파장은 UV 애플리케이션에서 가장 먼저 묻게 되는 사항이며, 오해가 처음 생기는 지점이기도 합니다. 254 nm와 265 nm는 11 nm밖에 차이가 나지 않지만 완전히 다른 광원에서 나오며, 395 nm와 405 nm는 그보다도 더 가까운 차이임에도 하나는 UVA 영역에, 다른 하나는 이미 가시광선 영역에 속합니다. 이 탐색 도구는 150~800 nm 사이의 임의의 파장을 지정하고 데이터시트와 규격에 등장하는 값들을 제시합니다.
두 번째 부분에서는 일반적으로 사용되는 파장들을 나란히 비교합니다. 여기서 흥미로운 항목은 줄당 광자 수입니다: 이는 특정 파장에서 확립된 공정 조건을 다른 파장으로 단순히 옮길 수 없는 이유를 설명해 줍니다. 광화학 반응은 줄(J) 자체가 아니라 흡수된 광자에 반응합니다 - 동일한 조사량에서도 405 nm는 254 nm보다 약 60% 더 많은 광자를 전달합니다.
어떤 파장이 적합한지는 광자 수만이 아니라 결국 해당 물질의 흡수 스펙트럼에 의해 결정됩니다. 그리고 실제로 도달하는 복사조도가 얼마인지는 측정을 통해 결정됩니다. Opsytec Dr. Gröbel GmbH는 이에 필요한 센서, 복사계, 분광복사계를 자체 인정 시험소에서 개발, 제조 및 교정하고 있습니다.
기본 원리
파장, 주파수, 파수, 광자 에너지는 동일한 복사(radiation)를 네 가지 관점에서 나타낸 것으로, 별도의 정보 없이도 서로 변환할 수 있습니다. 관계식은 ν = c / λ, σ = 1 / λ, E = h · c / λ이며, 파장을 나노미터 단위로 사용하면 마지막 식은 E[eV] = 1239.842 / λ[nm]로 단축됩니다. cm⁻¹ 단위의 파수는 파장과 달리 에너지에 정비례하기 때문에 분광학에서 흔히 사용됩니다. 마지막으로 kJ/mol 단위의 몰 광자 에너지는 복사를 반응 엔탈피와 연관지어, 특정 결합을 끊을 수 있는지 여부를 알려줍니다.
DIN 5031-7에 따르면 UVC는 100~280 nm, UVB는 280~315 nm, UVA는 315~400 nm입니다.
| 영역 | 파장 | 대표 광원 |
|---|---|---|
| VUV | 100~200 nm | 제논 엑시머 172 nm |
| UVC | 200~280 nm | 저압 수은램프 254 nm, KrCl 222 nm, UVC LED 265 및 280 nm |
| UVB | 280~315 nm | XeCl 엑시머 308 nm, UVB 형광램프 311 nm |
| UVA | 315~400 nm | UVA 형광램프 340 nm, UVA LED 365~395 nm |
| VIS | 380~780 nm | 405 nm부터의 보라색 및 파란색 LED |
380~400 nm 구간에서는 UVA와 가시광선 영역이 겹치며, 규격에서는 이 구간을 양쪽 모두에 포함시킵니다. 이 영역의 복사는 옅은 보라색으로 지각되지만 여전히 UVA로 평가됩니다. 이러한 이유로 405 nm 광원은 관점에 따라 UV 광원 또는 가시광선 광원으로 불립니다.
조사량은 단위 면적당 에너지입니다. 이를 광자 하나의 에너지로 나누면 단위 면적당 광자 수를 얻을 수 있으며, 광화학 및 광생물학이 반응하는 대상은 바로 이 값입니다. 광자 에너지는 파장이 길어질수록 감소하므로, 동일한 조사량이라도 파장이 길수록 더 많은 광자를 포함합니다. 254 nm에서는 줄(J)당 약 1.28 · 10¹⁸개의 광자가 있으며, 405 nm에서는 약 2.04 · 10¹⁸개입니다. 수은 램프에서 UVA LED로 시스템을 전환하는 경우, 스펙트럼뿐만 아니라 에너지 대 광자의 비율도 함께 바뀌게 됩니다.
