אורך הגל הוא הדבר הראשון שנשאלים עליו כשמדובר ביישום UV - וגם המקום הראשון שבו נוצרות אי-הבנות. בין 254 nm ל-265 nm יש הפרש של אחד עשר ננומטר, והם מגיעים ממקורות שונים לחלוטין; בין 395 nm ל-405 nm ההפרש אף קטן יותר, ובכל זאת האחד נופל בתחום ה-UVA והשני כבר בתחום הנראה לעין. הכלי הזה ממקם כל אורך גל בין 150 ל-800 nm ומציג את הגדלים המופיעים בדפי נתונים ובתקנים.
החלק השני מציב זה לצד זה את אורכי הגל הנפוצים. העמודה המעניינת שם היא מספר הפוטונים ליחידת ג'אול: היא מסבירה מדוע לא ניתן פשוט להעביר שחרור תהליך מאורך גל אחד לאחר. תגובה פוטוכימית מגיבה לפוטונים נספגים, לא לג'אולים - ובאותה מנת קרינה, 405 nm מספק כ-60% יותר פוטונים מאשר 254 nm.
איזה אורך גל הוא הנכון נקבע בסופו של דבר על ידי ספקטרום הבליעה של החומר, לא רק על פי מספר הפוטונים. וכמה עצמת קרינה בפועל מגיעה נקבע על ידי המדידה. Opsytec Dr. Gröbel מפתחת, מייצרת ומכיילת את החיישנים, הרדיומטרים והספקטרורדיומטרים הנדרשים במעבדה המוסמכת שלה.
ההמרות בין אורך גל, תדירות, מספר גל ואנרגיית פוטון תקפות בריק; במדיום בעל מקדם שבירה n, אורך הגל ומהירות ההתקדמות משתנים בעוד שהתדירות ואנרגיית הפוטון אינם משתנים. טווחי הספקטרום פועלים לפי CIE S 017 (ILV); התקן DIN 5031-7 ששימש בעבר בוטל. המקורות והיישומים המוזכרים הם דוגמאות אופייניות, לא רשימה ממצה; הם אינם מחליפים לא תכנון מערכת ולא הערכת סיכונים. המדידה באמצעות מכשירים מכוילים היא הקובעת.
יסודות
אורך גל, תדירות, מספר גל ואנרגיית פוטון מתארים את אותה קרינה מארבע נקודות מבט, וניתן להמיר ביניהם זה לזה בלי כל מידע נוסף. הקשרים הם ν = c / λ, σ = 1 / λ וכן E = h · c / λ; כאשר אורך הגל נתון ב-nm, המשוואה האחרונה מתקצרת ל-E[eV] = 1239.842 / λ[nm]. מספר הגל ב-cm⁻¹ נהוג בספקטרוסקופיה מפני שהוא פרופורציוני ישירות לאנרגיה — בשונה מאורך הגל. אנרגיית פוטון מולרית ב-kJ/mol, לבסוף, מקשרת את הקרינה לאנתלפיות תגובה ומלמדת אם היא מסוגלת בכלל לשבור קשר נתון.
לפי DIN 5031-7, UVC משתרע מ-100 עד 280 nm, UVB מ-280 עד 315 nm ו-UVA מ-315 עד 400 nm.
| תחום | אורך גל | מקורות אופייניים |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | אקסימר קסנון 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | מנורת כספית בלחץ נמוך 254 nm, KrCl 222 nm, נוריות UVC 265 ו-280 nm |
| UVB | 280–315 nm | אקסימר XeCl 308 nm, מנורות פלואורסצנט UVB 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | מנורות פלואורסצנט UVA 340 nm, נוריות UVA 365 עד 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | נוריות סגול וכחול מ-405 nm |
בין 380 ל-400 nm, UVA והתחום הנראה חופפים — התקן מייחס קטע זה לשניהם. הקרינה שם נתפסת כסגול חלוש ועדיין מוגדרת כ-UVA. זו הסיבה שמקור באורך גל 405 nm נקרא מקור UV או מקור אור, בהתאם לנקודת המבט.
