200~280 nm용 UVC 미터 및 UVC 복사계

UVC 복사는 물, 공기 및 표면을 소독하고 광화학 공정을 구동하며, 연구 분야에서는 바이러스, 박테리아 및 곰팡이를 불활성화하는 데 사용됩니다. UVC 광원이 요구되는 효과를 달성하는지, 그리고 주변 사람들이 보호되고 있는지는 교정된 복사조도 측정을 통해서만 입증할 수 있습니다. Opsytec의 UVC 미터는 200 nm에서 280 nm까지의 스펙트럼 영역을 포괄하며, 램프, LED, 챔버 및 설비에서 복사조도와 – 기기에 따라 – UVC 조사량을 측정합니다.

어떤 기기가 적합한지는 네 가지 질문으로 결정됩니다. 광원의 스펙트럼은 어떠한가? 측정 지점에서 예상되는 복사조도는 얼마인가? 측정 형상(지오메트리)은 어떠한가? 그리고 순간값, 조사량 또는 상시 모니터링 중 무엇이 필요한가?

UVC 복사조도 및 UVC 조사량 측정

복사조도는 표면에 입사하는 복사 전력으로 W/m², mW/cm² 또는 µW/cm² 단위로 표시되며, 1 mW/cm²는 10 W/m²에 해당합니다. UVC 조사량은 복사조도의 시간 적분값으로, 광원이 일정한 경우에는 단순히 복사조도에 시간을 곱한 값이며 J/m² 또는 mJ/cm² 단위로 표시됩니다. 수처리 소독 분야에서는 매질을 기준으로 한 이 양을 플루언스라고 합니다. 미생물 불활성화에 결정적인 것은 조사량으로, 1 mW/cm²에서는 10초 후에 10 mJ/cm²에 도달합니다.

모든 휴대형 측정기가 조사량 자체를 산출하는 것은 아닙니다. RM-12는 순시 복사조도를 표시합니다. RMD 및 RMD Pro와 RMD Touch는 복사조도를 시간에 대해 적분하여 조사량을 직접 표시하며, RMD Pro와 RMD Touch는 측정 시리즈를 CSV 파일로 저장할 수도 있습니다. tinyTracker는 높이가 10 mm에 불과한 선량계로서 제품과 함께 설비를 통과하며 조사량을 측정합니다.

254 nm에서의 UVC 측정

저압 수은 램프는 UV 출력의 대부분을 253.7 nm의 단일 선으로 방출합니다. 이 선을 측정하는 것은 UVC 복사 측정의 전형적인 과제입니다. 200~280 nm용 UVC 센서는 저압 램프로 교정되며, 분광 보정 없이 이 광원을 측정합니다. 여기서 평가된 모든 연구 결과는 거의 완전히 덮인 관 뒤쪽의 0.065 mW/cm²부터 UVC 플래시의 20 mW/cm²까지 RMD에 장착된 단일 UVC 센서의 측정 범위 내에 있습니다.

반면 중압 램프는 UVC, UVB 및 UVA 영역의 성분을 포함하는 넓은 스펙트럼을 방출하므로, 254 nm에서 교정된 센서는 여기서 체계적으로 잘못된 값을 나타냅니다. 254 nm 선이 어떻게 생성되는지, 그리고 시스템에서 어떤 측정 과제를 구분해야 하는지는 254 nm에서의 UVC 복사 측정 및 모니터링에서 설명합니다.

UVC LED를 올바르게 측정하기

반도체 재료에 따라 다르지만 UVC LED는 일반적으로 265~280 nm에서 방출하며 대역폭은 약 10 nm입니다. 따라서 방출의 일부가 280 nm에 있는 UVC 센서의 필터 경계에 정확히 걸칩니다. 275 nm LED의 경우 센서가 장파장 측 기울기를 잘라내고, 280 nm에서는 방출 피크가 경계에 놓입니다. 그 결과 LED 배치 간 차이나 작동 중 발열로 인한 피크 파장의 작은 이동만으로도 실제 복사 출력보다 측정값이 더 크게 달라집니다.