파장만으로는 특정 응용 분야가 작동할지 여부를 알 수 없습니다. 중요한 것은 해당 물질이 그 파장에서 흡수를 하는지 여부입니다: UVA 영역에서 흡수하는 광개시제는 365 nm에서는 반응하지만, 254 nm에서는 개별 광자가 더 많은 에너지를 가지고 있음에도 거의 영향을 받지 않습니다. 또한 파장을 지정하는 것이 안전성 평가를 대체하지도 않습니다 — 위험성은 범위의 명칭이 아니라 작용 스펙트럼에 따라 결정됩니다.
자주 묻는 질문
DIN 5031-7에 따르면 UVC는 100~280 nm, UVB는 280~315 nm, UVA는 315~400 nm입니다. 가시광선 영역은 이미 380 nm에서 시작되므로 UVA의 상단부와 겹칩니다. 다른 규정에서는 UVA와 가시광선의 경계를 400 nm로 정하고 있어, 경계에 해당하는 경우에는 어떤 표준이 적용되는지 확인하는 것이 좋습니다. 자세한 내용은 스펙트럼 범위 및 표준에서 확인할 수 있습니다.
E[eV] = 1239.842 / λ[nm]을 통해 변환합니다. 254 nm는 4.88 eV, 365 nm는 3.40 eV, 405 nm는 3.06 eV가 됩니다. 이 수치는 플랑크 상수와 빛의 속도를 곱한 값을 기본 전하량으로 나눈 값입니다.
파수 σ = 1/λ은 cm⁻¹ 단위로 표시되며 에너지에 정비례합니다. 따라서 분광학에서는 밴드 간 거리를 나노미터가 아니라 파수로 나타냅니다. 4670 cm⁻¹의 간격은 어디서나 동일한 에너지 차이를 의미하지만, 75 nm의 간격은 그렇지 않습니다.
254 nm은 저압 수은램프의 공명선으로, 매우 효율적인 광원에서 나오는 매우 좁은 선입니다. 265 nm는 DNA의 흡수 최대치에 더 가까우며, 일반적으로 대역폭이 10~12 nm인 UVC LED에서 생성됩니다. 따라서 동일한 살균 효과를 얻으려면 서로 다른 조사량이 필요하며, 두 값을 변환하려면 작용 스펙트럼이 필요합니다.
테스트 없이는 불가능합니다. 광개시제가 새로운 파장에서 흡수해야 하며, 이에 따라 줄당 광자 수도 달라집니다. 실제로는 공정 승인을 다시 진행해야 하며, 이때 작업물 위치에서 조사량 측정이 필요합니다. 계산은 UV 조사량 계산기에서 확인할 수 있습니다.
200 nm 이하에서는 질소 퍼지 방식의 VUV 센서, UVC 영역에서는 분광 가중 센서 — 소독 시스템에는 DVGW 규격에 적합한 제품, UVA 영역에서는 UVA 센서 또는 해당 헤드를 장착한 복사계, 가시광선 영역에서는 광도계 또는 분광복사계가 사용됩니다. 익스플로러는 각 파장에 맞는 솔루션을 안내하며, 그 이면의 물리량은 복사 측정량에서 설명합니다.
저자: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia는 Ettlingen에 위치한 Opsytec Dr. Gröbel GmbH의 대표이사이며, 공인 교정기관을 총괄하고 있습니다. KIT 조명기술연구소(Institute of Lighting Technology)에서 펄스형 제논 엑시머 방전(pulsed xenon excimer discharges)에 대한 연구를 수행한 이후, 현재는 광학 복사 측정 기술에 주력하고 있습니다. 그는 DIN 표준화 위원회 FNL 7 "광학 방사선(Optical Radiation)"의 부위원장이며, DVGW UV 소독 프로젝트 그룹의 회원입니다.
