UVC-meter en UVC-radiometer voor 200–280 nm

UVC-straling desinfecteert water, lucht en oppervlakken, drijft fotochemische processen aan en wordt in onderzoek gebruikt om virussen, bacteriën en schimmels te inactiveren. Of een UVC-bron het vereiste effect bereikt en of personen in de omgeving beschermd zijn, kan alleen worden aangetoond met een gekalibreerde meting van de bestralingssterkte. UVC-meters van Opsytec bestrijken het spectrale bereik van 200 tot 280 nm en meten de bestralingssterkte en – afhankelijk van het instrument – de UVC-dosis van lampen, leds, kamers en installaties.

Vier vragen bepalen welk instrument geschikt is: Welk spectrum heeft de bron? Welke bestralingssterkte wordt op het meetpunt verwacht? Hoe ziet de meetgeometrie eruit? En is een momentane waarde, een dosis of permanente bewaking vereist?

UVC-bestralingssterkte en UVC-dosis meten

Bestralingssterkte is het stralingsvermogen dat op een oppervlak valt, uitgedrukt in W/m², mW/cm² of µW/cm²; 1 mW/cm² komt overeen met 10 W/m². De UVC-dosis is de tijdsintegraal van de bestralingssterkte – bij een constante bron eenvoudigweg de bestralingssterkte vermenigvuldigd met de tijd – uitgedrukt in J/m² of mJ/cm². Bij waterdesinfectie wordt de op het medium betrokken grootheid fluentie genoemd. Voor het inactiveren van micro-organismen is de dosis bepalend: bij 1 mW/cm² wordt 10 mJ/cm² na 10 seconden bereikt.

Niet elk handmeetinstrument bepaalt de dosis zelf. De RM-12 toont de momentane bestralingssterkte. RMD en RMD Pro en de RMD Touch integreren de bestralingssterkte over de tijd en geven de dosis rechtstreeks weer; RMD Pro en RMD Touch slaan meetreeksen bovendien op als CSV-bestanden. De tinyTracker meet de dosis als dosimeter van slechts 10 mm hoog, dat samen met het product door de installatie beweegt.

UVC-meting bij 254 nm

Kwiklagedruklampen zenden het grootste deel van hun UV-vermogen uit in één enkele lijn bij 253,7 nm. Het meten van deze lijn is de klassieke taak van de UVC-radiometrie: de UVC-sensor voor 200–280 nm wordt op een lagedruklamp gekalibreerd en meet deze bron zonder spectrale correctie. Alle hier beoordeelde onderzoeken – van 0,065 mW/cm² achter een vrijwel volledig afgedekte buis tot 20 mW/cm² in een UVC-flits – liggen binnen het meetbereik van één enkele UVC-sensor op de RMD.

Middendruklampen zenden daarentegen een breed spectrum uit met componenten in UVC, UVB en UVA; een bij 254 nm gekalibreerde sensor geeft hier systematisch verkeerde waarden aan. Hoe de 254 nm-lijn ontstaat en welke meettaken in installaties uit elkaar gehouden moeten worden, leest u in Meten en bewaken van UVC-straling bij 254 nm.

UVC-LED's correct meten

Afhankelijk van het halfgeleidermateriaal emitteren UVC-LED's doorgaans tussen 265 en 280 nm, met een bandbreedte van ongeveer 10 nm. Een deel van hun emissie ligt daardoor precies op de filterrand van de UVC-sensor bij 280 nm. Bij een LED op 275 nm snijdt de sensor de langgolvige flank af; bij 280 nm ligt de emissiepiek op de rand. Zelfs kleine verschuivingen in de piekgolflengte – tussen LED-batches of door opwarming tijdens bedrijf – veranderen de meetwaarde dan sterker dan het werkelijke stralingsvermogen.

