UVC-måler og UVC-radiometer for 200–280 nm

UVC-stråling desinfiserer vann, luft og overflater, driver fotokjemiske prosesser og brukes i forskning til å inaktivere virus, bakterier og sopp. Om en UVC-kilde oppnår den nødvendige effekten, og om personer i nærheten er beskyttet, kan bare dokumenteres med en kalibrert måling av irradians. UVC-målere fra Opsytec dekker spektralområdet fra 200 til 280 nm og måler irradians og – avhengig av instrumentet – UVC-dose på lamper, LED-er, kamre og anlegg.

Fire spørsmål avgjør hvilket instrument som passer: Hvilket spektrum har kilden? Hvilken irradians forventes i målepunktet? Hvordan ser målegeometrien ut? Og kreves det en øyeblikksverdi, en dose eller permanent overvåking?

Måling av UVC-irradians og UVC-dose

Irradians er stråleeffekten som treffer en overflate, oppgitt i W/m², mW/cm² eller µW/cm²; 1 mW/cm² tilsvarer 10 W/m². UVC-dose er tidsintegralet av irradiansen – for en konstant kilde ganske enkelt irradians multiplisert med tid – oppgitt i J/m² eller mJ/cm². Ved vanndesinfeksjon kalles størrelsen som er referert til mediet, for fluens. Det er dosen som er avgjørende for å inaktivere mikroorganismer: ved 1 mW/cm² nås 10 mJ/cm² etter 10 sekunder.

Ikke alle håndholdte måleinstrumenter bestemmer dosen selv. RM-12 viser den momentane irradiansen. RMD og RMD Pro og RMD Touch integrerer irradiansen over tid og viser dosen direkte; RMD Pro og RMD Touch lagrer dessuten måleserier som CSV-filer. tinyTracker måler dosen som et dosimeter på bare 10 mm høyde som følger med produktet gjennom anlegget.

UVC-måling ved 254 nm

Lavtrykkskvikksølvlamper avgir det meste av UV-effekten sin i én enkelt linje ved 253,7 nm. Å måle denne linjen er den klassiske oppgaven innen UVC-radiometri: UVC-sensoren for 200–280 nm er kalibrert mot en lavtrykkslampe og måler denne kilden uten spektral korreksjon. Alle studiene som er vurdert her – fra 0,065 mW/cm² bak et nesten helt tildekket rør til 20 mW/cm² i en UVC-blits – ligger innenfor måleområdet til én enkelt UVC-sensor på RMD.

Mellomtrykkslamper avgir derimot et bredt spektrum med komponenter i UVC, UVB og UVA; en sensor som er kalibrert ved 254 nm, viser systematisk feil her. Hvordan 254 nm-linjen oppstår, og hvilke måleoppgaver som må holdes fra hverandre i anlegg, forklares i Måling og overvåking av UVC-stråling ved 254 nm.

Slik måler du UVC-LED-er riktig

Avhengig av halvledermaterialet emitterer UVC-LED-er vanligvis mellom 265 og 280 nm, med en båndbredde på rundt 10 nm. En del av emisjonen ligger derfor akkurat ved filterkanten til UVC-sensoren ved 280 nm. Med en LED på 275 nm kutter sensoren av den langbølgede flanken; ved 280 nm ligger emisjonstoppen på kanten. Selv små forskyvninger i toppbølgelengde – mellom LED-partier eller på grunn av oppvarming under drift – endrer da måleverdien mer enn den faktiske stråleeffekten.

For UVC-LED-er anbefaler Opsytec derfor en UVBB-sensor (230–400 nm), hvis spektralområde dekker hele LED-emisjonen, kalibrert mot en LED med tilsvarende toppbølgelengde. For lavtrykkslamper er UVC-sensoren fortsatt riktig valg. Kalibreringslaboratoriet har UV-LED-er med ulike bølgelengder som kalibreringskilder. Hvor stor feilen kan bli ved uegnet kalibrering, vises i Spektralt misforhold for UV-sensorer.

Far-UVC ved 222 nm og VUV ved 172 nm

Kryptonklorid-eksimerlamper (KrCl*) emitterer ved 222 nm i far-UVC-området fra 200 til 230 nm. Denne bølgelengden er germicid, men trenger knapt inn i huden – grunnlaget for bruk i rom der det oppholder seg mennesker, undersøkt av blant andre Buonanno et al. [2] og Welch et al. [3]. Ufiltrerte lamper har i tillegg sekundæremisjoner i den mer langbølgede UVC-delen, som er avgjørende for sikkerhetsvurderingen; far-UVC-armaturer for innendørs bruk har derfor et filter.

En UVC-sensor dekker 222 nm spektralt, men må kalibreres mot en 222 nm-kilde for denne lampetypen; en kalibrering ved 254 nm ville gi en systematisk feilaktig fremstilling av irradiansen fra en KrCl-lampe. Opsytecs kalibreringslaboratorium kalibrerer derfor UVC-sensorer mot en 222 nm-eksimerlampe. Bare en spektral måling viser om filteret faktisk undertrykker sekundæremisjonene. Målte spektre av filtrerte og ufiltrerte KrCl-lamper finnes i spektraldatabasen for UV-lamper.

