De energie van een enkel foton hangt uitsluitend af van zijn golflengte: hoe korter de golflengte, hoe energetischer het foton. Deze rekentool neemt een golflengte in nanometer en geeft de fotonenergie terug in joule en in elektronvolt.
Deze grootheid verklaart waarom UV-straling anders werkt dan zichtbaar licht. Een foton bij 254 nm draagt ongeveer 4,9 eV, boven de bindingsenergie van veel organische bindingen – het kan moleculen direct verbreken. Een foton bij 400 nm draagt slechts ongeveer 3,1 eV. Het is precies deze drempel die bepaalt of een fotoinitiator reageert, of een halfgeleiderovergang wordt aangeslagen, of of een fotokatalytische reactie start. Als u een bandkloof in eV kent, vertelt de rekentool u de langste golflengte die u daarvoor mag gebruiken.
De berekening geldt voor fotonen in vacuüm of lucht; in een medium met brekingsindex n verandert de golflengte, maar de fotonenergie niet. De constanten volgen CODATA 2018.
Fotonenergie leidt direct naar fotonenflux – het aantal fotonen per seconde. Die rekentool is ingebed op de pagina fotochemie, waar deze vraag ontstaat. Alle radiometrische rekentools zijn verzameld in de radiometrie-rekentool.
Basisprincipes
De fotonenergie volgt uit de Planck-Einstein-relatie E = h · c / λ, met de Planck-constante h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s en de lichtsnelheid c = 299.792.458 m/s (beide exact vastgelegd sinds de SI-herziening). Als λ in meters wordt ingevoerd, geeft dit E in joule. Voor elektronvolt deelt u door de elementaire lading, wat de handige verkorte vorm E[eV] = 1239,842 / λ[nm] oplevert.
| Golflengte | Energie |
|---|---|
| 254 nm (kwikdamp laagdruk) | 4,88 eV |
| 265 nm (UVC-LED) | 4,68 eV |
| 280 nm (UVC-LED) | 4,43 eV |
| 365 nm (UVA-LED) | 3,40 eV |
| 405 nm | 3,06 eV |
Uitgewerkt voorbeeld voor 365 nm: E = 1239,842 / 365 = 3,397 eV, gelijk aan 5,44 · 10⁻¹⁹ J.
De formule beschrijft een enkel foton van een enkele golflengte. Een middendruk-kwiklamp zendt veel lijnen uit, een LED een band van doorgaans 10–15 nm volledige breedte op halve hoogte — hier is de zwaartepuntgolflengte een benadering, en nauwkeurig werk vereist integratie van het spectrum. Fotonenergie zegt ook niets over de hoeveelheid straling; daarvoor is bestralingssterkte of fotonenflux nodig.
Veelgestelde vragen
Met E = h · c / λ. In de praktijk is de verkorte vorm E[eV] = 1239,842 / λ[nm] meestal voldoende: 365 nm geeft 3,40 eV, 254 nm geeft 4,88 eV.
Met dezelfde korte formule. De relatie is omgekeerd evenredig, niet lineair — de helft van de golflengte betekent twee keer zoveel energie.
Omdat het individuele foton energierijker is. Bij 254 nm overschrijdt de fotonenergie de bindingsenergie van veel organische bindingen, bij 365 nm niet. UV-C werkt daarom direct in op DNA, terwijl UV-A voornamelijk via tussenstappen werkt. De indeling van bereiken wordt beschreven onder spectrale bereiken en normen.
λ = 1239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. Voor een betrouwbare excitatie wordt in de praktijk een iets kortere golflengte gekozen, rond 365 of 375 nm.
Nee. Binnen een medium wordt de golflengte korter door de brekingsindex, maar de frequentie en dus de energie blijven gelijk. In formules moet de golflengte in vacuüm worden gebruikt.
Dit bepaalt of een fotoinitiator überhaupt wordt geëxciteerd. Als de golflengte niet overeenkomt met het absorptiebereik van de initiator, helpt ook een hoge dosis niet. Meer hierover onder fotoinitiatoren & UV-absorbers.
Auteur: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia is algemeen directeur van Opsytec Dr. Gröbel GmbH in Ettlingen en leidt het geaccrediteerde kalibratielaboratorium. Na zijn onderzoek naar gepulseerde xenon-excimerontladingen aan het Institute of Lighting Technology van het KIT ligt zijn huidige focus op optische stralingsmeettechniek. Hij is vicevoorzitter van het DIN-normcomité FNL 7 „Optical Radiation" en lid van de DVGW-projectgroep UV-desinfectie.