Voor UVC-LED's adviseert Opsytec daarom een UVBB-sensor (230–400 nm), waarvan het spectrale bereik de volledige LED-emissie omvat, gekalibreerd op een LED met een overeenkomstige piekgolflengte. Voor lagedruklampen blijft de UVC-sensor de juiste keuze. Het kalibratielaboratorium houdt UV-LED's met verschillende golflengten beschikbaar als kalibratiebronnen. Hoe groot de fout bij een ongeschikte kalibratie kan worden, laat Spectrale mismatch bij UV-sensoren zien.

Far-UVC bij 222 nm en VUV bij 172 nm

Kryptonchloride-excimeerlampen (KrCl*) emitteren bij 222 nm in het far-UVC-bereik van 200 tot 230 nm. Deze golflengte is kiemdodend, maar dringt nauwelijks in de huid door – de basis voor toepassing in ruimten waarin zich personen bevinden, onderzocht door onder andere Buonanno et al. [2] en Welch et al. [3]. Ongefilterde lampen hebben daarnaast secundaire emissies in het langgolvigere UVC, die bepalend zijn voor de veiligheidsbeoordeling; far-UVC-armaturen voor gebruik binnenshuis zijn daarom voorzien van een filter.

Een UVC-sensor dekt 222 nm spectraal af, maar moet voor dit lamptype op een 222 nm-bron worden gekalibreerd; een kalibratie bij 254 nm zou de bestralingssterkte van een KrCl-lamp systematisch verkeerd weergeven. Het Opsytec-kalibratielaboratorium kalibreert UVC-sensoren daarom op een 222 nm-excimeerlamp. Alleen een spectrale meting laat zien of het filter de secundaire emissies daadwerkelijk onderdrukt. Gemeten spectra van gefilterde en ongefilterde KrCl-lampen zijn beschikbaar in de spectrale database voor UV-lampen.

Xenon-excimeerlampen (Xe₂*) bij 172 nm stralen in het vacuüm-UV. Deze straling wordt binnen enkele millimeters door lucht geabsorbeerd; UVC-sensoren met filter en diffusor detecteren haar niet. Daarvoor is er de tinyTracker 172 nm, die de dosis in inertgas direct bij het substraat meet. Details vindt u in 172 nm VUV-straling van xenon-excimeerlampen meten.

UV-desinfectie van drinkwater: DVGW-referentieradiometer

In UV-installaties voor drinkwaterdesinfectie volgens DIN 19294-1 en DVGW W 294-1 bewaakt een vast ingebouwde sensor de bestralingssterkte. Een referentieradiometer controleert deze installatiesensor met regelmatige tussenpozen. De eisen aan de referentieradiometer zijn vastgelegd in DIN 19294-3 voor lagedrukinstallaties en DIN 19294-4 voor middendrukinstallaties; in Oostenrijk geldt ÖNORM M 5873-1.

De DVGW-sensor evalueert de straling niet over het volledige UVC-bereik, maar smalbandig van 240 tot 290 nm rond de lijn bij 253,7 nm. DIN 19294-3 schrijft dit voor, zodat installatieradiometers van verschillende fabrikanten op dezelfde installatie vergelijkbare waarden leveren. De sensor meet tot 200 W/m², heeft een openingshoek van 160° en wordt gebruikt met de RMD Pro. Voor middendrukinstallaties is er een aparte referentiesensor volgens DIN 19294-4. Alle gegevens vindt u op de pagina DVGW-referentieradiometer.

Permanente bewaking van UVC-systemen

Een handmeetapparaat levert steekproefcontroles. Wanneer een installatie tijdens bedrijf moet worden bewaakt, meet een vast ingebouwde sensor continu en geeft zijn signaal door aan de besturing:

• UVC-SE – drukwaterbestendige UVC-sensor (180–280 nm, tot 1000 W/m²) met geïntegreerde versterker voor reactoren en natte processen; uitgang 0–10 V, 4–20 mA of 0–1 V.
• UVx-SE – waterdichte sensor met G 3/4″-aansluiting, ook voor middendruklampen en CIP-omgevingen, tot 200 mW/cm².
• PLC.D – digitale UV-sensoren met RS-485, RS-232 of USB en kalibratiestatus in het dataprotocol.
• PLC-sensoren met 4–20 mA, 0–10 V of 0–2 V voor besturingssystemen.

