Bølgelængde er det første, man spørger om ved en UV-applikation - og det første sted, hvor misforståelser opstår. 254 nm og 265 nm ligger elleve nanometer fra hinanden og kommer fra helt forskellige kilder; 395 nm og 405 nm er skilt af endnu mindre, og alligevel ligger den ene i UVA-området og den anden allerede i det synlige. Denne explorer placerer enhver bølgelængde mellem 150 og 800 nm og angiver de størrelser, der optræder i databark og standarder.
Den anden del stiller de almindelige bølgelængder side om side. Den interessante kolonne her er fotoner pr. joule: den forklarer, hvorfor en procesfrigivelse ikke uden videre kan overføres fra en bølgelængde til en anden. En fotokemisk reaktion reagerer på absorberede fotoner, ikke på joule - og ved samme dosis leverer 405 nm omkring 60 % flere fotoner end 254 nm.
Hvilken bølgelængde der er den rigtige, afgøres i sidste ende af stoffets absorptionsspektrum, ikke af fotonantallet alene. Og hvor meget irradians der rent faktisk når frem, afgøres af målingen. Opsytec Dr. Gröbel udvikler, fremstiller og kalibrerer de nødvendige sensorer, radiometre og spektroradiometre i sit eget akkrediterede kalibreringslaboratorium.
Omregningerne mellem bølgelængde, frekvens, bølgetal og fotonenergi gælder i vakuum; i et medium med brydningsindeks n ændres bølgelængde og forplantningshastighed, mens frekvens og fotonenergi ikke gør. Spektralområder følger CIE S 017 (ILV); den tidligere anvendte DIN 5031-7 er trukket tilbage. De angivne kilder og anvendelser er typiske eksempler, ikke en fuldstændig liste; de erstatter hverken et systemdesign eller en risikovurdering. Det er målingen med kalibreret udstyr, der tæller.
Grundlæggende
Bølgelængde, frekvens, bølgetal og fotonenergi beskriver den samme stråling fra fire forskellige synsvinkler og kan omregnes til hinanden uden yderligere oplysninger. Sammenhængene er ν = c / λ, σ = 1 / λ og E = h · c / λ; med bølgelængden i nanometer forkortes den sidste til E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. Bølgetal i cm⁻¹ er almindeligt i spektroskopi, fordi det er direkte proportionalt med energien — i modsætning til bølgelængden. Molær fotonenergi i kJ/mol relaterer endelig strålingen til reaktionsenthalpier og angiver, om den overhovedet kan bryde en given binding.
I henhold til DIN 5031-7 går UVC fra 100 til 280 nm, UVB fra 280 til 315 nm og UVA fra 315 til 400 nm.
| Område | Bølgelængde | Typiske kilder |
|---|---|---|
| VUV | 100-200 nm | xenon excimer 172 nm |
| UVC | 200-280 nm | lavtryks kviksølv 254 nm, KrCl 222 nm, UVC-LED'er 265 og 280 nm |
| UVB | 280-315 nm | XeCl excimer 308 nm, UVB-lysstofrør 311 nm |
| UVA | 315-400 nm | UVA-lysstofrør 340 nm, UVA-LED'er 365 til 395 nm |
| VIS | 380-780 nm | violette og blå LED'er fra 405 nm |
Mellem 380 og 400 nm overlapper UVA og det synlige område - standarden tildeler dette segment til begge. Stråling her kan opfattes som en svag violet farve og betragtes stadig som UVA. Derfor kaldes en 405 nm-kilde en UV-kilde eller en lyskilde afhængigt af synsvinklen.
En dosis er en energi pr. arealenhed. Divider den med energien af en enkelt foton, og du får antallet af fotoner pr. arealenhed — og det er det, fotokemi og fotobiologi reagerer på. Fordi fotonenergien falder, når bølgelængden stiger, indeholder den samme dosis flere fotoner ved længere bølgelængder. Ved 254 nm er der ca. 1,28 · 10¹⁸ fotoner pr. joule, ved 405 nm ca. 2,04 · 10¹⁸. Enhver, der konverterer et system fra en kviksølvlampe til UVA-LED'er, ændrer ikke kun spektret, men også forholdet mellem energi og fotoner.
Bølgelængde alene siger ingenting om, hvorvidt en applikation vil fungere. Det, der betyder noget, er, om stoffet absorberer ved den bølgelængde: en fotoinitiator, der absorberer i UVA, reagerer på 365 nm og er stort set upåvirket ved 254 nm, selv om de enkelte fotoner der har mere energi. Angivelse af en bølgelængde erstatter heller ikke sikkerhedsvurderingen - risikoen afhænger af aktionsspektret, ikke af navnet på området.
Ofte stillede spørgsmål
I henhold til DIN 5031-7: UVC fra 100 til 280 nm, UVB fra 280 til 315 nm, UVA fra 315 til 400 nm. Det synlige område begynder allerede ved 380 nm og overlapper derfor den øvre del af UVA. Andre regelsæt lægger grænsen mellem UVA og synligt lys ved 400 nm — i grænsetilfælde er det værd at kontrollere, hvilken standard der anvendes. Mere under spektrale områder og standarder.
Via E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. 254 nm giver 4,88 eV, 365 nm 3,40 eV, 405 nm 3,06 eV. Tallet er produktet af Planck-konstanten og lysets hastighed, divideret med elementarladningen.
Bølgetal σ = 1/λ, angivet i cm⁻¹, er direkte proportionalt med energi. I spektroskopi angives afstanden mellem bånd derfor i bølgetal snarere end nanometer: en afstand på 4670 cm⁻¹ betyder den samme energiforskel overalt, en afstand på 75 nm gør ikke.
254 nm er resonanslinjen for lavtrykskviksølvlampen - en meget smal linje fra en meget effektiv kilde. 265 nm ligger tættere på DNA's absorptionsmaksimum og produceres af UVC-LED'er, som typisk har en bandbredde på 10 til 12 nm. For at opnå den samme germicide effekt kræves derfor forskellige doser; konvertering mellem dem kræver aktionsspektret.
Ikke uden test. Fotoinitiatoren skal absorbere ved den nye bølgelængde, og antallet af fotoner pr. joule ændrer sig samtidig. I praksis skal procesfrigivelsen gentages, med en dosismåling på arbejdsstykkets placering. Beregningen findes i UV-dosisberegneren.
Under 200 nm en VUV-sensor med kvælstofrensning; i UVC en spektralt vægtet sensor — DVGW-kompatibel til desinfektionssystemer; i UVA en UVA-sensor eller et radiometer med det tilhørende hoved; i det synlige en fotometer eller et spektroradiometer. Explorer'en angiver den passende løsning for hver bølgelængde; størrelserne bag den forklares under radiometriske størrelser.
Forfatter: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia er administrerende direktør for Opsytec Dr. Gröbel GmbH i Ettlingen og leder det akkrediterede kalibreringslaboratorium. Efter sin forskning i pulserende xenon-eksimerudladninger ved Institute of Lighting Technology på KIT er hans nuværende fokus på optisk strålingsmåleteknik. Han er næstformand for DIN-standardiseringsudvalget FNL 7 "Optical Radiation" og medlem af DVGW's projektgruppe om UV-desinfektion.
