UVC měřič a UVC radiometr pro 200–280 nm

UVC záření dezinfikuje vodu, vzduch a povrchy, pohání fotochemické procesy a ve výzkumu se používá k inaktivaci virů, bakterií a plísní. Zda UVC zdroj dosahuje požadovaného účinku a zda jsou osoby v jeho okolí chráněny, lze prokázat pouze kalibrovaným měřením ozářenosti. UVC měřiče od společnosti Opsytec pokrývají spektrální rozsah od 200 do 280 nm a měří ozářenost a – podle konkrétního přístroje – UVC dávku na lampách, LED diodách, komorách a zařízeních.

O tom, který přístroj je vhodný, rozhodují čtyři otázky: Jaké spektrum má zdroj? Jaká ozářenost se v měřicím bodě očekává? Jak vypadá geometrie měření? A je požadována okamžitá hodnota, dávka, nebo trvalé monitorování?

Měření UVC ozářenosti a UVC dávky

Ozářenost je zářivý výkon dopadající na povrch, udávaný ve W/m², mW/cm² nebo µW/cm²; 1 mW/cm² odpovídá 10 W/m². UVC dávka je časový integrál ozářenosti – u konstantního zdroje jednoduše ozářenost vynásobená časem – udávaný v J/m² nebo mJ/cm². Při dezinfekci vody se veličina vztažená k médiu nazývá fluence. Pro inaktivaci mikroorganismů je rozhodující dávka: při 1 mW/cm² je 10 mJ/cm² dosaženo po 10 sekundách.

Ne každý ruční přístroj dávku sám stanoví. RM-12 zobrazuje okamžitou ozářenost. RMD a RMD Pro a RMD Touch integrují ozářenost v čase a zobrazují dávku přímo; RMD Pro a RMD Touch navíc ukládají měřicí řady jako soubory CSV. tinyTracker měří dávku jako dozimetr vysoký pouhých 10 mm, který projíždí zařízením společně s výrobkem.

Měření UVC při 254 nm

Nízkotlaké rtuťové výbojky vyzařují většinu svého UV výkonu v jediné čáře na 253,7 nm. Měření této čáry je klasickou úlohou UVC radiometrie: UVC senzor pro 200–280 nm je kalibrován na nízkotlaké výbojce a měří tento zdroj bez spektrální korekce. Všechny zde vyhodnocené studie – od 0,065 mW/cm² za téměř zcela zakrytou trubicí až po 20 mW/cm² v UVC záblesku – leží v rozsahu měření jediného UVC senzoru na RMD.

Naproti tomu středotlaké výbojky vyzařují široké spektrum se složkami v UVC, UVB a UVA; senzor kalibrovaný na 254 nm zde vykazuje systematicky chybné hodnoty. Jak vzniká čára 254 nm a které měřicí úlohy je třeba v zařízeních odlišovat, je vysvětleno v části Měření a monitorování UVC záření při 254 nm.

Správné měření UVC LED

V závislosti na polovodičovém materiálu vyzařují UVC LED zpravidla mezi 265 a 280 nm se šířkou pásma přibližně 10 nm. Část jejich emise proto leží právě na hraně filtru UVC senzoru při 280 nm. U LED s 275 nm senzor ořízne dlouhovlnný bok; při 280 nm leží vrchol emise přímo na hraně. I malé posuny špičkové vlnové délky – mezi jednotlivými šaržemi LED nebo v důsledku zahřívání za provozu – pak mění naměřenou hodnotu více než skutečný zářivý výkon.

Pro UVC LED proto společnost Opsytec doporučuje senzor UVBB (230–400 nm), jehož spektrální rozsah pokrývá celou emisi LED, kalibrovaný na LED s odpovídající špičkovou vlnovou délkou. Pro nízkotlaké lampy zůstává správnou volbou UVC senzor. Kalibrační laboratoř má k dispozici UV LED různých vlnových délek jako kalibrační zdroje. Jak velká může být chyba při nevhodné kalibraci, ukazuje článek Spektrální neshoda u UV senzorů.

Far-UVC na 222 nm a VUV na 172 nm

Excimerové lampy s chloridem kryptonu (KrCl*) vyzařují na 222 nm v oblasti far-UVC od 200 do 230 nm. Tato vlnová délka je germicidní, ale do kůže proniká jen minimálně – to je základ pro použití v místnostech s přítomností osob, což zkoumali mimo jiné Buonanno et al. [2] a Welch et al. [3]. Nefiltrované lampy mají navíc sekundární emise v dlouhovlnnější oblasti UVC, které jsou rozhodující pro posouzení bezpečnosti; svítidla far-UVC pro vnitřní použití proto mají filtr.

UVC senzor spektrálně pokrývá 222 nm, ale pro tento typ lamp musí být kalibrován na zdroji 222 nm; kalibrace při 254 nm by ozářenost lampy KrCl systematicky zkreslovala. Kalibrační laboratoř Opsytec proto kalibruje UVC senzory na excimerové lampě 222 nm. Teprve spektrální měření ukáže, zda filtr sekundární emise skutečně potlačuje. Naměřená spektra filtrovaných a nefiltrovaných lamp KrCl jsou k dispozici ve spektrální databázi UV lamp.