Xenon-eksimerlamper (Xe₂*) ved 172 nm stråler i vakuum-UV. Denne strålingen absorberes av luft i løpet av noen få millimeter; UVC-sensorer med filter og diffusor registrerer den ikke. Til dette finnes tinyTracker 172 nm, som måler dosen i inertgass direkte ved substratet. Detaljer er beskrevet i Måling av 172 nm VUV-stråling fra xenon-eksimerlamper.

UV-desinfeksjon av drikkevann: DVGW-referanseradiometer

I UV-anlegg for desinfeksjon av drikkevann i henhold til DIN 19294-1 og DVGW W 294-1 overvåker en fast montert sensor irradiansen. Et referanseradiometer kontrollerer denne anleggssensoren med jevne mellomrom. Kravene til referanseradiometeret er fastsatt i DIN 19294-3 for lavtrykksanlegg og DIN 19294-4 for mellomtrykksanlegg; i Østerrike gjelder ÖNORM M 5873-1.

DVGW-sensoren vurderer ikke strålingen over hele UVC-området, men smalbåndet fra 240 til 290 nm rundt linjen ved 253,7 nm. DIN 19294-3 foreskriver dette for at anleggsradiometre fra ulike produsenter skal gi sammenlignbare verdier på samme installasjon. Sensoren måler opptil 200 W/m², har en akseptansevinkel på 160° og drives med RMD Pro. For mellomtrykksanlegg finnes det en egen referansesensor i henhold til DIN 19294-4. Alle data er oppgitt på siden DVGW-referanseradiometer.

Permanent overvåking av UVC-anlegg

Et håndholdt instrument gir stikkprøver. Der et anlegg må overvåkes under drift, måler en fast montert sensor kontinuerlig og sender signalet sitt til styresystemet:

• UVC-SE – trykkvannbestandig UVC-sensor (180–280 nm, opptil 1000 W/m²) med integrert forsterker for reaktorer og våtprosesser; utgang 0–10 V, 4–20 mA eller 0–1 V.
• UVx-SE – vanntett sensor med G 3/4″-tilkobling, også for mellomtrykkslamper og CIP-miljøer, opptil 200 mW/cm².
• PLC.D – digitale UV-sensorer med RS-485, RS-232 eller USB og kalibreringsstatus i dataprotokollen.
• PLC-sensorer med 4–20 mA, 0–10 V eller 0–2 V for styresystemer.

Den installerte sensoren sammenlignes med faste intervaller med et kalibrert håndholdt instrument i samme posisjon, for eksempel ukentlig med RMD Pro.

UVC-dekontaminering av rom og overflater

Når rom og overflater desinfiseres med mobile UVC-enheter, avhenger dosen sterkt av avstand og orientering. Overflater i skyggen eller langt fra kilden mottar mange ganger mindre enn overflater i siktelinjen. I et sykehusrom brukte Lindblad et al. et RM-22-radiometer, forgjengeren til RMD, og målte doser mellom 15,9 og 1 068 mJ/cm² avhengig av posisjon, med en median på 266 mJ/cm² [4]. Målingene tas derfor på de punktene som skal desinfiseres – ikke bare ved kilden.

Malayeri et al. har sammenstilt dosen som kreves for en gitt log-reduksjon av bakterier, virus, protozoer og alger [1]. Nødvendig eksponeringstid følger av den målte irradiansen som dose delt på irradians. For beskyttelse av personer under UV-desinfeksjon, se Sikkerhet ved UV-desinfeksjon.

[1] Malayeri, A. H. et al.: Fluens (UV-dose) som kreves for å oppnå trinnvis log-inaktivering av bakterier, protozoer, virus og alger, IUVA.
[2] Buonanno, M. et al.: Germicid effektivitet og hudsikkerhet hos pattedyr ved 222-nm UV-lys. Radiat. Res. 187 (2017) 483–491, doi:10.1667/RR0010CC.1
[3] Welch, D. et al.: Far-UVC-lys: et nytt verktøy for å begrense spredningen av luftbårne mikrobielle sykdommer. Sci. Rep. 8 (2018), doi:10.1038/s41598-018-21058-w
[4] Lindblad, M. et al.: Ultrafiolett C-dekontaminering av et sykehusrom: mengden UV-lys som kreves. Burns 46 (2020) 842–849, doi:10.1016/j.burns.2019.10.004

Der UVC ble målt – irradiansnivåer fra studier

Hvor mye UVC når fram dit desinfeksjonen skjer? I studier som ble utført med målere og bestrålingskamre fra Opsytec, strekker spennet seg fra 0,065 mW/cm² bak et nesten helt tildekket rør til 20 mW/cm² i et UVC-blink – mer enn tre hundre ganger så mye. De fleste målepunktene ligger mellom 0,3 og 15 mW/cm². Avstanden, antallet lamper og om strålingen treffer direkte eller i skygge, utgjør forskjellen. Derfor måles det der virkningen skal oppstå.

