Misuratore UVC e radiometro UVC per 200–280 nm

La radiazione UVC disinfetta acqua, aria e superfici, attiva processi fotochimici e viene impiegata nella ricerca per inattivare virus, batteri e funghi. Se una sorgente UVC raggiunga l'effetto richiesto e se le persone nelle vicinanze siano protette può essere dimostrato solo mediante una misurazione tarata dell'irradianza. I misuratori UVC di Opsytec coprono l'intervallo spettrale da 200 a 280 nm e misurano l'irradianza e – a seconda dello strumento – la dose UVC su lampade, LED, camere e impianti.

Quattro domande determinano quale strumento sia adatto: che spettro ha la sorgente? Quale irradianza è prevista nel punto di misura? Come si presenta la geometria di misura? Ed è richiesto un valore istantaneo, una dose o un monitoraggio permanente?

Misurare l'irradianza UVC e la dose UVC

L'irradianza è la potenza radiante incidente su una superficie, espressa in W/m², mW/cm² o µW/cm²; 1 mW/cm² equivale a 10 W/m². La dose UVC è l'integrale nel tempo dell'irradianza – per una sorgente costante, semplicemente l'irradianza moltiplicata per il tempo – espressa in J/m² o mJ/cm². Nella disinfezione delle acque la grandezza riferita al mezzo è detta fluenza. È la dose a essere determinante per l'inattivazione dei microrganismi: a 1 mW/cm² si raggiungono 10 mJ/cm² dopo 10 secondi.

Non tutti gli strumenti portatili determinano la dose. L'RM-12 indica l'irradianza istantanea. RMD e RMD Pro e l'RMD Touch integrano l'irradianza nel tempo e visualizzano direttamente la dose; RMD Pro e RMD Touch memorizzano inoltre le serie di misura come file CSV. Il tinyTracker misura la dose come dosimetro alto soltanto 10 mm che attraversa l'impianto insieme al prodotto.

Misura UVC a 254 nm

Le lampade a vapori di mercurio a bassa pressione emettono la maggior parte della loro potenza UV in un'unica riga a 253,7 nm. La misura di questa riga è il compito classico della radiometria UVC: il sensore UVC per 200–280 nm è tarato su una lampada a bassa pressione e misura questa sorgente senza correzione spettrale. Tutti gli studi qui valutati – da 0,065 mW/cm² dietro un tubo quasi completamente coperto fino a 20 mW/cm² in un flash UVC – rientrano nel campo di misura di un singolo sensore UVC sull'RMD.

Le lampade a media pressione, al contrario, emettono uno spettro ampio con componenti nell'UVC, nell'UVB e nell'UVA; qui un sensore tarato a 254 nm fornisce letture sistematicamente errate. Come viene generata la riga a 254 nm e quali compiti di misura devono essere tenuti distinti negli impianti è spiegato in Misurare e monitorare la radiazione UVC a 254 nm.

Misurare correttamente i LED UVC

A seconda del materiale semiconduttore, i LED UVC emettono tipicamente tra 265 e 280 nm, con una larghezza di banda di circa 10 nm. Una parte della loro emissione si colloca quindi proprio in corrispondenza del bordo del filtro del sensore UVC a 280 nm. Con un LED a 275 nm il sensore taglia il fianco a lunghezza d'onda maggiore; a 280 nm il picco di emissione si trova sul bordo. Anche piccoli spostamenti della lunghezza d'onda di picco – tra lotti di LED o dovuti al riscaldamento durante il funzionamento – modificano allora la lettura più della potenza radiante effettiva.

Per i LED UVC Opsytec raccomanda pertanto un sensore UVBB (230–400 nm), il cui intervallo spettrale copre l'intera emissione del LED, tarato su un LED con lunghezza d'onda di picco corrispondente. Per le lampade a bassa pressione il sensore UVC resta la scelta giusta. Il laboratorio di taratura dispone di LED UV di diverse lunghezze d'onda come sorgenti di taratura. Quanto può diventare grande l'errore con una taratura non adeguata è illustrato in Disaccordo spettrale per i sensori UV.

Far-UVC a 222 nm e VUV a 172 nm

Le lampade a eccimeri di cloruro di kripton (KrCl*) emettono a 222 nm nell'intervallo far-UVC da 200 a 230 nm. Questa lunghezza d'onda è germicida ma penetra appena nella pelle: è la base per l'impiego in ambienti occupati, studiato tra gli altri da Buonanno et al. [2] e Welch et al. [3]. Le lampade non filtrate presentano inoltre emissioni secondarie nell'UVC a lunghezza d'onda maggiore, determinanti per la valutazione della sicurezza; gli apparecchi far-UVC per uso interno sono quindi dotati di un filtro.