따라서 Opsytec은 UVC LED에 대해 LED 방출 전체를 포괄하는 분광 범위를 가진 UVBB 센서(230~400 nm)를 일치하는 피크 파장의 LED로 교정하여 사용하실 것을 권장합니다. 저압 램프에는 UVC 센서가 여전히 올바른 선택입니다. 교정기관은 다양한 파장의 UV LED를 교정 광원으로 보유하고 있습니다. 부적합한 교정으로 오차가 얼마나 커질 수 있는지는 자외선(UV) 센서의 분광 불일치에서 확인하실 수 있습니다.

222 nm 원거리 UVC(Far-UVC) 및 172 nm VUV

염화크립톤 엑시머 램프(KrCl*)는 200~230 nm의 far-UVC 영역에 속하는 222 nm에서 방출합니다. 이 파장은 살균력이 있으면서도 피부를 거의 투과하지 않으며, 이는 사람이 있는 실내에서의 사용 근거가 됩니다. 이에 대해서는 Buonanno 외 [2], Welch 외 [3] 등의 연구가 있습니다. 필터가 없는 램프는 장파장 UVC 영역에도 2차 방출이 있으며, 이는 안전성 평가에 결정적인 요소입니다. 따라서 실내용 far-UVC 조명기구에는 필터가 장착됩니다.

자외선(UV) UVC 센서는 분광적으로 222 nm를 포함하지만, 이 램프 유형에 대해서는 222 nm 광원으로 교정되어야 합니다. 254 nm에서의 교정은 KrCl 램프의 복사조도를 체계적으로 잘못 나타내게 됩니다. 그러므로 Opsytec 교정기관은 UVC 센서를 222 nm 엑시머 램프로 교정합니다. 필터가 실제로 2차 방출을 억제하는지는 분광 측정을 통해서만 확인할 수 있습니다. 필터가 있는 KrCl 램프와 없는 KrCl 램프의 측정 스펙트럼은 자외선 램프 스펙트럼 데이터베이스에서 확인하실 수 있습니다.

172 nm의 크세논 엑시머 램프(Xe₂*)는 진공 자외선(VUV) 영역에서 복사합니다. 이 복사는 수 밀리미터 이내에서 공기에 흡수되며, 필터와 확산판을 갖춘 UVC 센서로는 검출되지 않습니다. 이를 위해 tinyTracker 172 nm가 있으며, 불활성 기체 내에서 기판 바로 위의 조사량을 측정합니다. 자세한 내용은 크세논 엑시머 램프의 172 nm VUV 복사 측정에 설명되어 있습니다.

자외선(UV) 음용수 소독: DVGW 기준 복사계

DIN 19294-1 및 DVGW W 294-1에 따른 음용수 소독용 UV 설비에서는 고정 설치된 센서가 복사조도를 감시합니다. 기준 복사계는 이 설비 센서를 정기적으로 점검합니다. 기준 복사계에 대한 요구사항은 저압 설비의 경우 DIN 19294-3, 중압 설비의 경우 DIN 19294-4에 규정되어 있으며, 오스트리아에서는 ÖNORM M 5873-1이 적용됩니다.

DVGW 센서는 UVC 전 영역에 걸쳐 복사를 평가하지 않고 253.7 nm의 선 주위 240~290 nm의 협대역에서 평가합니다. DIN 19294-3은 서로 다른 제조사의 설비 복사계가 동일한 설비에서 비교 가능한 값을 제공하도록 이를 규정하고 있습니다. 이 센서는 최대 200 W/m²까지 측정하며, 수광각은 160°이고 RMD Pro에서 운용됩니다. 중압 설비용으로는 DIN 19294-4에 따른 별도의 기준 센서가 있습니다. 모든 데이터는 DVGW 기준 복사계 페이지에 제시되어 있습니다.

UVC 시스템의 상시 모니터링

휴대형 측정기는 임의 지점 점검에 사용됩니다. 시스템을 가동 중에 모니터링해야 하는 경우, 고정 설치된 센서가 연속적으로 측정하여 그 신호를 제어 시스템으로 전달합니다:

• UVC-SE – 반응기 및 습식 공정용 내수압형 UVC 센서(180~280 nm, 최대 1,000 W/m²)로 증폭기가 내장되어 있습니다. 출력은 0~10 V, 4~20 mA 또는 0~1 V입니다.
• UVx-SE – G 3/4″ 연결부를 갖춘 방수 센서로, 중압 램프 및 CIP 환경에도 적합하며 최대 200 mW/cm²까지 측정합니다.
• PLC.D – RS-485, RS-232 또는 USB를 지원하고 데이터 프로토콜에 교정 상태가 포함되는 디지털 UV 센서입니다.
• 제어 시스템용 4~20 mA, 0~10 V 또는 0~2 V 출력의 PLC 센서.

