자외선(UV) 분광복사계 및 광학 분광계

자외선(UV) 분광복사계와 광학 분광계는 복사를 파장별로 분해하여 측정합니다. 이를 통해 UV 광원의 스펙트럼 분포, 피크 위치, 대역폭 및 스펙트럼 변화를 평가할 수 있습니다. 절대 복사조도를 얻으려면 추가로 전체 측정 체인에 대한 복사 측정 교정이 필요합니다. 기기 선정은 무엇보다 파장 범위, 스펙트럼 분해능, 동적 범위, 미광 특성 및 측정 형상에 따라 결정됩니다.

제품군에는 휴대형 자외선(UV) 분광복사계 UVpad 및 UVpad E, 그리고 연구, 개발 및 품질 보증용 어레이 분광계 SR900이 포함됩니다. 분광복사계라는 표기와 상위 개념인 분광 측정 기기라는 표현도 함께 사용되며 – 동일한 기기를 의미합니다.

세 제품 모두 절대 교정되어 있으며, 교정은 당사의 ISO 17025 인정 교정기관에서 수행되고 PTB에 대한 측정 소급성을 갖습니다. 관련 측정량과 단위는 복사 측정량에, 범위 구분은 스펙트럼 범위 및 표준에 정리되어 있습니다.

두 용어는 동일한 광학 설계를 가리키지만 서로 다른 두 가지 측정 과제를 의미합니다. 차이는 광학계가 아니라 교정과 입사 형상에 있습니다. 분광기는 빛을 분산시켜 상대적인 곡선을 출력합니다. 분광복사계는 절대 교정된 분광기로서, W/(m²·nm) 단위의 분광 복사조도를 제공하며 이를 바탕으로 mW/cm², lux 또는 PPFD를 산출합니다.

복사조도 또는 조사량이 필요한 경우에는 분광복사계가 필요하며, 그 외의 기기는 상대 측정만 수행합니다. 이 범주의 모든 장비는 분광복사계입니다. 공정에서 투과율과 UVT를 측정하는, 복사 측정이 아닌 광도 측정 과제에 대해서는 Opsytec이 공정용 광도계 ZPM을 제공합니다.

분광기는 카운트(counts)를 출력합니다. 이는 검출기, 적분 시간, 입사 슬릿, 광가이드에 따라 달라지는 수치입니다. 이 값은 광원이 어디에서 방사하는지를 말해줄 뿐, 얼마나 방사하는지는 알려주지 않습니다. 표준기에 대한 절대 교정만이 각 파장에 물리적 값을 부여하고 곡선을 측정값으로 바꿉니다.

이를 위해서는 세 가지가 필요하며, 일반 분광기는 그중 어느 것도 갖추고 있지 않습니다.

• 측정 소급성이 확보된 교정. 표준기 자체가 국가 표준기관까지 소급되어야 하며, Opsytec의 경우 PTB로 소급됩니다. 이것이 없으면 측정값은 비교할 수 없으며, 작년에 사용한 귀사의 동일한 장비와도 비교가 불가능합니다.
• 정의된 입사 광학계. 복사조도는 단위 면적당 출력이므로, 장비는 알려진 면적을 코사인 특성에 맞게 가중하여 수집해야 합니다. 디퓨저가 없는 광가이드로는 이것이 불가능합니다.
• 미광 보정. UV-C 영역에서는 신호가 가시광 영역보다 수 자릿수 더 약한 경우가 많습니다. 보정이 없으면 그곳에서 측정되는 값은 대부분 장비 내부에서 발생한 미광입니다.

광대역 복사계는 측정이 더 빠르고 가격이 저렴하며 일상적인 사용에서 더 견고합니다. 다만 복사를 자체 분광 응답도로 가중하므로 광원이 교정 광원과 유사한 경우에만 정확합니다. 이미 알려진 설비를 지속적으로 모니터링하는 용도로는 여전히 올바른 선택이며, 공정 및 조사량 점검용 광대역 복사계가 바로 그러한 목적을 위한 것입니다.