מנת קרינה היא אנרגיה ליחידת שטח. אם מחלקים אותה באנרגיה של פוטון בודד מתקבל מספר הפוטונים ליחידת שטח — וזה מה שהפוטוכימיה והפוטוביולוגיה מגיבות אליו. מכיוון שאנרגיית הפוטון פוחתת עם עליית אורך הגל, אותה מנת קרינה מכילה יותר פוטונים באורכי גל ארוכים יותר. ב-254 nm יש בערך 1.28 · 10¹⁸ פוטונים לג'אול, וב-405 nm בערך 2.04 · 10¹⁸. כל מי שמתאים מערכת ממנורת חשמל לתחמוצת מרקורי לנוריות LED מסוג UVA, משנה לא רק את הספקטרום אלא גם את היחס בין אנרגיה לפוטונים.
אורך גל בלבד לא אומר דבר על כך אם יישום יעבוד. מה שחשוב הוא אם החומר סופג באורך הגל הזה: פוטואיניציאטור הסופג ב-UVA מגיב ל-365 nm ונשאר במידה רבה לא מושפע ב-254 nm, אף על פי שהפוטונים הבודדים שם נושאים יותר אנרגיה. גם מיקום אורך גל אינו מחליף את הערכת הבטיחות — הסיכון תלוי בספקטרום הפעולה, לא בשם הטווח.
שאלות נפוצות
לפי DIN 5031-7: UVC בטווח 100 עד 280 nm, UVB בטווח 280 עד 315 nm, UVA בטווח 315 עד 400 nm. התחום הנראה לעין מתחיל כבר ב-380 nm ולכן חופף לחלק העליון של UVA. גופי תקינה אחרים קובעים את הגבול בין UVA לתחום הנראה ב-400 nm — במקרי גבול כדאי לבדוק לפי איזה תקן פועלים. מידע נוסף תחת טווחים ספקטרליים ותקנים.
באמצעות E[eV] = 1239.842 / λ[nm]. 254 nm נותן 4.88 eV, 365 nm נותן 3.40 eV, 405 nm נותן 3.06 eV. המספר הוא תוצר קבוע פלאנק ומהירות האור, מחולק במטען היסודי.
מספר גל σ = 1/λ, הנתון ב-cm⁻¹, פרופורציוני ישירות לאנרגיה. לכן בספקטרוסקופיה נהוג לציין את המרחק בין פסים במספרי גל ולא בננומטרים: פער של 4670 cm⁻¹ מייצג את אותו הפרש אנרגיה בכל מקום, בעוד שפער של 75 nm אינו כך.
254 nm הוא קו התהודה של מנורת החץ בכספית בלחץ נמוך — קו צר מאוד ממקור יעיל מאוד. 265 nm קרוב יותר לשיא הבליעה של DNA ומופק באמצעות נוריות LED מסוג UVC, שבהן רוחב הפס טיפוסי הוא 10 עד 12 nm. השגת אפקט חיטוי זהה מחייבת אפוא מנות קרינה שונות; ההמרה בין השתיים מחייבת שימוש בספקטרום הפעולה.
לא בלי ביצוע בדיקות. הפוטואיניציאטור חייב לספוח קרינה באורך הגל החדש, ומספר הפוטונים ליחידת ג'אול משתנה בהתאם. בפועל יש לחזור על אישור התהליך מחדש, כולל מדידת מנת קרינה במיקום פריט העבודה. החישוב מופיע במחשבון מנת קרינת UV.
מתחת ל-200 nm חיישן VUV עם שטיפת חנקן; ב-UVC חיישן משוקלל ספקטרלית — תואם DVGW למערכות חיטוי; ב-UVA חיישן UVA או רדיומטר עם הראש המתאים; באור הנראה פוטומטר או ספקטרורדיומטר. הסייר מציין את הפתרון המתאים לכל אורך גל; הגדלים שמאחוריו מוסברים בעמוד גדלים רדיומטריים.
מחבר: ד"ר מארק פאראוויה
ד"ר-אינג' מארק פאראוויה הוא מנהל חברת Opsytec Dr. Gröbel GmbH באטלינגן ועומד בראש מעבדת הכיול המוסמכת. בהמשך למחקרו על פריקות אקסימר קסנון פועמות במכון לטכנולוגיית תאורה (Institute of Lighting Technology) ב-KIT, הוא מתמקד כיום בטכנולוגיית מדידת קרינה אופטית. הוא ממלא תפקיד סגן יושב-ראש בוועדת התקינה הגרמנית DIN FNL 7 "קרינה אופטית" וחבר בקבוצת הפרויקט של DVGW לחיטוי UV.
