UVC-måler og UVC-radiometer til 200–280 nm

UVC-stråling desinficerer vand, luft og overflader, driver fotokemiske processer og anvendes i forskningen til at inaktivere vira, bakterier og svampe. Om en UVC-kilde opnår den ønskede effekt, og om personer i nærheden er beskyttet, kan kun dokumenteres med en kalibreret måling af irradians. UVC-målere fra Opsytec dækker spektralområdet fra 200 til 280 nm og måler irradians og – afhængigt af instrumentet – UVC-dosis på lamper, LED'er, kamre og anlæg.

Fire spørgsmål afgør, hvilket instrument der passer: Hvilket spektrum har kilden? Hvilken irradians forventes i målepunktet? Hvordan ser målegeometrien ud? Og kræves der en øjebliksværdi, en dosis eller permanent overvågning?

Måling af UVC-irradians og UVC-dosis

Irradians er den stråleeffekt, der rammer en overflade, angivet i W/m², mW/cm² eller µW/cm²; 1 mW/cm² svarer til 10 W/m². UVC-dosis er tidsintegralet af irradiansen – for en konstant kilde ganske enkelt irradians multipliceret med tid – angivet i J/m² eller mJ/cm². Ved vandbehandling kaldes den størrelse, der refererer til mediet, for fluens. Det er dosis, der er afgørende for inaktiveringen af mikroorganismer: ved 1 mW/cm² nås 10 mJ/cm² efter 10 sekunder.

Ikke alle håndholdte måleinstrumenter bestemmer selv dosis. RM-12 viser den øjeblikkelige irradians. RMD og RMD Pro samt RMD Touch integrerer irradiansen over tid og viser dosis direkte; RMD Pro og RMD Touch gemmer desuden måleserier som CSV-filer. tinyTracker måler dosis som et dosimeter på kun 10 mm i højden, der bevæger sig gennem anlægget sammen med produktet.

UVC-måling ved 254 nm

Lavtryks-kviksølvlamper udsender størstedelen af deres UV-effekt i en enkelt linje ved 253,7 nm. Måling af denne linje er den klassiske opgave inden for UVC-radiometri: UVC-sensoren til 200-280 nm kalibreres på en lavtrykslampe og måler denne kilde uden spektral korrektion. Alle de undersøgelser, der vurderes her - fra 0,065 mW/cm² bag et næsten helt tildækket rør til 20 mW/cm² i et UVC-blitz - ligger inden for måleområdet for en enkelt UVC-sensor på RMD.

Mellemtrykslamper udsender derimod et bredt spektrum med andele i UVC, UVB og UVA; en sensor, der er kalibreret ved 254 nm, viser her systematisk forkerte værdier. Hvordan 254 nm-linjen dannes, og hvilke måleopgaver der skal holdes adskilt i anlæg, forklares i Måling og overvågning af UVC-stråling ved 254 nm.

Sådan måler du UVC-LED'er korrekt

Afhængigt af halvledermaterialet udsender UVC-LED'er typisk mellem 265 og 280 nm med en båndbredde på ca. 10 nm. En del af deres emission ligger derfor lige ved filterkanten på UVC-sensoren ved 280 nm. Ved en LED på 275 nm skærer sensoren den langbølgede flanke væk; ved 280 nm ligger emissionstoppen på kanten. Selv små forskydninger i topbølgelængden – mellem LED-batches eller på grund af opvarmning under drift – ændrer så måleværdien mere end den faktiske stråleeffekt.

Til UVC-LED'er anbefaler Opsytec derfor en UVBB-sensor (230–400 nm), hvis spektralområde dækker hele LED-emissionen, kalibreret på en LED med en tilsvarende topbølgelængde. Til lavtrykslamper er UVC-sensoren fortsat det rigtige valg. Kalibreringslaboratoriet har UV-LED'er med forskellige bølgelængder som kalibreringskilder. Hvor stor fejlen kan blive ved en uegnet kalibrering, fremgår af Spektral mismatch for UV-sensorer.

Far-UVC ved 222 nm og VUV ved 172 nm

Kryptonchlorid-excimerlamper (KrCl*) emitterer ved 222 nm i far-UVC-området fra 200 til 230 nm. Denne bølgelængde er germicid, men trænger kun i ringe grad ind i huden – grundlaget for anvendelse i rum med personer, undersøgt af blandt andre Buonanno et al. [2] og Welch et al. [3]. Ufiltrerede lamper har desuden sekundære emissioner i det længerebølgede UVC, som er afgørende for sikkerhedsvurderingen; far-UVC-armaturer til indendørs brug er derfor udstyret med et filter.