I nedre ende viser et instrument med en oppløsning på 0,01 mW/cm² bare ett eller to sifre; RMD oppløser 0,001 µW/cm².

Kalibrerte UVC-sensorer fra det akkrediterte laboratoriet

Kvaliteten på en UVC-måling avhenger av kalibreringen av sensoren – og av om kalibreringskilden samsvarer med spekteret som måles. Alle radiometre og sensorer leveres kalibrert, med metrologisk sporbarhet til nasjonale normaler. Opsytecs kalibreringslaboratorium er akkreditert av DAkkS i henhold til DIN EN ISO/IEC 17025 og kalibrerer sensorer fra 200 til 1000 nm ved irradianser fra 0,2 µW/cm² til over 10 W/cm². Den typiske kalibreringsusikkerheten for UVC-sensorene er 4,5–6,0 % (k = 2); i bruk kommer spektralt avvik, temperatur, aldring og geometri i tillegg (Måleusikkerhet ved UV-måling).

I tillegg til standardsensorene finnes det løsninger for spesielle måleoppgaver: XT-sensorer for svært høy irradians, UV-prober for målepunkter som er vanskelige å nå, og spesialkonstruksjoner for dine egne geometrier. UV-sensorfinneren foreslår riktig sensor ut fra bruksområde og bølgelengde.

Kan jeg også måle UVC-LED-er med en UVC-måler?
Ja, men ikke like godt med alle sensorer. Emisjonen fra UVC-LED-er ved 265–280 nm strekker seg til filterkanten til UVC-sensoren ved 280 nm; små forskyvninger i toppbølgelengden forvrenger da måleverdien. For UVC-LED-er anbefaler Opsytec en UVBB-sensor (230–400 nm), kalibrert på en LED med tilsvarende bølgelengde. For lavtrykks kvikksølvlamper ved 254 nm er UVC-sensoren det riktige valget.

Hvilken UVC-måler måler UVC-dosen?
RMD, RMD Pro og RMD Touch viser dosen i J/m² ved siden av irradiansen; RMD Pro og RMD Touch lagrer også måleserier som CSV-filer. tinyTracker måler dosen som et flatt dosimeter som går gjennom anlegget. RM-12 viser bare den momentane irradiansen – dosen er da irradians multiplisert med tid.

Kan RMD måle svært lav UVC-irradians som 0,2 µW/cm²?
Ja. Med UVC-sensoren for arbeidsmiljøsikkerhet (måleområde 0–10 mW/cm²) registrerer RMD pålitelig irradians fra omtrent 0,05 µW/cm², for eksempel spredt stråling på arbeidsplassen. For slike målinger anbefaler vi en midlingstid på 2 s, en offsetjustering og et stativ.

Hvilken UVC-verdi er relevant for arbeidsmiljøsikkerheten?
Eksponeringsgrensen for kunstig optisk stråling er en effektiv dose på 30 J/m² per dag, vektet med virkningsspekteret S(λ). Siden UVC vektes særlig kraftig i dette området, nærmer selv svært lave irradiansnivåer seg grensen i løpet av en arbeidsdag. Derfor finnes det en egen, svært følsom UVC-sensor med 0–10 mW/cm² til RMD for å dokumentere arbeidsmiljøsikkerheten. Vurdering og tiltak: Sikkerhet ved UV-desinfeksjon.

Egner RMD seg for desinfeksjonstransportbånd og kontinuerlige anlegg?
RMD Pro registrerer måleverdier og egner seg derfor i prinsippet for transportbåndapplikasjoner. På grunn av sin lave høyde passer imidlertid tinyTracker, curelog eller den spektralt målende UVpad som regel bedre, siden de går gjennom anlegget sammen med produktet.

mW/cm² eller W/m² – hvilken enhet er riktig?
Begge. 1 mW/cm² tilsvarer 10 W/m², 1 mJ/cm² tilsvarer 10 J/m². Studier om desinfeksjon bruker vanligvis mW/cm² og mJ/cm², standarder for vanndesinfeksjon W/m² og J/m². Radiometrikalkulatoren konverterer enhetene.

Hvordan skiller et UVC-radiometer seg fra en enkel UV-måler?
Mange enkle UV-målere er beregnet på UVA eller UV-indeksen og registrerer ikke UVC i det hele tatt, eller bare unøyaktig. Et UVC-radiometer trenger en sensor med spektralområdet 200–280 nm, cosinuskorreksjon for skrått innfallende stråling og en kalibrering på en kilde med tilsvarende spektrum – dokumentert med et kalibreringsbevis.

Hvor ofte må en UVC-måler kalibreres?
Det finnes ikke noe generelt foreskrevet intervall. Tolv måneder er et praktisk utgangspunkt for mange UV-målere, som bekreftes eller justeres på grunnlag av din egen målehistorikk. Hyppig bruk, høye doser, varme og forurensning taler for et kortere intervall. Mer om dette under Kalibreringsintervall for UV-måleinstrumenter.