La longitud de onda es lo primero que se pregunta sobre una aplicación UV, y el primer lugar donde surgen malentendidos. 254 nm y 265 nm distan once nanómetros y proceden de fuentes completamente distintas; 395 nm y 405 nm están separados por aún menos, y sin embargo uno cae en el rango UVA y el otro ya en el visible. Este explorador sitúa cualquier longitud de onda entre 150 y 800 nm y ofrece las magnitudes que aparecen en las hojas de datos y en las normas.
La segunda parte compara las longitudes de onda habituales unas junto a otras. La columna interesante ahí es fotones por julio: explica por qué la liberación de un proceso no puede simplemente trasladarse de una longitud de onda a otra. Una reacción fotoquímica responde a los fotones absorbidos, no a los julios; y con la misma dosis, 405 nm aporta aproximadamente un 60 % más de fotones que 254 nm.
Cuál es la longitud de onda adecuada lo decide, al final, el espectro de absorción de la sustancia, no solo el número de fotones. Y cuánta irradiancia llega realmente lo decide la medición. Opsytec Dr. Gröbel desarrolla, fabrica y calibra los sensores, radiómetros y espectrorradiómetros necesarios en su propio laboratorio acreditado.
Las conversiones entre longitud de onda, frecuencia, número de onda y energía del fotón se aplican en el vacío; en un medio con índice de refracción n, la longitud de onda y la velocidad de propagación cambian, mientras que la frecuencia y la energía del fotón no. Los rangos espectrales siguen la norma CIE S 017 (ILV); la anteriormente utilizada DIN 5031-7 ha sido retirada. Las fuentes y aplicaciones mencionadas son ejemplos típicos, no una lista exhaustiva; no sustituyen ni el diseño de un sistema ni una evaluación de riesgos. Lo que cuenta es la medición con instrumentos calibrados.
Fundamentos
La longitud de onda, la frecuencia, el número de onda y la energía del fotón describen la misma radiación desde cuatro puntos de vista y se convierten entre sí sin necesidad de información adicional. Las relaciones son ν = c / λ, σ = 1 / λ y E = h · c / λ; con la longitud de onda en nanómetros, esta última se simplifica a E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. El número de onda en cm⁻¹ es habitual en espectroscopia porque es directamente proporcional a la energía, a diferencia de la longitud de onda. La energía fotónica molar en kJ/mol, por último, relaciona la radiación con las entalpías de reacción e indica si esta es capaz de romper un determinado enlace.
Según la norma DIN 5031-7, la radiación UVC abarca de 100 a 280 nm, la UVB de 280 a 315 nm y la UVA de 315 a 400 nm.
| Rango | Longitud de onda | Fuentes típicas |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | excímero de xenón 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | mercurio de baja presión 254 nm, KrCl 222 nm, LEDs UVC 265 y 280 nm |
| UVB | 280–315 nm | excímero de XeCl 308 nm, lámparas fluorescentes UVB 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | lámparas fluorescentes UVA 340 nm, LEDs UVA de 365 a 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | LEDs violeta y azul a partir de 405 nm |
Entre 380 y 400 nm, la radiación UVA y el rango visible se solapan; la norma asigna este tramo a ambos. Allí la radiación es perceptible como un tenue violeta y sigue clasificándose como UVA. Por eso una fuente de 405 nm se denomina fuente UV o fuente de luz según el punto de vista.
Una dosis es una energía por unidad de superficie. Si se divide por la energía de un único fotón se obtiene el número de fotones por unidad de superficie, y eso es a lo que responden la fotoquímica y la fotobiología. Dado que la energía de los fotones disminuye a medida que aumenta la longitud de onda, la misma dosis contiene más fotones a longitudes de onda más largas. A 254 nm hay aproximadamente 1,28 · 10¹⁸ fotones por julio, a 405 nm aproximadamente 2,04 · 10¹⁸. Quien convierte un sistema de una lámpara de mercurio a LED UVA cambia no solo el espectro, sino también la relación entre energía y fotones.
La longitud de onda por sí sola no dice nada sobre si una aplicación funcionará. Lo que importa es si la sustancia absorbe en esa longitud de onda: un fotoiniciador que absorbe en el UVA responde a 365 nm y permanece prácticamente inalterado a 254 nm, aunque los fotones individuales en esa zona lleven más energía. Tampoco la ubicación de una longitud de onda sustituye la evaluación de seguridad: el peligro depende del espectro de acción, no del nombre del rango.
Preguntas frecuentes
Según la norma DIN 5031-7: UVC de 100 a 280 nm, UVB de 280 a 315 nm, UVA de 315 a 400 nm. El rango visible ya comienza a 380 nm y, por tanto, se solapa con la parte superior del UVA. Otros conjuntos de normas sitúan el límite entre el UVA y el visible en 400 nm; en casos límite conviene comprobar qué norma se está aplicando. Más información en rangos espectrales y normas.
Mediante E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. 254 nm dan 4,88 eV, 365 nm 3,40 eV, 405 nm 3,06 eV. El número es el producto de la constante de Planck y la velocidad de la luz, dividido por la carga elemental.
El número de onda σ = 1/λ, expresado en cm⁻¹, es directamente proporcional a la energía. Por ello, en espectroscopia la distancia entre bandas se indica en números de onda en lugar de nanómetros: una separación de 4670 cm⁻¹ significa la misma diferencia de energía en todos los casos, mientras que una separación de 75 nm no.
254 nm es la línea de resonancia de la lámpara de mercurio de baja presión, una línea muy estrecha procedente de una fuente muy eficiente. 265 nm se encuentra más cerca del máximo de absorción del ADN y se produce mediante LEDs UVC, que normalmente tienen un ancho de banda de 10 a 12 nm. Por lo tanto, lograr el mismo efecto germicida requiere dosis diferentes; para convertir entre ambas se necesita el espectro de acción.
No sin realizar pruebas. El fotoiniciador tiene que absorber en la nueva longitud de onda, y con ella cambia el número de fotones por julio. En la práctica hay que repetir la liberación del proceso, con una medición de la dosis en el lugar de la pieza de trabajo. El cálculo se encuentra en la calculadora de dosis UV.
Por debajo de 200 nm, un sensor VUV con purga de nitrógeno; en el UVC, un sensor ponderado espectralmente — conforme a DVGW para sistemas de desinfección; en el UVA, un sensor UVA o un radiómetro con el cabezal adecuado; en el visible, un fotómetro o un espectrorradiómetro. El explorador indica la solución adecuada para cada longitud de onda; las magnitudes que hay detrás se explican en magnitudes radiométricas.
Autor: el Dr. Mark Paravia
El Dr.-Ing. Mark Paravia es el director gerente de Opsytec Dr. Gröbel GmbH en Ettlingen y dirige el laboratorio de calibración acreditado. Tras sus investigaciones sobre descargas de excímero de xenón pulsadas en el Instituto de Tecnología de Iluminación del KIT, su trabajo actual se centra en la tecnología de medición de radiación óptica. Es vicepresidente del comité de normalización DIN FNL 7 «Radiación Óptica» y miembro del grupo de proyecto de la DVGW sobre desinfección UV.
