किसी एकल फोटॉन की ऊर्जा केवल उसकी तरंगदैर्घ्य पर निर्भर करती है: तरंगदैर्घ्य जितनी छोटी होगी, फोटॉन उतना ही अधिक ऊर्जावान होगा। यह कैलकुलेटर नैनोमीटर में एक तरंगदैर्घ्य लेता है और फोटॉन ऊर्जा को जूल तथा इलेक्ट्रॉनवोल्ट में लौटाता है।
यह राशि बताती है कि यूवी विकिरण दृश्य प्रकाश से भिन्न तरीके से क्यों व्यवहार करता है। 254 nm पर एक फोटॉन लगभग 4.9 eV वहन करता है, जो कई कार्बनिक आबंधों की बंधन ऊर्जा से अधिक है – यह सीधे अणुओं को तोड़ सकता है। 400 nm पर एक फोटॉन केवल लगभग 3.1 eV वहन करता है। यह वही सीमा है जो यह निर्णय करती है कि कोई फोटोइनिशिएटर प्रतिक्रिया करता है या नहीं, कोई अर्धचालक संक्रमण उद्दीप्त होता है या नहीं, या कोई प्रकाश उत्प्रेरण अभिक्रिया आरंभ होती है या नहीं। यदि आप eV में कोई बैंड गैप जानते हैं, तो यह कैलकुलेटर आपको बताता है कि उसके लिए आप अधिकतम कौन सी तरंगदैर्घ्य उपयोग कर सकते हैं।
यह गणना निर्वात या वायु में फोटॉनों पर लागू होती है; अपवर्तनांक n वाले माध्यम में तरंगदैर्घ्य बदल जाती है परंतु फोटॉन ऊर्जा नहीं बदलती। स्थिरांक CODATA 2018 के अनुसार हैं।
फोटॉन ऊर्जा सीधे फोटॉन फ्लक्स की ओर ले जाती है – प्रति सेकंड फोटॉनों की संख्या। वह कैलकुलेटर photochemistry पृष्ठ में अंतर्निहित है, जहाँ यह प्रश्न उठता है। सभी विकिरणमापी कैलकुलेटर radiometry calculator में एकत्रित हैं।
मूल सिद्धांत
फोटॉन ऊर्जा प्लांक-आइंस्टीन संबंध E = h · c / λ से प्राप्त होती है, जिसमें प्लांक नियतांक h = 6.62607015 · 10⁻³⁴ J·s और प्रकाश की गति c = 299 792 458 मीटर/सेकंड है (SI संशोधन के बाद से दोनों को यथावत् परिभाषित किया गया है)। λ को मीटर में प्रविष्ट करने पर E जूल में प्राप्त होती है। इलेक्ट्रॉनवोल्ट के लिए, प्राथमिक आवेश से भाग दें, जिससे यह सुविधाजनक संक्षिप्त रूप प्राप्त होता है E[eV] = 1239.842 / λ[nm]।
| तरंगदैर्घ्य | ऊर्जा |
|---|---|
| 254 nm (निम्न-दाब पारद) | 4.88 eV |
| 265 nm (UVC LED) | 4.68 eV |
| 280 nm (UVC LED) | 4.43 eV |
| 365 nm (UVA LED) | 3.40 eV |
| 405 nm | 3.06 eV |
365 nm के लिए हल किया गया उदाहरण: E = 1239.842 / 365 = 3.397 eV, जो 5.44 · 10⁻¹⁹ J के बराबर है।
यह सूत्र एकल तरंगदैर्घ्य के एकल फोटॉन का वर्णन करता है। एक मध्यम-दाब पारद लैंप कई रेखाएँ उत्सर्जित करता है, जबकि एक LED सामान्यतः 10 से 15 nm तक अर्ध-उच्चतम पूर्ण चौड़ाई (FWHM) वाला एक बैंड उत्सर्जित करता है — यहाँ केंद्रक तरंगदैर्घ्य एक सन्निकटन है, और सटीक कार्य के लिए स्पेक्ट्रम का समाकलन आवश्यक होता है। फोटॉन ऊर्जा विकिरण की मात्रा के बारे में कुछ नहीं बताती; इसके लिए विकिरण तीव्रता या फोटॉन फ्लक्स आवश्यक है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
E = h · c / λ से। व्यवहार में संक्षिप्त रूप E[eV] = 1239.842 / λ[nm] प्रायः पर्याप्त होता है: 365 nm के लिए 3.40 eV मिलता है, 254 nm के लिए 4.88 eV मिलता है।
उसी संक्षिप्त सूत्र से। यह संबंध व्युत्क्रमानुपाती है, रैखिक नहीं — आधी तरंगदैर्घ्य का अर्थ है दोगुनी ऊर्जा।
क्योंकि व्यष्टिगत फोटॉन अधिक ऊर्जावान होता है। 254 nm पर फोटॉन ऊर्जा कई कार्बनिक बंधों की बंधन ऊर्जा से अधिक होती है, जबकि 365 nm पर यह नहीं होती। इसलिए यूवी-सी सीधे DNA पर कार्य करता है, जबकि यूवी-ए मुख्यतः मध्यवर्ती चरणों के माध्यम से कार्य करता है। रेंजों का वर्गीकरण वर्णक्रमीय रेंज और मानक के अंतर्गत वर्णित है।
λ = 1239.842 / 3.2 ≈ 387 nm. विश्वसनीय उत्तेजन के लिए व्यवहार में थोड़ी छोटी तरंगदैर्घ्य चुनी जाती है, लगभग 365 या 375 nm।
नहीं। किसी माध्यम के भीतर तरंगदैर्घ्य अपवर्तनांक के अनुसार छोटा हो जाता है, परंतु आवृत्ति और इसलिए ऊर्जा वही रहती है। सूत्रों में निर्वात तरंगदैर्घ्य का ही उपयोग किया जाना चाहिए।
यह तय करता है कि फोटोइनिशिएटर उत्तेजित होता भी है या नहीं। यदि तरंगदैर्घ्य इनिशिएटर की अवशोषण सीमा से मेल नहीं खाता, तो उच्च विकिरण मात्रा भी सहायक नहीं होगी। इस बारे में अधिक जानकारी फोटोइनिशिएटर एवं यूवी अवशोषक के अंतर्गत दी गई है।
लेखक: डॉ. मार्क पारविया
डॉ.-इंग. मार्क पारविया Ettlingen स्थित Opsytec Dr. Gröbel GmbH के प्रबंध निदेशक हैं और प्रत्यायित अंशांकन प्रयोगशाला का नेतृत्व करते हैं। KIT के प्रकाश प्रौद्योगिकी संस्थान में स्पंदित ज़ेनॉन एक्साइमर विसर्जन पर अपने शोध के बाद, उनका वर्तमान केंद्रबिंदु प्रकाशिक विकिरण मापन तकनीक है। वे DIN मानक समिति FNL 7 "Optical Radiation" के उपाध्यक्ष और यूवी विसंक्रमण पर DVGW परियोजना समूह के सदस्य हैं।