설치된 센서는 일정한 주기로 동일한 위치에서 교정된 휴대형 측정기와 비교합니다. 예를 들어 RMD Pro로 매주 비교할 수 있습니다.

실내 및 표면의 UVC 오염 제거

이동식 UVC 장치로 실내와 표면을 소독할 때 조사량은 거리와 방향에 크게 좌우됩니다. 그늘에 있거나 광원에서 멀리 떨어진 표면은 가시선상의 표면보다 수 배 적은 양을 받게 됩니다. Lindblad 등은 병실에서 RMD의 이전 모델인 RM-22 복사계를 사용하여 위치에 따라 15.9~1,068 mJ/cm²의 조사량을 측정하였으며, 중앙값은 266 mJ/cm²였습니다 [4]. 따라서 측정은 광원에서만이 아니라 소독 대상 지점에서 수행합니다.

Malayeri 등은 박테리아, 바이러스, 원생동물 및 조류의 특정 로그 감소에 필요한 조사량을 정리하였습니다 [1]. 필요한 노출 시간은 측정된 복사조도로부터 조사량을 복사조도로 나누어 구합니다. 자외선(UV) 소독 시 인체 보호에 관해서는 자외선(UV) 소독의 안전성을 참조하여 주시기 바랍니다.

[1] Malayeri, A. H. 외: 세균, 원생동물, 바이러스 및 조류의 단계적 로그 불활성화 달성에 필요한 플루엔스(자외선 조사량), IUVA.
[2] Buonanno, M. 외: 222-nm 자외선의 살균 효능과 포유류 피부 안전성. Radiat. Res. 187 (2017) 483–491, doi:10.1667/RR0010CC.1
[3] Welch, D. 외: Far-UVC 광: 공기 매개 미생물 질환의 확산을 제어하는 새로운 수단. Sci. Rep. 8 (2018), doi:10.1038/s41598-018-21058-w
[4] Lindblad, M. 외: 병실의 자외선-C 소독: 필요한 자외선 광량. Burns 46 (2020) 842–849, doi:10.1016/j.burns.2019.10.004

UVC가 측정된 현장 – 연구에서 확인된 복사조도 수준

소독이 이루어지는 지점에는 UVC가 얼마나 도달할까요? Opsytec 측정기와 조사 챔버를 사용한 연구에서 그 범위는 거의 완전히 가려진 튜브 뒤쪽의 0.065 mW/cm²부터 UVC 플래시의 20 mW/cm²까지, 즉 300배 이상의 차이를 보입니다. 대부분의 측정점은 0.3~15 mW/cm² 사이에 있습니다. 거리, 램프의 수, 그리고 복사가 직접 도달하는지 아니면 그림자 속에 놓이는지가 차이를 만듭니다. 그렇기 때문에 효과가 발생해야 하는 바로 그 지점에서 측정을 수행합니다.

낮은 영역에서는 분해능이 0.01 mW/cm²인 기기의 경우 한두 자리 숫자만 표시되지만, RMD는 0.001 µW/cm²까지 분해합니다.

인정 시험소에서 교정된 UVC 센서

UVC 측정의 품질은 센서의 교정에 좌우되며, 교정 광원이 측정 대상 스펙트럼과 일치하는지에 따라서도 달라집니다. 모든 복사계와 센서는 국가 표준에 대한 측정 소급성을 갖추어 교정된 상태로 공급됩니다. Opsytec 교정기관은 DIN EN ISO/IEC 17025에 따라 DAkkS로부터 인정을 받았으며, 200~1000 nm 범위에서 0.2 µW/cm²부터 10 W/cm² 이상의 복사조도로 센서를 교정합니다. UVC 센서의 일반적인 교정 불확도는 4.5~6.0 % (k = 2)이며, 실제 사용 시에는 스펙트럼 부정합, 온도, 노화 및 기하학적 조건이 여기에 추가됩니다(자외선 측정의 측정 불확도).

표준 센서 외에도 특수 측정 과제를 위한 솔루션이 준비되어 있습니다. 매우 높은 복사조도를 위한 XT 센서, 접근이 어려운 측정 지점을 위한 UV 프로브, 그리고 고객 고유의 형상에 맞춘 맞춤 설계가 있습니다. 자외선(UV) 센서 검색기는 용도와 파장에 따라 적합한 센서를 제안해 드립니다.