En UVC-sensor dækker 222 nm spektralt, men skal til denne lampetype kalibreres på en 222 nm-kilde; en kalibrering ved 254 nm ville systematisk gengive irradiansen fra en KrCl-lampe forkert. Opsytecs kalibreringslaboratorium kalibrerer derfor UVC-sensorer på en 222 nm-excimerlampe. Kun en spektral måling viser, om filteret rent faktisk undertrykker de sekundære emissioner. Målte spektre af filtrerede og ufiltrerede KrCl-lamper findes i spektraldatabasen for UV-lamper.

Xenon-excimerlamper (Xe₂*) ved 172 nm stråler i vakuum-UV. Denne stråling absorberes af luft inden for få millimeter; UVC-sensorer med filter og diffusor registrerer den ikke. Til dette findes tinyTracker 172 nm, som måler dosis i inertgas direkte ved substratet. Detaljer findes i Måling af 172 nm VUV-stråling fra xenon-excimerlamper.

UV-desinfektion af drikkevand: DVGW-referenceradiometer

I UV-anlæg til desinfektion af drikkevand i henhold til DIN 19294-1 og DVGW W 294-1 overvåger en fast installeret sensor irradiansen. Et referenceradiometer kontrollerer denne anlægssensor med regelmæssige mellemrum. Kravene til referenceradiometret er fastlagt i DIN 19294-3 for lavtryksanlæg og DIN 19294-4 for mellemtryksanlæg; i Østrig gælder ÖNORM M 5873-1.

DVGW-sensoren vurderer ikke strålingen over hele UVC-området, men smalbåndet fra 240 til 290 nm omkring linjen ved 253,7 nm. DIN 19294-3 foreskriver dette, så anlægsradiometre fra forskellige producenter leverer sammenlignelige værdier på den samme installation. Sensoren måler op til 200 W/m², har en åbningsvinkel på 160° og anvendes med RMD Pro. Til mellemtryksanlæg findes der en separat referencesensor i henhold til DIN 19294-4. Alle data findes på siden DVGW-referenceradiometer.

Permanent overvågning af UVC-anlæg

Et håndholdt måleinstrument giver stikprøvekontrol. Hvor et anlæg skal overvåges under drift, måler en fast installeret sensor kontinuerligt og sender sit signal videre til styresystemet:

• UVC-SE – trykvandsbestandig UVC-sensor (180-280 nm, op til 1000 W/m²) med integreret forstærker til reaktorer og våde processer; udgang 0-10 V, 4-20 mA eller 0-1 V.
• UVx-SE – vandtæt sensor med G 3/4″-tilslutning, også til mellemtrykslamper og CIP-miljøer, op til 200 mW/cm².
• PLC.D – digitale UV-sensorer med RS-485, RS-232 eller USB og kalibreringsstatus i dataprotokollen.
• PLC-sensorer med 4-20 mA, 0-10 V eller 0-2 V til styresystemer.

Den installerede sensor sammenlignes med faste intervaller med et kalibreret håndholdt måleinstrument i samme position, for eksempel ugentligt med RMD Pro.

UVC-dekontaminering af rum og overflader

Når rum og overflader desinficeres med mobile UVC-apparater, afhænger dosis i høj grad af afstand og orientering. Overflader i skygge eller langt fra kilden modtager mange gange mindre end overflader i direkte sigtelinje. I et hospitalsværelse anvendte Lindblad et al. et RM-22-radiometer, forgængeren for RMD, og målte doser mellem 15,9 og 1.068 mJ/cm² afhængigt af positionen, med en median på 266 mJ/cm² [4]. Målingerne foretages derfor på de punkter, der skal desinficeres – ikke kun ved kilden.

Malayeri et al. har samlet den dosis, der kræves for en given log-reduktion af bakterier, vira, protozoer og alger [1]. Den nødvendige eksponeringstid følger af den målte irradians som dosis divideret med irradians. Om beskyttelse af personer under UV-desinfektion, se Sikkerhed ved UV-desinfektion.

[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

Hvor UVC blev målt – irradiansniveauer fra studier

Hvor meget UVC når frem til det sted, hvor desinfektionen finder sted? I studier, der arbejdede med Opsytec-måleinstrumenter og bestrålingskamre, strækker spændet sig fra 0,065 mW/cm² bag et næsten helt tildækket rør til 20 mW/cm² i et UVC-blitz – mere end tre hundrede gange så meget. De fleste målepunkter ligger mellem 0,3 og 15 mW/cm². Afstanden, antallet af lamper og om strålingen ankommer direkte eller i skygge gør forskellen. Derfor måles der dér, hvor virkningen skal opstå.

I den nedre ende viser et instrument med en opløsning på 0,01 mW/cm² kun et eller to cifre; RMD opløser 0,001 µW/cm².

