La lunghezza d'onda è la prima cosa che si chiede a proposito di un'applicazione UV – ed è il primo punto in cui nascono i fraintendimenti. 254 nm e 265 nm distano undici nanometri e provengono da sorgenti completamente diverse; 395 nm e 405 nm sono separati da una distanza ancora minore, eppure uno rientra nell'intervallo UVA e l'altro già nel visibile. Questo esploratore colloca qualsiasi lunghezza d'onda tra 150 e 800 nm e fornisce le grandezze che compaiono nelle schede tecniche e nelle norme.
La seconda parte mette a confronto le lunghezze d'onda più comuni. La colonna interessante è quella dei fotoni per joule: essa spiega perché un rilascio di processo non possa semplicemente essere trasferito da una lunghezza d'onda a un'altra. Una reazione fotochimica risponde ai fotoni assorbiti, non ai joule – e, a parità di dose, 405 nm fornisce circa il 60 percento di fotoni in più rispetto a 254 nm.
Quale sia la lunghezza d'onda giusta lo decide, in ultima analisi, lo spettro di assorbimento della sostanza, non il solo numero di fotoni. E quanta irradianza arrivi effettivamente lo decide la misurazione. Opsytec Dr. Gröbel sviluppa, produce e tara i sensori, i radiometri e gli spettroradiometri necessari nel proprio laboratorio accreditato.
Le conversioni tra lunghezza d'onda, frequenza, numero d'onda ed energia fotonica valgono nel vuoto; in un mezzo con indice di rifrazione n, la lunghezza d'onda e la velocità di propagazione cambiano mentre la frequenza e l'energia fotonica non cambiano. Gli intervalli spettrali seguono la CIE S 017 (ILV); la precedentemente utilizzata DIN 5031-7 è stata ritirata. Le sorgenti e le applicazioni citate sono esempi tipici, non un elenco esaustivo; non sostituiscono né una progettazione di sistema né una valutazione dei rischi. Ciò che conta è la misurazione con strumenti tarati.
Fondamenti
Lunghezza d'onda, frequenza, numero d'onda ed energia del fotone descrivono la stessa radiazione da quattro punti di vista e si convertono l'una nell'altra senza bisogno di ulteriori informazioni. Le relazioni sono ν = c / λ, σ = 1 / λ e E = h · c / λ; con la lunghezza d'onda in nanometri quest'ultima si riduce a E[eV] = 1239.842 / λ[nm]. Il numero d'onda in cm⁻¹ è usuale in spettroscopia poiché è direttamente proporzionale all'energia — a differenza della lunghezza d'onda. L'energia molare dei fotoni in kJ/mol, infine, rapporta la radiazione alle entalpie di reazione e indica se essa sia in grado di rompere un determinato legame.
Secondo la norma DIN 5031-7, l'UVC va da 100 a 280 nm, l'UVB da 280 a 315 nm e l'UVA da 315 a 400 nm.
| Intervallo | Lunghezza d'onda | Sorgenti tipiche |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | eccimero allo xeno 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | mercurio a bassa pressione 254 nm, KrCl 222 nm, LED UVC 265 e 280 nm |
| UVB | 280–315 nm | eccimero XeCl 308 nm, lampade fluorescenti UVB 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | lampade fluorescenti UVA 340 nm, LED UVA da 365 a 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | LED viola e blu da 405 nm |
Tra 380 e 400 nm, l'UVA e il campo visibile si sovrappongono — la norma assegna questa sezione a entrambi. La radiazione in questo intervallo è percepibile come un debole violetto ed è comunque valutata come UVA. Per questo motivo una sorgente a 405 nm viene chiamata sorgente UV oppure sorgente luminosa a seconda del punto di vista.
Una dose è un'energia per unità di superficie. Dividetela per l'energia di un singolo fotone e otterrete il numero di fotoni per unità di superficie — ed è a questo che rispondono la fotochimica e la fotobiologia. Poiché l'energia del fotone diminuisce all'aumentare della lunghezza d'onda, la stessa dose contiene più fotoni a lunghezze d'onda maggiori. A 254 nm ci sono circa 1,28 · 10¹⁸ fotoni per joule, a 405 nm circa 2,04 · 10¹⁸. Chiunque converta un impianto da una lampada al mercurio a LED UVA modifica non solo lo spettro, ma anche il rapporto tra energia e fotoni.
La lunghezza d'onda da sola non dice nulla sul fatto che un'applicazione funzionerà. Ciò che conta è se la sostanza assorbe a quella lunghezza d'onda: un fotoiniziatore che assorbe negli UVA risponde a 365 nm e rimane in gran parte inalterato a 254 nm, anche se i singoli fotoni in quel punto trasportano più energia. L'indicazione di una lunghezza d'onda non sostituisce nemmeno la valutazione di sicurezza: il pericolo dipende dallo spettro d'azione, non dal nome dell'intervallo.
Domande frequenti
Secondo la norma DIN 5031-7: UVC da 100 a 280 nm, UVB da 280 a 315 nm, UVA da 315 a 400 nm. L'intervallo visibile inizia già a 380 nm e si sovrappone quindi alla parte superiore dell'UVA. Altri corpi normativi collocano il confine tra UVA e visibile a 400 nm — nei casi limite vale la pena verificare quale norma viene applicata. Ulteriori informazioni su intervalli spettrali e norme.
Tramite E[eV] = 1239.842 / λ[nm]. 254 nm corrispondono a 4,88 eV, 365 nm a 3,40 eV, 405 nm a 3,06 eV. Il numero è il prodotto della costante di Planck e della velocità della luce, diviso per la carica elementare.
Il numero d'onda σ = 1/λ, espresso in cm⁻¹, è direttamente proporzionale all'energia. In spettroscopia la distanza tra le bande viene quindi indicata in numeri d'onda piuttosto che in nanometri: uno scarto di 4670 cm⁻¹ significa la stessa differenza di energia ovunque, uno scarto di 75 nm no.
254 nm è la linea di risonanza della lampada a vapori di mercurio a bassa pressione — una linea molto stretta emessa da una fonte molto efficiente. 265 nm è più vicino al massimo di assorbimento del DNA e viene prodotto dai LED UVC, che tipicamente hanno una larghezza di banda da 10 a 12 nm. Per ottenere lo stesso effetto germicida sono quindi necessarie dosi diverse; la conversione tra le due richiede lo spettro d'azione.
Non senza test. Il fotoiniziatore deve assorbire alla nuova lunghezza d'onda, e con essa cambia anche il numero di fotoni per joule. In pratica il rilascio del processo deve essere ripetuto, con una misurazione della dose nella posizione del pezzo in lavorazione. Il calcolo si trova nel calcolatore della dose UV.
Sotto i 200 nm un sensore VUV con spurgo di azoto; nell'UVC un sensore a ponderazione spettrale — conforme DVGW per impianti di disinfezione; nell'UVA un sensore UVA o un radiometro con la testa corrispondente; nel visibile un fotometro o uno spettroradiometro. L'explorer indica la soluzione adatta per ogni lunghezza d'onda; le grandezze alla base sono spiegate in grandezze radiometriche.
Autore: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia è l'amministratore delegato di Opsytec Dr. Gröbel GmbH a Ettlingen e dirige il laboratorio di taratura accreditato. Dopo le sue ricerche sulle scariche a eccimeri di xeno pulsato presso l'Istituto di Tecnologia dell'Illuminazione del KIT, il suo interesse attuale è rivolto alla tecnica di misura della radiazione ottica. È vicepresidente del comitato normativo DIN FNL 7 "Radiazione Ottica" e membro del gruppo di progetto DVGW sulla disinfezione UV.