광원이 변경되거나, 여러 파장을 개별적으로 평가해야 하거나, 작용 스펙트럼을 적용해야 하는 경우에는 스펙트럼을 측정하지 않을 수 없습니다. 두 방식의 오차 요인을 포함한 전체 비교는 분광복사계가 필요한 경우에서 확인하실 수 있습니다.

첫 번째 질문: 절대값이 필요하십니까? 피크 위치, FWHM 또는 두 배치의 비교만이 목적이라면 상대 측정으로 충분하며, 분광기로 해결됩니다. mW/cm², lux 또는 J/cm² 단위의 수치를 얻어야 하는 순간부터는 절대 교정을 피할 수 없습니다.

두 번째 질문: 어떤 파장 범위입니까? 440 nm까지의 순수 UV, 480 nm까지의 UV와 가시광 시작 영역, 또는 1,100 nm까지의 전체 광학 스펙트럼 – 이에 따라 장비가 결정됩니다.

세 번째 질문: 측정은 어디에서 이루어집니까? 밀폐된 챔버에서는 어떤 케이블도 밖으로 나올 수 없으므로, 장비가 자율적으로 측정하고 저장해야 합니다. 작업장이나 가동 중인 라인에서는 케이블에 연결된 센서 헤드가 적합합니다. 광학 벤치에서는 크기가 아니라 측정 범위와 분해능이 중요합니다.

마지막 행은 모순이 아니라 실무에서 가장 일반적인 해답입니다. 한 번은 분광 측정을 하고, 이후에는 광대역으로 모니터링하십시오. 분광 측정을 통해 해당 광원에서 광대역 센서가 어느 정도 편차를 보이는지 확인할 수 있으며, 그 이후에는 반복적인 점검에는 빠른 장비만으로도 충분합니다. 단, 광원이 동일하게 유지되는 경우에 한합니다. 램프를 교체하면 이 과정을 처음부터 다시 시작해야 합니다.

분광기는 빛을 파장별로 분리하여 각 파장의 강도를 측정합니다. 먼저 입사 광학계에 빛이 조사(照射)됩니다. 프리즘 또는 회절격자와 같은 분산 소자가 파장을 공간적으로 분리하고, 이어서 포토다이오드 또는 CCD 어레이가 이를 검출합니다. 이렇게 얻어진 스펙트럼을 통해 램프, LED 또는 시료에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.

가장 일반적인 구성은 체르니-터너(Czerny-Turner) 분광기입니다. 두 개의 거울과 하나의 회절격자를 광학 수차는 작게 유지되고 분광 분해능은 높게 유지되도록 배치한 구조입니다. 이 구조는 휴대용 장비나 소형 실험실 벤치에 사용할 수 있을 만큼 컴팩트합니다.

세 가지 구조를 구분하여야 합니다.

어레이 분광기는 일반적으로 CCD 또는 CMOS로 구성된 검출기 열을 사용하여 전체 스펙트럼을 한 번에 취득합니다. 따라서 측정이 빠르고 가동부가 필요하지 않습니다. Opsytec의 모든 분광복사계는 이 방식으로 동작합니다.

모노크로메이터는 슬릿과 회전 격자를 갖추고 있으며 한 번에 하나의 파장만 통과시킵니다. 매우 정밀하고 높은 스펙트럼 순도로 측정하지만, 한 파장씩 차례로 측정하므로 시간이 걸립니다. 파장 선택이 중요한 연구 및 품질 관리 분야에 적합합니다.

더블 모노크로메이터는 두 개의 모노크로메이터를 직렬로 배치합니다. 이를 통해 미광을 한층 더 낮추며, 강한 신호 옆에 매우 약한 신호가 존재하는 모든 경우, 즉 UV 영역과 고정밀 실험실 계측에서 필요합니다.