Un sensore UVC copre spettralmente i 222 nm, ma per questo tipo di lampada deve essere tarato su una sorgente a 222 nm; una taratura a 254 nm rappresenterebbe in modo sistematicamente errato l'irradianza di una lampada KrCl. Il laboratorio di taratura Opsytec tara pertanto i sensori UVC su una lampada a eccimeri a 222 nm. Solo una misura spettrale mostra se il filtro sopprime effettivamente le emissioni secondarie. Gli spettri misurati di lampade KrCl filtrate e non filtrate sono disponibili nel database spettrale per lampade UV.

Le lampade a eccimeri di xeno (Xe₂*) a 172 nm irradiano nell'UV da vuoto. Questa radiazione viene assorbita dall'aria entro pochi millimetri; i sensori UVC con filtro e diffusore non la rilevano. A tale scopo è disponibile il tinyTracker 172 nm, che misura la dose in gas inerte direttamente sul substrato. I dettagli sono riportati in Misurazione della radiazione VUV a 172 nm delle lampade a eccimeri di xeno.

Disinfezione UV dell'acqua potabile: radiometro di riferimento DVGW

Negli impianti UV per la disinfezione dell'acqua potabile secondo DIN 19294-1 e DVGW W 294-1, un sensore installato in modo permanente monitora l'irradianza. Un radiometro di riferimento verifica questo sensore di sistema a intervalli regolari. I requisiti per il radiometro di riferimento sono stabiliti dalla DIN 19294-3 per gli impianti a bassa pressione e dalla DIN 19294-4 per gli impianti a media pressione; in Austria si applica la ÖNORM M 5873-1.

Il sensore DVGW non valuta la radiazione sull'intero intervallo UVC, bensì a banda stretta da 240 a 290 nm attorno alla riga a 253,7 nm. La DIN 19294-3 lo prescrive affinché i radiometri di sistema di produttori diversi forniscano valori confrontabili sullo stesso impianto. Il sensore misura fino a 200 W/m², ha un angolo di accettazione di 160° ed è utilizzato con l'RMD Pro. Per gli impianti a media pressione è disponibile un sensore di riferimento separato secondo la DIN 19294-4. Tutti i dati sono riportati nella pagina Radiometro di riferimento DVGW.

Monitoraggio permanente degli impianti UVC

Uno strumento portatile consente controlli a campione. Quando un impianto deve essere monitorato durante il funzionamento, un sensore installato in modo permanente misura in continuo e trasmette il proprio segnale al sistema di controllo:

• UVC-SE – sensore UVC resistente all'acqua in pressione (180–280 nm, fino a 1000 W/m²) con amplificatore integrato per reattori e processi a umido; uscita 0–10 V, 4–20 mA o 0–1 V.
• UVx-SE – sensore impermeabile con attacco G 3/4″, anche per lampade a media pressione e ambienti CIP, fino a 200 mW/cm².
• PLC.D – sensori UV digitali con RS-485, RS-232 o USB e stato di taratura nel protocollo dati.
• Sensori PLC con 4–20 mA, 0–10 V o 0–2 V per sistemi di controllo.

Il sensore installato viene confrontato a intervalli fissi con uno strumento portatile tarato nella stessa posizione, ad esempio settimanalmente con l'RMD Pro.

Decontaminazione UVC di ambienti e superfici

Quando ambienti e superfici vengono disinfettati con dispositivi UVC mobili, la dose dipende fortemente dalla distanza e dall'orientamento. Le superfici in ombra o lontane dalla sorgente ricevono molte volte meno rispetto alle superfici in linea di vista. In una stanza d'ospedale, Lindblad et al. hanno utilizzato un radiometro RM-22, il predecessore dell'RMD, e hanno misurato dosi comprese tra 15,9 e 1.068 mJ/cm² a seconda della posizione, con una mediana di 266 mJ/cm² [4]. Le misurazioni vengono pertanto eseguite nei punti che devono essere disinfettati, non solo in corrispondenza della sorgente.

Malayeri et al. hanno raccolto la dose necessaria per una determinata riduzione logaritmica di batteri, virus, protozoi e alghe [1]. Il tempo di esposizione necessario deriva dall'irradianza misurata come dose divisa per l'irradianza. Per la protezione delle persone durante la disinfezione UV, si veda Sicurezza della disinfezione UV.

[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 a 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 a 849, doi:10.1016/j.burns.2019.10.004

Dove è stato misurato l'UVC: livelli di irradianza dagli studi

Quanto UVC arriva là dove avviene la disinfezione? Negli studi condotti con strumenti di misura e camere di irraggiamento Opsytec, l'intervallo va da 0,065 mW/cm² dietro un tubo quasi completamente coperto fino a 20 mW/cm² in un flash UVC: più di trecento volte tanto. La maggior parte dei punti di misura si colloca tra 0,3 e 15 mW/cm². La distanza, il numero di lampade e il fatto che la radiazione arrivi direttamente o in ombra fanno la differenza. Per questo si misura là dove deve prodursi l'effetto.

All'estremità inferiore, uno strumento con una risoluzione di 0,01 mW/cm² mostra solo una o due cifre; l'RMD risolve 0,001 µW/cm².