Kalibrerede UVC-sensorer fra det akkrediterede laboratorium

Kvaliteten af en UVC-måling afhænger af kalibreringen af sensoren – og af, om kalibreringskilden svarer til det spektrum, der måles. Alle radiometre og sensorer leveres kalibreret med metrologisk sporbarhed til nationale normaler. Opsytecs kalibreringslaboratorium er akkrediteret af DAkkS efter DIN EN ISO/IEC 17025 og kalibrerer sensorer fra 200 til 1000 nm ved irradianser fra 0,2 µW/cm² til over 10 W/cm². Den typiske kalibreringsusikkerhed for UVC-sensorerne er 4,5–6,0 % (k = 2); under brug kommer hertil spektral mismatch, temperatur, ældning og geometri (Måleusikkerhed ved UV-måling).

Ud over standardsensorerne findes der løsninger til særlige måleopgaver: XT-sensorer til meget høj irradians, UV-prober til svært tilgængelige målepunkter og kundespecifikke udførelser til dine egne geometrier. UV-sensorfinderen foreslår den rigtige sensor ud fra anvendelse og bølgelængde.

Kan jeg også måle UVC-LED'er med en UVC-måler?
Ja, men ikke lige godt med enhver sensor. Emissionen fra UVC-LED'er ved 265-280 nm strækker sig til UVC-sensorens filterkant ved 280 nm; små forskydninger i topbølgelængden forvrænger så måleværdien. Til UVC-LED'er anbefaler Opsytec en UVBB-sensor (230-400 nm), kalibreret på en LED med en tilsvarende bølgelængde. Til lavtryks-kviksølvlamper ved 254 nm er UVC-sensoren det rigtige valg.

Hvilken UVC-måler måler UVC-dosis?
RMD, RMD Pro og RMD Touch viser dosis i J/m² sammen med irradiansen; RMD Pro og RMD Touch gemmer desuden måleserier som CSV-filer. tinyTracker måler dosis som et fladt dosimeter, der kører gennem anlægget. RM-12 viser kun den øjeblikkelige irradians - dosis er så irradians ganget med tid.

Kan RMD måle meget lav UVC-irradians som f.eks. 0,2 µW/cm²?
Ja. Med UVC-sensoren til arbejdsmiljø (måleområde 0-10 mW/cm²) registrerer RMD pålideligt irradians fra ca. 0,05 µW/cm², for eksempel spredt stråling på arbejdspladsen. Til sådanne målinger anbefaler vi en midlingstid på 2 s, en offsetjustering og et stativ.

Hvilken UVC-værdi er relevant for arbejdsmiljøet?
Eksponeringsgrænsen for kunstig optisk stråling er en effektiv dosis på 30 J/m² pr. dag, vægtet med virkningsspektret S(λ). Fordi UVC vægtes særligt kraftigt i dette område, nærmer selv meget lave irradiansniveauer sig grænsen i løbet af en arbejdsdag. Derfor findes der en dedikeret, meget følsom UVC-sensor med 0-10 mW/cm² til RMD til dokumentation af arbejdsmiljøet. Vurdering og foranstaltninger: Sikkerhed ved UV-desinfektion.

Er RMD egnet til desinfektionstransportbånd og kontinuerlige anlæg?
RMD Pro registrerer måleværdier og er derfor principielt egnet til transportbåndsapplikationer. På grund af deres lave byggehøjde passer tinyTracker, curelog eller den spektralt målende UVpad dog normalt bedre, da de kører gennem anlægget sammen med produktet.

mW/cm² eller W/m² - hvilken enhed er korrekt?
Begge. 1 mW/cm² svarer til 10 W/m², 1 mJ/cm² svarer til 10 J/m². Studier om desinfektion bruger som regel mW/cm² og mJ/cm², standarder for vanddesinfektion W/m² og J/m². Radiometriberegneren omregner enhederne.

Hvordan adskiller et UVC-radiometer sig fra en simpel UV-måler?
Mange simple UV-målere er beregnet til UVA eller UV-indekset og registrerer slet ikke UVC eller kun unøjagtigt. Et UVC-radiometer kræver en sensor med det spektrale område 200-280 nm, cosinuskorrektion for skråt indfaldende stråling og en kalibrering på en kilde med et tilsvarende spektrum - dokumenteret med et kalibreringscertifikat.

Hvor ofte skal en UVC-måler kalibreres?
Der findes ikke noget generelt foreskrevet interval. Tolv måneder er et praktisk udgangspunkt for mange UV-målere, som bekræftes eller justeres på grundlag af din egen målehistorik. Hyppig brug, høje doser, varme og tilsmudsning taler for et kortere interval. Mere om dette under Kalibreringsinterval for UV-måleinstrumenter.