De ingebouwde sensor wordt met vaste tussenpozen vergeleken met een gekalibreerd handmeetapparaat op dezelfde positie, bijvoorbeeld wekelijks met de RMD Pro.

UVC-decontaminatie van ruimten en oppervlakken

Wanneer ruimten en oppervlakken met mobiele UVC-apparaten worden gedesinfecteerd, hangt de dosis sterk af van afstand en oriëntatie. Oppervlakken in de schaduw of ver van de bron ontvangen vele malen minder dan oppervlakken in de zichtlijn. In een ziekenhuiskamer gebruikten Lindblad et al. een RM-22-radiometer, de voorganger van de RMD, en maten zij afhankelijk van de positie doses tussen 15,9 en 1.068 mJ/cm², met een mediaan van 266 mJ/cm² [4]. Metingen worden daarom uitgevoerd op de punten die gedesinfecteerd moeten worden – niet alleen bij de bron.

Malayeri et al. hebben de dosis samengesteld die nodig is voor een bepaalde log-reductie van bacteriën, virussen, protozoa en algen [1]. De benodigde bestralingstijd volgt uit de gemeten bestralingssterkte als dosis gedeeld door bestralingssterkte. Voor de bescherming van personen tijdens UV-desinfectie, zie Veiligheid van UV-desinfectie.

[1] Malayeri, A. H. et al.: Fluence (UV Dose) Required to Achieve Incremental Log Inactivation of Bacteria, Protozoa, Viruses and Algae, IUVA.
[2] Buonanno, M. et al.: Germicidal Efficacy and Mammalian Skin Safety of 222-nm UV Light. Radiat. Res. 187 (2017) 483–491, doi:10.1667/RR0010CC.1
[3] Welch, D. et al.: Far-UVC light: A new tool to control the spread of airborne-mediated microbial diseases. Sci. Rep. 8 (2018), doi:10.1038/s41598-018-21058-w
[4] Lindblad, M. et al.: Ultraviolet-C decontamination of a hospital room: Amount of UV light needed. Burns 46 (2020) 842–849, doi:10.1016/j.burns.2019.10.004

Waar UVC werd gemeten – bestralingssterkten uit studies

Hoeveel UVC komt er aan op de plaats waar de desinfectie plaatsvindt? In studies waarin met meetinstrumenten en bestralingskamers van Opsytec is gewerkt, loopt het bereik van 0,065 mW/cm² achter een vrijwel volledig afgedekte buis tot 20 mW/cm² in een UVC-flits – meer dan driehonderd keer zoveel. De meeste meetpunten liggen tussen 0,3 en 15 mW/cm². De afstand, het aantal lampen en of de straling rechtstreeks of in de schaduw aankomt, maken het verschil. Daarom wordt er gemeten waar het effect moet optreden.

Aan de onderkant van het bereik toont een instrument met een resolutie van 0,01 mW/cm² slechts één of twee cijfers; de RMD lost 0,001 µW/cm² op.

Gekalibreerde UVC-sensoren uit het geaccrediteerde laboratorium

De kwaliteit van een UVC-meting hangt af van de kalibratie van de sensor – en van de vraag of de kalibratiebron overeenkomt met het gemeten spectrum. Alle radiometers en sensoren worden gekalibreerd geleverd, herleidbaar naar nationale standaarden. Het kalibratielaboratorium van Opsytec is door DAkkS geaccrediteerd volgens DIN EN ISO/IEC 17025 en kalibreert sensoren van 200 tot 1000 nm bij bestralingssterkten van 0,2 µW/cm² tot meer dan 10 W/cm². De typische kalibratieonzekerheid van de UVC-sensoren bedraagt 4,5–6,0 % (k = 2); in de praktijk komen daar spectrale mismatch, temperatuur, veroudering en geometrie bij (Meetonzekerheid bij UV-metingen).