Xenonové excimerové lampy (Xe₂*) na 172 nm vyzařují ve vakuovém UV. Toto záření je vzduchem absorbováno v rámci několika milimetrů; UVC senzory s filtrem a difuzorem je nezaznamenají. Pro tento účel existuje tinyTracker 172 nm, který měří dávku v inertním plynu přímo na substrátu. Podrobnosti uvádí článek Měření VUV záření 172 nm z xenonových excimerových lamp.

UV dezinfekce pitné vody: referenční radiometr DVGW

V UV zařízeních pro dezinfekci pitné vody podle DIN 19294-1 a DVGW W 294-1 monitoruje ozářenost trvale instalovaný senzor. Tento systémový senzor je v pravidelných intervalech kontrolován referenčním radiometrem. Požadavky na referenční radiometr stanoví DIN 19294-3 pro nízkotlaká zařízení a DIN 19294-4 pro středotlaká zařízení; v Rakousku platí ÖNORM M 5873-1.

Senzor DVGW nevyhodnocuje záření v celém rozsahu UVC, nýbrž úzkopásmově od 240 do 290 nm kolem čáry na 253,7 nm. DIN 19294-3 to předepisuje proto, aby systémové radiometry různých výrobců poskytovaly na témže zařízení srovnatelné hodnoty. Senzor měří až do 200 W/m², má vstupní úhel 160° a je provozován na RMD Pro. Pro středotlaká zařízení existuje samostatný referenční senzor podle DIN 19294-4. Všechny údaje jsou uvedeny na stránce Referenční radiometr DVGW.

Trvalé monitorování UVC systémů

Ruční měřicí přístroj poskytuje namátkové kontroly. Tam, kde je třeba systém monitorovat během provozu, měří trvale instalovaný senzor nepřetržitě a předává svůj signál do řídicího systému:

• UVC-SE – UVC senzor odolný proti tlakové vodě (180–280 nm, až 1 000 W/m²) s integrovaným zesilovačem pro reaktory a mokré procesy; výstup 0–10 V, 4–20 mA nebo 0–1 V.
• UVx-SE – vodotěsný senzor s připojením G 3/4″, rovněž pro středotlaké lampy a prostředí CIP, až 200 mW/cm².
• PLC.D – digitální UV senzory s RS-485, RS-232 nebo USB a stavem kalibrace v datovém protokolu.
• PLC senzory s 4–20 mA, 0–10 V nebo 0–2 V pro řídicí systémy.

Instalovaný senzor se v pevně stanovených intervalech porovnává s kalibrovaným ručním měřicím přístrojem ve stejné poloze, například týdně s RMD Pro.

UVC dekontaminace místností a povrchů

Při dezinfekci místností a povrchů mobilními UVC přístroji závisí dávka silně na vzdálenosti a orientaci. Povrchy ve stínu nebo daleko od zdroje obdrží mnohonásobně méně než povrchy v přímém dohledu. V nemocničním pokoji použili Lindblad a kol. radiometr RM-22, předchůdce přístroje RMD, a naměřili v závislosti na poloze dávky mezi 15,9 a 1 068 mJ/cm² s mediánem 266 mJ/cm² [4]. Měření se proto provádí v místech, která mají být dezinfikována – nikoli pouze u zdroje.

Malayeri a kol. sestavili přehled dávek potřebných pro danou logaritmickou redukci bakterií, virů, prvoků a řas [1]. Potřebná doba ozařování vyplývá z naměřené ozářenosti jako dávka dělená ozářeností. K ochraně osob při UV dezinfekci viz Bezpečnost UV dezinfekce.

[1] Malayeri, A. H. et al.: Fluence (UV dávka) potřebná k dosažení přírůstkové logaritmické inaktivace bakterií, prvoků, virů a řas, IUVA.
[2] Buonanno, M. et al.: Germicidní účinnost UV světla o vlnové délce 222 nm a jeho bezpečnost pro savčí kůži. Radiat. Res. 187 (2017) 483–491, doi:10.1667/RR0010CC.1
[3] Welch, D. et al.: Světlo Far-UVC: nový nástroj pro omezení šíření mikrobiálních onemocnění přenášených vzduchem. Sci. Rep. 8 (2018), doi:10.1038/s41598-018-21058-w
[4] Lindblad, M. et al.: Dekontaminace nemocničního pokoje zářením ultrafialové oblasti C: potřebné množství UV světla. Burns 46 (2020) 842–849, doi:10.1016/j.burns.2019.10.004

Kde se UVC měřilo – hodnoty ozářenosti ze studií

Kolik UVC dopadá tam, kde probíhá dezinfekce? Ve studiích, které pracovaly s měřicími přístroji a ozařovacími komorami Opsytec, sahá rozsah od 0,065 mW/cm² za téměř zcela zakrytou trubicí až po 20 mW/cm² v UVC záblesku – více než tři sta krát tolik. Většina měřicích bodů leží mezi 0,3 a 15 mW/cm². Rozdíl tvoří vzdálenost, počet lamp a to, zda záření dopadá přímo, nebo ve stínu. Proto se měří tam, kde má nastat účinek.

