاً لمصابيح الضغط المتوسط وبيئات CIP، حتى 200 mW/cm².
• PLC.D – مستشعرات أشعة فوق بنفسجية رقمية مع RS-485 أو RS-232 أو USB وحالة المعايرة ضمن بروتوكول البيانات.
• مستشعرات PLC بخرج من 4 إلى 20 mA أو من 0 إلى 10 V أو من 0 إلى 2 V لأنظمة التحكّم.

تتم مقارنة المستشعر المُثبَّت على فترات زمنية محددة مع جهاز قياس محمول مُعايَر في الموضع نفسه، على سبيل المثال أسبوعياً باستخدام RMD Pro.

إزالة التلوّث من الغرف والأسطح بالأشعة فوق البنفسجية UVC

عند تطهير الغرف والأسطح بأجهزة UVC المتنقّلة، تعتمد الجرعة الإشعاعية اعتماداً كبيراً على المسافة والاتجاه. فالأسطح الواقعة في الظل أو البعيدة عن المصدر تتلقّى جرعة أقل بأضعاف مقارنةً بالأسطح الواقعة في خط النظر. في إحدى غرف المستشفى، استخدم Lindblad وزملاؤه مقياس الإشعاع (راديومتر) RM-22، وهو سلف الـ RMD، وقاسوا جرعات تراوحت من 15.9 إلى 1,068 mJ/cm² تبعاً للموضع، بوسيط قدره 266 mJ/cm² [4]. لذلك تُجرى القياسات عند المواضع المراد تطهيرها – وليس عند المصدر فقط.

جمّع Malayeri وزملاؤه الجرعة الإشعاعية اللازمة لتحقيق تخفيض لوغاريتمي معيّن للبكتيريا والفيروسات والأوالي والطحالب [1]. ويُستنتج زمن التعرّض المطلوب من شدة الإشعاع الساقط المقاسة بقسمة الجرعة الإشعاعية على شدة الإشعاع الساقط. وللاطّلاع على حماية الأشخاص أثناء التطهير بالأشعة فوق البنفسجية، انظر سلامة التطهير بالأشعة فوق البنفسجية.

[1] Malayeri, A. H. et al.: Fluence (UV Dose) Required to Achieve Incremental Log Inactivation of Bacteria, Protozoa, Viruses and Algae، IUVA.
[2] Buonanno, M. et al.: Germicidal Efficacy and Mammalian Skin Safety of 222-nm UV Light. Radiat. Res. 187 (2017) 483–491، doi:10.1667/RR0010CC.1
[3] Welch, D. et al.: Far-UVC light: A new tool to control the spread of airborne-mediated microbial diseases. Sci. Rep. 8 (2018)، doi:10.1038/s41598-018-21058-w
[4] Lindblad, M. et al.: Ultraviolet-C decontamination of a hospital room: Amount of UV light needed. Burns 46 (2020) 842–849، doi:10.1016/j.burns.2019.10.004

أين تم قياس الأشعة فوق البنفسجية UVC – مستويات شدة الإشعاع الساقط من الدراسات

ما مقدار الأشعة فوق البنفسجية UVC التي تصل إلى الموضع الذي يجري فيه التطهير؟ في الدراسات التي استُخدمت فيها أجهزة قياس وحجرات تشعيع من Opsytec، يمتد النطاق من 0.065 mW/cm² خلف أنبوب مغطّى بالكامل تقريباً إلى 20 mW/cm² في وميض UVC – أي أكثر من ثلاثمائة ضعف. وتقع معظم نقاط القياس بين 0.3 و15 mW/cm². والفارق تصنعه المسافة وعدد المصابيح وما إذا كان الإشعاع يصل مباشرةً أم في الظل. ولهذا السبب تُجرى القياسات في الموضع الذي يُراد أن يحدث فيه التأثير.

عند الحد الأدنى، يُظهر جهاز بدقة تمييز تبلغ 0.01 mW/cm² رقماً واحداً أو رقمين فقط؛ أما الـ RMD فيميّز 0.001 µW/cm².

مستشعرات UVC مُعايَرة من مختبر معتمد

تعتمد جودة قياس UVC على معايرة المستشعر – وعلى مدى تطابق مصدر المعايرة مع الطيف المُقاس. تُورَّد جميع مقاييس الإشعاع (الراديومترات) والمستشعرات مُعايَرة وقابلة للإرجاع المترولوجي إلى المعايير الوطنية. إن مختبر المعايرة لدى Opsytec معتمد من DAkkS وفقاً للمواصفة DIN EN ISO/IEC 17025 ويقوم بمعايرة المستشعرات من 200 إلى 1000 nm عند شدّات إشعاع ساقط من 0.2 µW/cm² إلى أكثر من 10 W/cm². وتبلغ عدم اليقين النموذجي للمعايرة لمستشعرات UVC 4.5–6.0 % (k = 2)؛ ويُضاف إلى ذلك أثناء الاستخدام عدم التطابق الطيفي ودرجة الحرارة والتقادم والهندسة (عدم اليقين في قياس الأشعة فوق البنفسجية).

وإلى جانب المستشعرات القياسية تتوفّر حلول لمهام القياس الخاصة: مستشعرات XT لشدّة الإشعاع الساقط العالية جداً، ومجسّات الأشعة فوق البنفسجية لمواضع القياس التي يصعب الوصول إليها، وتصاميم مخصّصة لهندساتكم الخاصة. ويقترح دليل اختيار مستشعر الأشعة فوق البنفسجية المستشعر المناسب بحسب التطبيق والطول الموجي.

