Vlnová délka je první věc, na kterou se u UV aplikace zeptáte – a také první místo, kde vznikají nedorozumění. 254 nm a 265 nm jsou od sebe vzdáleny jedenáct nanometrů a pocházejí z naprosto odlišných zdrojů; 395 nm a 405 nm jsou od sebe vzdáleny ještě méně, a přesto jedna spadá do rozsahu UVA a druhá už do viditelného spektra. Tento nástroj umístí libovolnou vlnovou délku mezi 150 a 800 nm a udá veličiny, které se objevují v datových listech a normách.
Druhá část staví běžné vlnové délky vedle sebe. Zajímavý je zde sloupec fotonů na joule: vysvětluje, proč nelze uvolnění procesu jednoduše přenést z jedné vlnové délky na druhou. Fotochemická reakce reaguje na absorbované fotony, nikoli na jouly – a při stejné dávce dodává 405 nm zhruba o 60 % více fotonů než 254 nm.
Která vlnová délka je ta správná, se nakonec rozhoduje podle absorpčního spektra dané látky, nikoli jen podle počtu fotonů. A o tom, kolik ozářenosti skutečně dorazí, rozhoduje měření. Opsytec Dr. Gröbel vyvíjí, vyrábí a kalibruje potřebné senzory, radiometry a spektroradiometry ve své vlastní akreditované laboratoři.
Přepočty mezi vlnovou délkou, frekvencí, vlnočtem a energií fotonu platí ve vakuu; v prostředí s indexem lomu n se vlnová délka a rychlost šíření mění, zatímco frekvence a energie fotonu zůstávají stejné. Spektrální rozsahy se řídí normou CIE S 017 (ILV); dříve používaná norma DIN 5031-7 byla zrušena. Uvedené zdroje a aplikace jsou typickými příklady, nikoli úplným výčtem; nenahrazují ani konstrukční návrh systému, ani posouzení rizik. Rozhodující je měření kalibrovanými přístroji.
Základy
Vlnová délka, frekvence, vlnočet a energie fotonu popisují stejné záření ze čtyř úhlů pohledu a lze je vzájemně převádět bez jakékoli další informace. Vztahy jsou ν = c / λ, σ = 1 / λ a E = h · c / λ; s vlnovou délkou v nanometrech se poslední vztah zkracuje na E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. Vlnočet v cm⁻¹ je ve spektroskopii běžný, protože je přímo úměrný energii — na rozdíl od vlnové délky. Molární energie fotonu v kJ/mol konečně vztahuje záření k reakčním entalpiím a říká, zda je vůbec schopno rozbít danou vazbu.
Podle DIN 5031-7 sahá UVC od 100 do 280 nm, UVB od 280 do 315 nm a UVA od 315 do 400 nm.
| Rozsah | Vlnová délka | Typické zdroje |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | xenonový excimer 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | nízkotlaká rtuťová výbojka 254 nm, KrCl 222 nm, UVC LED 265 a 280 nm |
| UVB | 280–315 nm | XeCl excimer 308 nm, UVB zářivky 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | UVA zářivky 340 nm, UVA LED 365 až 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | fialové a modré LED od 405 nm |
Mezi 380 a 400 nm se UVA a viditelný rozsah překrývají — norma přiřazuje tuto část k oběma. Záření je zde vnímatelné jako slabě fialové a přesto se hodnotí jako UVA. Proto se zdroj 405 nm označuje jako UV zdroj nebo jako světelný zdroj podle úhlu pohledu.
Dávka je energie na jednotku plochy. Vydělíte-li ji energií jednoho fotonu, získáte počet fotonů na jednotku plochy – a právě na to reagují fotochemie a fotobiologie. Protože energie fotonu klesá s rostoucí vlnovou délkou, obsahuje stejná dávka při delších vlnových délkách více fotonů. Při 254 nm je to přibližně 1,28 · 10¹⁸ fotonů na joul, při 405 nm přibližně 2,04 · 10¹⁸. Kdo převádí systém z rtuťové výbojky na UVA LED diody, posouvá nejen spektrum, ale i poměr mezi energií a fotony.
Samotná vlnová délka nic nevypovídá o tom, zda aplikace bude funkční. Rozhodující je, zda látka při dané vlnové délce absorbuje: fotoiniciátor absorbující v oblasti UVA reaguje na 365 nm, zatímco při 254 nm zůstává z velké části neovlivněn, přestože jednotlivé fotony tam nesou více energie. Zařazení vlnové délky rovněž nenahrazuje bezpečnostní posouzení – riziko závisí na akční spektru, nikoli na názvu daného rozsahu.
Často kladené dotazy
Podle DIN 5031-7: UVC od 100 do 280 nm, UVB od 280 do 315 nm, UVA od 315 do 400 nm. Viditelné spektrum začíná již při 380 nm, a proto se překrývá s horní částí UVA. Jiné soubory norem stanovují hranici mezi UVA a viditelným zářením na 400 nm — v hraničních případech se vyplatí ověřit, jaká norma je použita. Více na stránce spektrální rozsahy a normy.
Pomocí vztahu E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. 254 nm dává 4,88 eV, 365 nm 3,40 eV, 405 nm 3,06 eV. Toto číslo je součinem Planckovy konstanty a rychlosti světla, děleným elementárním nábojem.
Vlnočet σ = 1/λ, udávaný v cm⁻¹, je přímo úměrný energii. Ve spektroskopii se proto vzdálenost mezi pásy uvádí ve vlnočtech, nikoli v nanometrech: rozdíl 4 670 cm⁻¹ znamená všude stejný rozdíl energie, rozdíl 75 nm nikoli.
254 nm je rezonanční čára nízkotlaké rtuťové výbojky – velmi úzká čára z velmi účinného zdroje. 265 nm se blíží více absorpčnímu maximu DNA a je produkována UVC LED diodami, které mají obvykle šířku pásma 10 až 12 nm. Dosažení stejného germicidního účinku proto vyžaduje odlišné dávky; pro převod mezi nimi je nutné použít akční spektrum.
Ne bez otestování. Fotoiniciátor musí absorbovat na nové vlnové délce a s tím se mění i počet fotonů na joule. V praxi je nutné proces znovu uvolnit, včetně měření dávky v místě obrobku. Výpočet naleznete v kalkulačce UV dávky.
Pod 200 nm senzor VUV s proplachem dusíkem; v oblasti UVC spektrálně vážený senzor — vyhovující DVGW pro dezinfekční systémy; v oblasti UVA senzor UVA nebo radiometr s odpovídající hlavicí; ve viditelné oblasti fotometr nebo spektroradiometr. Explorer uvádí odpovídající řešení pro každou vlnovou délku; veličiny, které za tím stojí, jsou vysvětleny v části radiometrické veličiny.
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia je jednatelem společnosti Opsytec Dr. Gröbel GmbH v Ettlingenu a vede akreditovanou kalibrační laboratoř. Po svém výzkumu pulzních xenonových excimerových výbojů na Institutu osvětlovací techniky KIT se v současnosti zaměřuje na měřicí techniku optického záření. Je místopředsedou normalizační komise DIN FNL 7 „Optické záření" a členem projektové skupiny DVGW pro UV dezinfekci.
