波長は、UVアプリケーションについて最初に問われる事項であり、誤解が生じる最初の箇所でもあります。254 nmと265 nmは11ナノメートル離れており、まったく異なる光源から得られます。395 nmと405 nmはそれよりもさらに近い間隔ですが、一方はUVA領域、もう一方はすでに可視光領域に属しています。このエクスプローラーは150～800 nmの間の任意の波長を設定し、データシートや規格に登場する各種数値を表示します。
第2部では、代表的な波長を並べて比較します。ここで注目すべき列は「1ジュールあたりの光子数」です。これは、あるプロセスの条件を単純に別の波長へ転用できない理由を説明するものです。光化学反応は吸収された光子に応じて進行するのであり、ジュールに応じて進行するわけではありません。同じ積算光量であっても、405 nmは254 nmよりも約60パーセント多くの光子を供給します。
どの波長が適切かは、最終的には対象物質の吸収スペクトルによって決まるのであり、光子数のみで決まるものではありません。そして実際にどれだけの放射照度が到達するかは、測定によって決まります。Opsytec Dr. Gröbel GmbHは、そのために必要なセンサ、放射計、分光放射計を自社の認定校正機関で開発、製造、校正しています。
基礎
波長、周波数、波数、光子エネルギーは同一の放射を4つの視点から表したものであり、追加情報なしに相互に変換できます。それらの関係はν = c / λ、σ = 1 / λ、E = h · c / λであり、波長をナノメートルで表すと最後の式はE[eV] = 1239.842 / λ[nm]に簡略化されます。cm⁻¹単位の波数は、波長とは異なりエネルギーに正比例するため、分光学では慣例的に用いられています。最後に、kJ/mol単位のモル光子エネルギーは、放射を反応エンタルピーと関連付け、特定の結合を切断できるかどうかを示します。
DIN 5031-7では、UVCは100～280 nm、UVBは280～315 nm、UVAは315～400 nmとされています。
| 領域 | 波長 | 代表的な光源 |
|---|---|---|
| VUV | 100～200 nm | キセノンエキシマ 172 nm |
| UVC | 200～280 nm | 低圧水銀ランプ 254 nm、KrCl 222 nm、UVC LED 265および280 nm |
| UVB | 280～315 nm | XeClエキシマ 308 nm、UVB蛍光ランプ 311 nm |
| UVA | 315～400 nm | UVA蛍光ランプ 340 nm、UVA LED 365～395 nm |
| VIS | 380～780 nm | 405 nm以上の紫色および青色LED |
380～400 nmの間では、UVAと可視領域が重なっており、規格ではこの区間を両方に割り当てています。この範囲の放射はかすかな紫色として知覚されますが、依然としてUVAとして評価されます。そのため、405 nmの光源は、見る視点によってUV光源とも光源とも呼ばれます。
積算光量は単位面積あたりのエネルギーです。これを1個の光子のエネルギーで割ると、単位面積あたりの光子数が得られます。光化学および光生物学が反応するのは、この光子数です。光子エネルギーは波長が長くなるほど小さくなるため、同じ積算光量でも波長が長いほど光子数は多くなります。254 nmでは約1.28・10¹⁸個/ジュールの光子が含まれ、405 nmでは約2.04・10¹⁸個です。水銀ランプからUVA LEDへシステムを変換する場合、スペクトルだけでなく、エネルギーと光子数の比率も変化します。
波長だけでは、あるアプリケーションが機能するかどうかは何も分かりません。重要なのは、その波長で物質が吸収するかどうかです。UVAで吸収する光重合開始剤は365 nmには反応しますが、254 nmではその光子1個が持つエネルギーがより大きいにもかかわらず、ほとんど影響を受けません。また、波長を特定することは安全性評価の代わりにはなりません。ハザードは波長域の名称ではなく、作用スペクトルに依存するからです。
よくあるご質問
DIN 5031-7では、UVCは100〜280 nm、UVBは280〜315 nm、UVAは315〜400 nmとされています。可視領域はすでに380 nmから始まっており、そのためUVAの上限部分と重なります。他の規格体系では、UVAと可視光の境界を400 nmとしている場合もあり、境界事例ではどの規格が適用されているかを確認する価値があります。詳細はスペクトル領域と規格をご覧ください。
E[eV] = 1239.842 / λ[nm]を通じて計算します。254 nmは4.88 eV、365 nmは3.40 eV、405 nmは3.06 eVになります。この数値はプランク定数と光速の積を電気素量で割ったものです。
波数σ = 1/λは、cm⁻¹で表され、エネルギーに正比例します。分光法では、バンド間の間隔はナノメートルではなく波数で表されます。4670 cm⁻¹の間隔はどこでも同じエネルギー差を意味しますが、75 nmの間隔はそうではありません。
254 nmは低圧水銀ランプの共鳴線であり、非常に効率の高い光源から得られる極めて狭い線です。265 nmはDNAの吸収極大に近く、UVC LEDによって生成されますが、これらは通常10～12 nmの帯域幅を持ちます。したがって同じ殺菌効果を得るには異なる積算光量が必要であり、両者を換算するには作用スペクトルが必要です。
試験を行わずに移行することはできません。光開始剤は新しい波長で吸収を持つ必要があり、それに伴いジュール当たりの光子数も変化します。実際には、ワークピースの位置での積算光量測定を伴い、プロセスリリースを再度実施する必要があります。計算方法はUV積算光量計算ツールに記載されています。
200 nm以下では窒素パージ付きVUVセンサを、UVCでは分光重み付けセンサ — 消毒システム向けDVGW準拠品を、UVAではUVAセンサまたは対応ヘッド付き放射計を、可視光では光度計または分光放射計を使用します。エクスプローラーは各波長に適した解決策を示し、その背後にある量については放射計測量で説明しています。
