Golflengte is het eerste waar men naar vraagt bij een UV-toepassing – en de eerste plek waar misverstanden ontstaan. 254 nm en 265 nm liggen elf nanometer uit elkaar en komen van geheel verschillende bronnen; 395 nm en 405 nm liggen nog dichter bij elkaar, en toch valt de ene in het UVA-bereik en de andere al in het zichtbare licht. Deze verkenner plaatst elke golflengte tussen 150 en 800 nm en geeft de grootheden die voorkomen in datasheets en normen.
Het tweede deel zet de gangbare golflengtes naast elkaar. De interessante kolom daarbij is fotonen per joule: dit verklaart waarom een procesfreigave niet zomaar van de ene golflengte naar de andere kan worden overgezet. Een fotochemische reactie reageert op geabsorbeerde fotonen, niet op joules – en bij dezelfde dosis levert 405 nm ongeveer 60 procent meer fotonen dan 254 nm.
Welke golflengte de juiste is, wordt uiteindelijk bepaald door het absorptiespectrum van de stof, niet door het aantal fotonen alleen. En hoeveel bestralingssterkte daadwerkelijk aankomt, wordt bepaald door de meting. Opsytec Dr. Gröbel ontwikkelt, produceert en kalibreert de benodigde sensoren, radiometers en spectroradiometers in het eigen geaccrediteerde laboratorium.
De omrekeningen tussen golflengte, frequentie, golfgetal en fotonenergie gelden in vacuüm; in een medium met brekingsindex n veranderen golflengte en voortplantingssnelheid, terwijl frequentie en fotonenergie ongewijzigd blijven. Spectrale bereiken volgen CIE S 017 (ILV); de voorheen gebruikte DIN 5031-7 is ingetrokken. De genoemde bronnen en toepassingen zijn typische voorbeelden en geen volledige opsomming; zij vervangen noch een systeemontwerp, noch een risicobeoordeling. De meting met gekalibreerde instrumenten is wat telt.
Basisprincipes
Golflengte, frequentie, golfgetal en fotonenergie beschrijven dezelfde straling vanuit vier gezichtspunten en zijn zonder verdere informatie in elkaar om te rekenen. De relaties zijn ν = c / λ, σ = 1 / λ en E = h · c / λ; met de golflengte in nanometer wordt de laatste vereenvoudigd tot E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. Golfgetal in cm⁻¹ is gebruikelijk in de spectroscopie omdat het rechtstreeks evenredig is met energie — in tegenstelling tot golflengte. Molaire fotonenergie in kJ/mol relateert de straling ten slotte aan reactie-enthalpieën en geeft aan of deze een bepaalde binding überhaupt kan verbreken.
Volgens DIN 5031-7 loopt UVC van 100 tot 280 nm, UVB van 280 tot 315 nm en UVA van 315 tot 400 nm.
| Bereik | Golflengte | Typische bronnen |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | xenon-excimeer 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | lagedrukkwiklamp 254 nm, KrCl 222 nm, UVC-LED's 265 en 280 nm |
| UVB | 280–315 nm | XeCl-excimeer 308 nm, UVB-fluorescentielampen 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | UVA-fluorescentielampen 340 nm, UVA-LED's 365 tot 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | violette en blauwe LED's vanaf 405 nm |
Tussen 380 en 400 nm overlappen UVA en het zichtbare bereik elkaar — de norm rekent dit gedeelte tot beide. Straling in dit gebied is waarneembaar als een zwak violet licht en wordt nog altijd als UVA beoordeeld. Daarom wordt een bron van 405 nm afhankelijk van het gezichtspunt een UV-bron of een lichtbron genoemd.
Een dosis is een energie per oppervlakte-eenheid. Deel deze door de energie van één foton en u krijgt het aantal fotonen per oppervlakte-eenheid — en dat is wat fotochemie en fotobiologie beïnvloedt. Omdat de fotonenergie afneemt naarmate de golflengte toeneemt, bevat dezelfde dosis meer fotonen bij langere golflengten. Bij 254 nm zijn er ongeveer 1,28 · 10¹⁸ fotonen per joule, bij 405 nm ongeveer 2,04 · 10¹⁸. Wie een systeem van een kwiklamp naar UVA-LED's ombouwt, verandert niet alleen het spectrum, maar ook de verhouding tussen energie en fotonen.
Golflengte alleen zegt niets over of een toepassing zal werken. Wat telt, is of de stof bij die golflengte absorbeert: een fotoinitiator die in het UVA absorbeert, reageert op 365 nm en blijft grotendeels onaangetast bij 254 nm, ook al dragen de afzonderlijke fotonen daar meer energie. Het plaatsen van een golflengte vervangt evenmin de veiligheidsbeoordeling — het gevaar hangt af van het actiespectrum, niet van de naam van het bereik.
Veelgestelde vragen
Volgens DIN 5031-7: UVC van 100 tot 280 nm, UVB van 280 tot 315 nm, UVA van 315 tot 400 nm. Het zichtbare bereik begint al bij 380 nm en overlapt daardoor met het bovenste deel van UVA. Andere normen leggen de grens tussen UVA en zichtbaar licht bij 400 nm — in grensgevallen is het zinvol te controleren welke norm wordt toegepast. Meer onder spectrale bereiken en normen.
Via E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. 254 nm geeft 4,88 eV, 365 nm 3,40 eV, 405 nm 3,06 eV. Het getal is het product van de constante van Planck en de lichtsnelheid, gedeeld door de elementaire lading.
Golfgetal σ = 1/λ, opgegeven in cm⁻¹, is direct proportioneel aan energie. In de spectroscopie wordt de afstand tussen banden daarom uitgedrukt in golfgetallen in plaats van nanometer: een verschil van 4670 cm⁻¹ betekent overal hetzelfde energieverschil, een verschil van 75 nm niet.
254 nm is de resonantielijn van de lagedruk-kwiklamp — een zeer nauwe lijn van een zeer efficiënte bron. 265 nm ligt dichter bij het absorptiemaximum van DNA en wordt geproduceerd door UVC-LED's, die doorgaans een bandbreedte van 10 tot 12 nm hebben. Om hetzelfde kiemdodende effect te bereiken zijn daarom verschillende doses nodig; voor de omrekening tussen beide is het actiespectrum nodig.
Niet zonder testen. De fotoinitiator moet bij de nieuwe golflengte absorberen, en het aantal fotonen per joule verandert daarmee mee. In de praktijk moet de procesvrijgave worden herhaald, met een dosismeting op de locatie van het werkstuk. De berekening staat in de UV-dosiscalculator.
Onder 200 nm een VUV-sensor met stikstofspoeling; in het UVC een spectraal gewogen sensor — conform DVGW voor desinfectiesystemen; in het UVA een UVA-sensor of een radiometer met de bijpassende kop; in het zichtbare gebied een fotometer of een spectroradiometer. De explorer noemt de passende oplossing voor elke golflengte; de grootheden daarachter worden uitgelegd onder radiometrische grootheden.
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 de DIN-normcommissie FNL 7 "Optical Radiation" en lid van de DVGW-projectgroep UV-desinfectie.