Na spodním konci zobrazí přístroj s rozlišením 0,01 mW/cm² jen jednu či dvě číslice; RMD rozlišuje 0,001 µW/cm².

Kalibrované UVC senzory z akreditované laboratoře

Kvalita měření UVC závisí na kalibraci senzoru – a na tom, zda kalibrační zdroj odpovídá měřenému spektru. Všechny radiometry a senzory jsou dodávány kalibrované, s metrologickou návazností na národní etalony. Kalibrační laboratoř Opsytec je akreditována DAkkS podle DIN EN ISO/IEC 17025 a kalibruje senzory od 200 do 1000 nm při ozářenostech od 0,2 µW/cm² do více než 10 W/cm². Typická nejistota kalibrace UVC senzorů je 4,5–6,0 % (k = 2); při používání se k ní přidávají spektrální neshoda, teplota, stárnutí a geometrie (Nejistota měření při UV měření).

Kromě standardních senzorů existují řešení pro speciální měřicí úlohy: senzory XT pro velmi vysokou ozářenost, UV sondy pro obtížně přístupná měřicí místa a zakázková provedení pro Vaše vlastní geometrie. Vyhledávač UV senzorů doporučí správný senzor podle aplikace a vlnové délky.

Mohu měřičem UVC měřit také UVC LED?
Ano, ale ne každým senzorem stejně dobře. Emise UVC LED při 265–280 nm zasahuje až k hraně filtru UVC senzoru na 280 nm; malé posuny špičkové vlnové délky pak zkreslují naměřenou hodnotu. Pro UVC LED doporučuje Opsytec senzor UVBB (230–400 nm), kalibrovaný na LED s odpovídající vlnovou délkou. Pro nízkotlaké rtuťové výbojky při 254 nm je správnou volbou UVC senzor.

Který měřič UVC měří UVC dávku?
RMD, RMD Pro a RMD Touch zobrazují vedle ozářenosti také dávku v J/m²; RMD Pro a RMD Touch navíc ukládají měřicí řady jako soubory CSV. tinyTracker měří dávku jako plochý dozimetr, který prochází zařízením. RM-12 zobrazuje pouze okamžitou ozářenost – dávka je pak ozářenost vynásobená časem.

Dokáže RMD měřit velmi nízkou UVC ozářenost, například 0,2 µW/cm²?
Ano. S UVC senzorem pro bezpečnost práce (měřicí rozsah 0–10 mW/cm²) detekuje RMD spolehlivě ozářenost přibližně od 0,05 µW/cm², například rozptýlené záření na pracovišti. Pro taková měření doporučujeme dobu průměrování 2 s, nastavení offsetu a stativ.

Která hodnota UVC je rozhodující pro bezpečnost práce?
Expoziční limit pro umělé optické záření činí efektivní dávku 30 J/m² za den, váženou akčním spektrem S(λ). Protože je UVC v tomto rozsahu váženo obzvlášť silně, přibližují se limitu i velmi nízké úrovně ozářenosti v průběhu pracovního dne. Proto existuje pro RMD samostatný, vysoce citlivý UVC senzor s rozsahem 0–10 mW/cm², kterým lze bezpečnost práce doložit. Posouzení a opatření: Bezpečnost UV dezinfekce.

Je RMD vhodný pro dezinfekční dopravníky a průběžná zařízení?
RMD Pro zaznamenává naměřené hodnoty, a je proto v zásadě vhodný pro dopravníkové aplikace. Díky své nízké výšce se však obvykle lépe hodí tinyTracker, curelog nebo spektrálně měřicí UVpad, protože procházejí zařízením společně s produktem.

mW/cm², nebo W/m² – která jednotka je správná?
Obě. 1 mW/cm² odpovídá 10 W/m², 1 mJ/cm² odpovídá 10 J/m². Studie o dezinfekci používají většinou mW/cm² a mJ/cm², normy pro dezinfekci vody W/m² a J/m². Radiometrická kalkulačka jednotky převádí.

Čím se liší UVC radiometr od jednoduchého UV měřiče?
Mnoho jednoduchých UV měřičů je určeno pro UVA nebo UV index a UVC nedetekují vůbec, nebo jen nepřesně. UVC radiometr potřebuje senzor se spektrálním rozsahem 200–280 nm, kosinovou korekci pro šikmo dopadající záření a kalibraci na zdroji s odpovídajícím spektrem – doloženou kalibračním listem.

Jak často je nutné měřič UVC kalibrovat?
Obecně předepsaný interval neexistuje. Pro mnoho UV měřičů je praktickým výchozím bodem dvanáct měsíců, který je třeba potvrdit nebo upravit na základě vlastní historie měření. Časté používání, vysoké dávky, teplo a znečištění hovoří pro kratší interval. Více k tomu v části Kalibrační interval UV měřicích přístrojů.