Naast de standaardsensoren zijn er oplossingen voor bijzondere meettaken: XT-sensoren voor zeer hoge bestralingssterkte, UV-sondes voor moeilijk bereikbare meetpunten en klantspecifieke uitvoeringen voor uw eigen geometrieën. De UV-sensorzoeker stelt de juiste sensor voor op basis van toepassing en golflengte.

Kan ik met een UVC-meter ook UVC-leds meten?
Ja, maar niet met elke sensor even goed. De emissie van UVC-leds bij 265–280 nm reikt tot aan de filterrand van de UVC-sensor bij 280 nm; kleine verschuivingen in de piekgolflengte vervalsen dan de meetwaarde. Voor UVC-leds adviseert Opsytec een UVBB-sensor (230–400 nm), gekalibreerd op een led met een passende golflengte. Voor kwiklagedruklampen bij 254 nm is de UVC-sensor de juiste keuze.

Welke UVC-meter meet de UVC-dosis?
RMD, RMD Pro en RMD Touch tonen naast de bestralingssterkte ook de dosis in J/m²; RMD Pro en RMD Touch slaan meetreeksen bovendien op als CSV-bestand. De tinyTracker meet de dosis als vlakke dosimeter die door de installatie meeloopt. De RM-12 toont uitsluitend de momentane bestralingssterkte – de dosis is dan de bestralingssterkte vermenigvuldigd met de tijd.

Kan de RMD zeer lage UVC-bestralingssterkten zoals 0,2 µW/cm² meten?
Ja. Met de UVC-sensor voor arbeidsveiligheid (meetbereik 0–10 mW/cm²) detecteert de RMD betrouwbaar bestralingssterkten vanaf ongeveer 0,05 µW/cm², bijvoorbeeld strooistraling op de werkplek. Voor zulke metingen adviseren wij een middelingstijd van 2 s, een offsetafregeling en een statief.

Welke UVC-waarde is relevant voor de arbeidsveiligheid?
De blootstellingsgrenswaarde voor kunstmatige optische straling bedraagt een effectieve dosis van 30 J/m² per dag, gewogen met het actiespectrum S(λ). Omdat UVC in dit bereik bijzonder zwaar wordt gewogen, komen zelfs zeer lage bestralingssterkten over een werkdag in de buurt van de grenswaarde. Daarom is er voor de RMD een speciale, zeer gevoelige UVC-sensor met 0–10 mW/cm² om de arbeidsveiligheid aan te tonen. Beoordeling en maatregelen: Veiligheid van UV-desinfectie.

Is de RMD geschikt voor desinfectietransportbanden en continu-installaties?
De RMD Pro registreert meetwaarden en is daarmee in principe geschikt voor toepassingen op transportbanden. Vanwege hun geringe bouwhoogte passen echter meestal de tinyTracker, de curelog of de spectraal metende UVpad beter, omdat deze samen met het product door de installatie meelopen.

mW/cm² of W/m² – welke eenheid is juist?
Beide. 1 mW/cm² is gelijk aan 10 W/m², 1 mJ/cm² is gelijk aan 10 J/m². Studies over desinfectie gebruiken meestal mW/cm² en mJ/cm², normen voor waterdesinfectie W/m² en J/m². De radiometriecalculator rekent de eenheden om.

Waarin verschilt een UVC-radiometer van een eenvoudige UV-meter?
Veel eenvoudige UV-meters zijn ontworpen voor UVA of de UV-index en detecteren UVC helemaal niet of slechts onnauwkeurig. Een UVC-radiometer heeft een sensor met het spectrale bereik 200–280 nm nodig, een cosinuscorrectie voor schuin invallende straling en een kalibratie op een bron met een passend spectrum – gedocumenteerd door een kalibratiecertificaat.

Hoe vaak moet een UVC-meter worden gekalibreerd?
Er is geen algemeen voorgeschreven interval. Twaalf maanden is voor veel UV-meters een praktisch uitgangspunt, te bevestigen of aan te passen op basis van uw eigen meethistorie. Frequent gebruik, hoge doses, warmte en vervuiling pleiten voor een korter interval. Meer hierover onder Kalibratie-interval voor UV-meetapparatuur.