UVC 측정기로 UVC LED도 측정할 수 있습니까?
가능합니다. 다만 모든 센서가 동일하게 적합한 것은 아닙니다. UVC LED의 방사는 265~280 nm로, 280 nm에 있는 UVC 센서의 필터 경계까지 걸쳐 있습니다. 따라서 피크 파장이 조금만 이동해도 측정값이 왜곡됩니다. UVC LED에는 해당 파장에 맞는 LED로 교정된 UVBB 센서(230~400 nm)를 권장합니다. 254 nm의 저압 수은 램프에는 UVC 센서가 올바른 선택입니다.

어떤 UVC 측정기가 UVC 조사량을 측정합니까?
RMD, RMD Pro, RMD Touch는 복사조도와 함께 조사량을 J/m² 단위로 표시하며, RMD Pro와 RMD Touch는 측정 시리즈를 CSV 파일로 저장할 수도 있습니다. tinyTracker는 설비를 통과하는 평판형 선량계로서 조사량을 측정합니다. RM-12는 순간 복사조도만 표시하므로, 조사량은 복사조도에 시간을 곱하여 구합니다.

RMD로 0.2 µW/cm²와 같이 매우 낮은 UVC 복사조도도 측정할 수 있습니까?
가능합니다. 산업안전용 UVC 센서(측정 범위 0~10 mW/cm²)를 사용하면 RMD는 약 0.05 µW/cm²부터의 복사조도, 예를 들어 작업장의 산란 방사를 안정적으로 검출합니다. 이러한 측정에는 2 s의 평균화 시간, 오프셋 조정 및 삼각대 사용을 권장합니다.

산업안전에서 중요한 UVC 값은 무엇입니까?
인공 광학 방사에 대한 노출 한계값은 작용 스펙트럼 S(λ)로 가중된 1일 유효 조사량 30 J/m²입니다. 이 영역에서는 UVC가 특히 크게 가중되므로, 매우 낮은 복사조도라도 근무일 전체로 보면 한계값에 근접하게 됩니다. 그래서 산업안전을 입증하기 위한 0~10 mW/cm² 범위의 고감도 전용 UVC 센서가 RMD용으로 제공됩니다. 평가 및 대책: 자외선(UV) 소독의 안전성.

RMD는 소독 컨베이어 및 연속식 설비에 적합합니까?
RMD Pro는 측정값을 기록하므로 원칙적으로 컨베이어 용도에 적합합니다. 다만 높이가 낮은 tinyTracker, curelog 또는 분광 측정 방식의 UVpad가 제품과 함께 설비를 통과하기 때문에 대체로 더 적합합니다.

mW/cm²와 W/m² 중 어느 단위가 올바릅니까?
둘 다 올바릅니다. 1 mW/cm²는 10 W/m²와 같고, 1 mJ/cm²는 10 J/m²와 같습니다. 소독에 관한 연구에서는 보통 mW/cm²와 mJ/cm²를 사용하고, 수(水) 소독 관련 규격에서는 W/m²와 J/m²를 사용합니다. 방사측정 계산기로 단위를 변환할 수 있습니다.

UVC 복사계는 단순한 UV 측정기와 어떻게 다릅니까?
많은 단순 UV 측정기는 UVA 또는 UV 지수를 위해 설계되어 UVC를 전혀 검출하지 못하거나 부정확하게만 검출합니다. UVC 복사계에는 200~280 nm의 분광 범위를 갖는 센서, 비스듬히 입사하는 방사에 대한 코사인 보정, 그리고 해당 스펙트럼에 맞는 광원에 대한 교정이 필요하며, 이는 교정 성적서로 문서화됩니다.

UVC 측정기는 얼마나 자주 교정해야 합니까?
일반적으로 정해진 주기는 없습니다. 많은 UV 측정기의 경우 12개월이 실용적인 출발점이며, 귀사의 자체 측정 이력을 바탕으로 이를 확정하거나 조정하시면 됩니다. 사용 빈도가 높거나 조사량이 크거나 열 및 오염이 있는 경우에는 더 짧은 주기가 바람직합니다. 자세한 내용은 UV 측정기의 교정 주기를 참조하십시오.