هل يمكنني قياس مصابيح LED من نوع UVC أيضاً بجهاز قياس UVC؟
نعم، لكن ليس بالكفاءة نفسها مع كل مستشعر. يمتد انبعاث مصابيح LED من نوع UVC عند من 265 إلى 280 nm حتى حافة مرشّح مستشعر UVC عند 280 nm؛ وعندها تؤدي الإزاحات الصغيرة في الطول الموجي الذروي إلى تشويه القراءة. لمصابيح LED من نوع UVC توصي Opsytec باستخدام مستشعر UVBB (من 230 إلى 400 nm)، مُعايَر على مصباح LED بطول موجي مطابق. أما لمصابيح الزئبق منخفضة الضغط عند 254 nm فإن مستشعر UVC هو الخيار الصحيح.

أي جهاز قياس UVC يقيس الجرعة الإشعاعية لـ UVC؟
تعرض أجهزة RMD وRMD Pro وRMD Touch الجرعة الإشعاعية بوحدة J/m² إلى جانب شدة الإشعاع الساقط؛ كما تحفظ RMD Pro وRMD Touch سلاسل القياس كملفات CSV. ويقيس جهاز tinyTracker الجرعة الإشعاعية بوصفه مقياس جرعة مسطّحاً يمرّ عبر المنظومة. أما RM-12 فيعرض شدة الإشعاع الساقط اللحظية فقط – وعندئذٍ تكون الجرعة الإشعاعية حاصل ضرب شدة الإشعاع الساقط في الزمن.

هل يستطيع RMD قياس شدة إشعاع ساقط UVC منخفضة جداً مثل 0.2 µW/cm²؟
نعم. فمع مستشعر UVC الخاص بالسلامة المهنية (نطاق القياس من 0 إلى 10 mW/cm²) يكتشف RMD بموثوقية شدة إشعاع ساقط ابتداءً من نحو 0.05 µW/cm²، مثل الإشعاع الشارد في مكان العمل. ولمثل هذه القياسات نوصي بزمن تمتين (متوسط) قدره 2 s، وبضبط الإزاحة الصفرية، وباستخدام حامل ثلاثي القوائم.

ما قيمة UVC ذات الصلة بالسلامة المهنية؟
إن حدّ التعرّض للإشعاع البصري الاصطناعي هو جرعة إشعاعية فعّالة قدرها 30 J/m² يومياً، مُرجَّحة بطيف الفعل S(λ). ولأن UVC يُرجَّح بشدة خاصة في هذا النطاق، فإن مستويات شدة الإشعاع الساقط المنخفضة جداً تقترب من الحدّ على مدى يوم عمل. ولذلك يتوفّر لجهاز RMD مستشعر UVC مخصّص وعالي الحساسية بنطاق من 0 إلى 10 mW/cm² لإثبات السلامة المهنية. التقييم والإجراءات: سلامة التطهير بالأشعة فوق البنفسجية.

هل يصلح RMD لسيور التطهير والمنظومات المستمرة؟
يسجّل RMD Pro القراءات، ولذلك فهو مناسب من حيث المبدأ لتطبيقات السيور الناقلة. غير أن tinyTracker أو curelog أو UVpad ذا القياس الطيفي تكون عادةً أنسب بسبب ارتفاعها المنخفض، إذ تمرّ عبر المنظومة مع المنتج.

mW/cm² أم W/m² – أي وحدة هي الصحيحة؟
كلتاهما. فـ 1 mW/cm² يساوي 10 W/m²، و1 mJ/cm² يساوي 10 J/m². وتستخدم الدراسات المتعلقة بالتطهير عادةً mW/cm² وmJ/cm²، بينما تستخدم معايير تطهير المياه W/m² وJ/m². وتقوم حاسبة القياس الإشعاعي بتحويل الوحدات.

بمَ يختلف مقياس الإشعاع (راديومتر) UVC عن جهاز قياس أشعة فوق بنفسجية بسيط؟
صُمّم كثير من أجهزة القياس البسيطة للأشعة فوق البنفسجية من أجل UVA أو مؤشر الأشعة فوق البنفسجية، وهي لا تكتشف UVC إطلاقاً أو تكتشفه بدقة منخفضة فقط. ويحتاج مقياس الإشعاع (راديومتر) UVC إلى مستشعر بنطاق طيفي من 200 إلى 280 nm، وتصحيح جيب التمام للإشعاع الساقط بزاوية مائلة، ومعايرة على مصدر ذي طيف مطابق – موثّقة بشهادة معايرة.

كم مرة يجب معايرة جهاز قياس UVC؟
لا يوجد فاصل زمني مقرَّر بصفة عامة. ويمثّل اثنا عشر شهراً نقطة انطلاق عملية لكثير من أجهزة قياس الأشعة فوق البنفسجية، يتم تأكيدها أو تعديلها استناداً إلى سجل القياسات الخاص بكم. أما الاستخدام المتكرر والجرعات العالية والحرارة والتلوّث فتستدعي فاصلاً زمنياً أقصر. مزيد من المعلومات ضمن فاصل المعايرة لأجهزة قياس الأشعة فوق البنفسجية.