Sensori UVC tarati dal laboratorio accreditato

La qualità di una misurazione UVC dipende dalla taratura del sensore – e dal fatto che la sorgente di taratura corrisponda allo spettro da misurare. Tutti i radiometri e i sensori vengono forniti tarati, con riferibilità metrologica ai campioni nazionali. Il laboratorio di taratura Opsytec è accreditato DAkkS secondo la norma DIN EN ISO/IEC 17025 e tara sensori da 200 a 1000 nm con irradianze da 0,2 µW/cm² a oltre 10 W/cm². L'incertezza di taratura tipica dei sensori UVC è del 4,5–6,0 % (k = 2); nell'impiego pratico si aggiungono il disadattamento spettrale, la temperatura, l'invecchiamento e la geometria (Incertezza di misura nella misurazione UV).

Oltre ai sensori standard sono disponibili soluzioni per compiti di misura speciali: sensori XT per irradianze molto elevate, sonde UV per punti di misura difficilmente accessibili e versioni personalizzate per le vostre geometrie. Il selettore di sensori UV suggerisce il sensore adatto in base all'applicazione e alla lunghezza d'onda.

È possibile misurare anche i LED UVC con un misuratore UVC?
Sì, ma non con la stessa precisione con ogni sensore. L'emissione dei LED UVC a 265–280 nm si estende fino al bordo del filtro del sensore UVC a 280 nm; piccoli scostamenti della lunghezza d'onda di picco falsano quindi la lettura. Per i LED UVC Opsytec consiglia un sensore UVBB (230–400 nm), tarato su un LED con lunghezza d'onda corrispondente. Per le lampade a vapori di mercurio a bassa pressione a 254 nm il sensore UVC è la scelta giusta.

Quale misuratore UVC misura la dose UVC?
RMD, RMD Pro e RMD Touch visualizzano la dose in J/m² accanto all'irradianza; RMD Pro e RMD Touch memorizzano inoltre le serie di misura come file CSV. Il tinyTracker misura la dose come dosimetro piatto che attraversa l'impianto. L'RM-12 indica solo l'irradianza istantanea: la dose si ottiene quindi moltiplicando l'irradianza per il tempo.

L'RMD può misurare irradianze UVC molto basse, ad esempio 0,2 µW/cm²?
Sì. Con il sensore UVC per la sicurezza sul lavoro (campo di misura 0–10 mW/cm²) l'RMD rileva in modo affidabile irradianze a partire da circa 0,05 µW/cm², ad esempio la radiazione diffusa sul posto di lavoro. Per tali misure consigliamo un tempo di mediazione di 2 s, una regolazione dell'offset e un treppiede.

Quale valore UVC è rilevante per la sicurezza sul lavoro?
Il valore limite di esposizione per la radiazione ottica artificiale è una dose efficace di 30 J/m² al giorno, ponderata con lo spettro d'azione S(λ). Poiché in questo intervallo l'UVC è ponderato in modo particolarmente marcato, anche irradianze molto basse si avvicinano al limite nell'arco di una giornata lavorativa. Per questo motivo è disponibile per l'RMD un sensore UVC dedicato e ad alta sensibilità con 0–10 mW/cm², per dimostrare la sicurezza sul lavoro. Valutazione e misure: Sicurezza della disinfezione UV.

L'RMD è adatto a nastri trasportatori per disinfezione e impianti in continuo?
L'RMD Pro registra i valori misurati ed è quindi in linea di principio adatto alle applicazioni su nastro trasportatore. Tuttavia, grazie alla loro altezza ridotta, il tinyTracker, il curelog o l'UVpad con misura spettrale risultano di solito più adatti, poiché attraversano l'impianto insieme al prodotto.

mW/cm² o W/m² – quale unità è corretta?
Entrambe. 1 mW/cm² corrisponde a 10 W/m², 1 mJ/cm² corrisponde a 10 J/m². Gli studi sulla disinfezione utilizzano in genere mW/cm² e mJ/cm², le norme per la disinfezione dell'acqua W/m² e J/m². Il calcolatore di radiometria converte le unità.

In che cosa si distingue un radiometro UVC da un semplice misuratore UV?
Molti semplici misuratori UV sono concepiti per l'UVA o per l'indice UV e non rilevano affatto l'UVC, oppure lo rilevano solo in modo impreciso. Un radiometro UVC necessita di un sensore con intervallo spettrale 200–280 nm, di una correzione del coseno per la radiazione con incidenza obliqua e di una taratura su una sorgente con spettro corrispondente, documentata da un certificato di taratura.

Ogni quanto deve essere tarato un misuratore UVC?
Non esiste un intervallo generalmente prescritto. Dodici mesi rappresentano un punto di partenza pratico per molti misuratori UV, da confermare o adeguare sulla base del proprio storico di misura. Un utilizzo frequente, dosi elevate, calore e contaminazione depongono a favore di un intervallo più breve. Maggiori informazioni alla voce Intervallo di taratura per i dispositivi di misura UV.