하나의 스펙트럼에서 여러 가지 측정량을 얻을 수 있습니다:

• 조도 – 측광적으로 가중된 광 강도
• 상관 색온도(CCT) – 빛이 얼마나 따뜻하게 또는 차갑게 보이는지를 나타냅니다
• 연색성 지수 – 광원이 색을 얼마나 정확하게 재현하는지
• CIE 색좌표 – 표준 색공간에서의 색 위치
• 분광 출력 분포 – 에너지가 스펙트럼 전반에 어떻게 분포되어 있는지
• 피크 파장 및 주파장 – 에너지가 가장 높은 지점과 시각적으로 지배적인 지점

반면 광대역 복사계는 단일 수치만을 제공합니다.

각 측정량의 의미는 측색 측정량에서 설명하고 있으며, 모든 광학 측정량의 기호, 단위 및 정의는 광학 측정량 용어집에 정리되어 있습니다.

분광기라는 용어는 광 측정의 범위를 훨씬 넘어섭니다. 동일한 검색어에 자주 함께 등장하지만 완전히 다른 대상을 측정하는 세 가지 장비 유형이 있습니다.

질량분석기는 이온을 질량 대 전하 비에 따라 분리합니다. 극미량의 물질까지 식별하며, 화학 분석, 생화학, 환경과학 및 제약 산업에서 사용됩니다.

원자흡수분광기는 기화된 금속 원자가 광을 흡수하는 정도를 측정하여 용액 내 금속 농도를 산출합니다. 환경 분석, 독성학 및 재료과학에서, 특히 중금속 분석에 활용됩니다.

흔히 UV-Vis 분광기라고 불리는 분광광도계는 시료의 흡광도 또는 투과율을 측정하여 농도를 도출합니다. 임상 진단, 수질 분석 및 식품 관리 분야에서 널리 사용됩니다. 공정 내 투과율 및 UVT 측정을 위해 Opsytec은 ZPM 공정용 광도계를 제공합니다.

이에 반해 분광복사계는 절대 교정을 기준으로 분광 복사조도를 측정합니다. 입력 광학계는 확산체이며, 일반적으로 광가이드를 통해 연결됩니다. SR900 분광복사계가 그 예입니다.

분광계와 분광복사계의 차이는 무엇입니까?
분광계는 상대값을 제공하며, 분광복사계는 절대 교정되어 분광 복사조도를 제공합니다. 이 범주의 모든 장비는 분광복사계입니다.

어떤 파장 범위와 분해능이 필요합니까?
해당 범위는 방사 스펙트럼과 부수적인 대역을 모두 포함해야 합니다 – 440 nm까지의 UV 전용, 480 nm까지의 UV 및 가시광 시작 영역, 또는 1,100 nm까지의 전체 광학 스펙트럼이 있습니다. 분해능은 서로 근접한 피크나 좁은 선들이 구분되는지를 결정합니다.

어레이 분광계에서는 어떤 측정 오차가 발생합니까?
무엇보다 미광입니다. 강한 파장의 일부가 본래 위치가 아닌 곳에 나타납니다. UV-C 영역에서는 신호가 가시광 영역보다 수 자릿수 낮은 경우가 많으므로, 미광 보정이 없으면 측정되는 것은 대부분 장비 자체의 미광입니다. 여기에 암전류, 비선형성 및 온도 드리프트가 더해집니다.

스펙트럼으로부터 어떤 양을 계산할 수 있습니까?
분광 복사조도는 적분과 가중을 통해 거의 모든 특성값을 산출합니다. 분광 범위별 복사조도, 자외선(UV) 조사량, V(λ)를 통한 조도, PPFD 및 IEC 62471과 같은 작용 가중값 등입니다. 이것이 바로 공정 및 조사량 확인용 광대역 복사계에 대한 장점입니다.

적합한 센서 찾기: 자외선(UV) 센서 파인더는 용도, 파장 및 형상에 따라 가장 잘 맞는 세 가지 자외선(UV) 센서 및 측정기를 주요 값, 시스템 파트너, 선정 이유와 함께 제안합니다.