Bølgelengde er det første som blir spurt om ved en UV-anvendelse – og det første stedet misforståelser oppstår. 254 nm og 265 nm er elleve nanometer fra hverandre og kommer fra helt forskjellige kilder; 395 nm og 405 nm er skilt av enda mindre, og likevel faller den ene i UVA-området og den andre allerede i det synlige. Denne utforskeren plasserer en hvilken som helst bølgelengde mellom 150 og 800 nm og gir størrelsene som forekommer i datablad og standarder.
Den andre delen stiller de vanlige bølgelengdene side ved side. Den interessante kolonnen der er fotoner per joule: den forklarer hvorfor en prosessfrigivelse ikke uten videre kan overføres fra én bølgelengde til en annen. En fotokjemisk reaksjon responderer på absorberte fotoner, ikke på joule – og ved samme dose leverer 405 nm omtrent 60 % flere fotoner enn 254 nm.
Hvilken bølgelengde som er den rette, avgjøres til slutt av absorpsjonsspekteret til stoffet, ikke av fotontallet alene. Og hvor mye irradians som faktisk kommer frem, avgjøres av målingen. Opsytec Dr. Gröbel utvikler, produserer og kalibrerer de nødvendige sensorene, radiometrene og spektroradiometrene i sitt eget akkrediterte laboratorium.
Konverteringene mellom bølgelengde, frekvens, bølgetall og fotonenergi gjelder i vakuum; i et medium med brytningsindeks n endres bølgelengde og forplantningshastighet, mens frekvens og fotonenergi ikke gjør det. Spektralområdene følger CIE S 017 (ILV); den tidligere brukte DIN 5031-7 er trukket tilbake. De nevnte kildene og bruksområdene er typiske eksempler, ikke en fullstendig liste; de erstatter verken en systemdesign eller en risikovurdering. Det som teller, er målingen med kalibrerte instrumenter.
Grunnleggende
Bølgelengde, frekvens, bølgetall og fotonenergi beskriver samme stråling fra fire synsvinkler og kan omregnes til hverandre uten ytterligere informasjon. Sammenhengene er ν = c / λ, σ = 1 / λ og E = h · c / λ; med bølgelengden i nanometer forkortes den siste til E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. Bølgetall i cm⁻¹ er vanlig i spektroskopi fordi det er direkte proporsjonalt med energi — i motsetning til bølgelengde. Molar fotonenergi i kJ/mol relaterer til slutt strålingen til reaksjonsenthalpier og angir om den i det hele tatt kan bryte en gitt binding.
I henhold til DIN 5031-7 går UVC fra 100 til 280 nm, UVB fra 280 til 315 nm og UVA fra 315 til 400 nm.
| Område | Bølgelengde | Typiske kilder |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | xenon-eksimer 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | lavtrykkskvikksølv 254 nm, KrCl 222 nm, UVC-LED-er 265 og 280 nm |
| UVB | 280–315 nm | XeCl-eksimer 308 nm, UVB-lysstoffrør 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | UVA-lysstoffrør 340 nm, UVA-LED-er 365 til 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | fiolette og blå LED-er fra 405 nm |
Mellom 380 og 400 nm overlapper UVA og det synlige området – standarden tildeler denne delen til begge. Stråling der er merkbar som en svak fiolett farge og vurderes fortsatt som UVA. Det er derfor en 405 nm-kilde kalles en UV-kilde eller en lyskilde, avhengig av synsvinkel.
En dose er en energi per arealenhet. Del den på energien til et enkelt foton, så får du antall fotoner per arealenhet — og det er dette fotokjemi og fotobiologi reagerer på. Fordi fotonenergien synker når bølgelengden øker, inneholder samme dose flere fotoner ved lengre bølgelengder. Ved 254 nm er det omtrent 1,28 · 10¹⁸ fotoner per joule, ved 405 nm omtrent 2,04 · 10¹⁸. Den som konverterer et system fra en kvikksølvlampe til UVA-LED-er, endrer ikke bare spekteret, men også forholdet mellom energi og fotoner.
Bølgelengde alene sier ingenting om hvorvidt en applikasjon vil fungere. Det som betyr noe, er om stoffet absorberer ved denne bølgelengden: en fotoinitiator som absorberer i UVA reagerer på 365 nm og forblir i stor grad upåvirket ved 254 nm, selv om de enkelte fotonene der har mer energi. Plassering av en bølgelengde erstatter heller ikke sikkerhetsvurderingen — faren avhenger av aksjonsspekteret, ikke av navnet på området.
Ofte stilte spørsmål
Under DIN 5031-7: UVC fra 100 til 280 nm, UVB fra 280 til 315 nm, UVA fra 315 til 400 nm. Det synlige området begynner allerede ved 380 nm og overlapper derfor med den øvre delen av UVA. Andre regelverk setter grensen mellom UVA og synlig lys ved 400 nm — i grensetilfeller er det verdt å kontrollere hvilken standard som anvendes. Mer under spektrale områder og standarder.
Gjennom E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. 254 nm gir 4,88 eV, 365 nm 3,40 eV, 405 nm 3,06 eV. Tallet er produktet av Planck-konstanten og lyshastigheten, delt på elementærladningen.
Bølgetall σ = 1/λ, oppgitt i cm⁻¹, er direkte proporsjonalt med energi. I spektroskopi oppgis derfor avstanden mellom bånd i bølgetall i stedet for nanometer: et gap på 4 670 cm⁻¹ betyr samme energiforskjell overalt, et gap på 75 nm gjør det ikke.
254 nm er resonanslinjen til lavtrykks kvikksølvlampen — en svært smal linje fra en svært effektiv kilde. 265 nm ligger nærmere absorpsjonsmaksimumet til DNA og produseres av UVC-LED-er, som normalt har en båndbredde på 10 til 12 nm. For å oppnå samme germicide effekt kreves derfor forskjellige doser; konvertering mellom dem krever aksjonsspekteret.
Ikke uten testing. Fotoinitiatoren må absorbere ved den nye bølgelengden, og antallet fotoner per joule endres med den. I praksis må prosessfrigivelsen gjentas, med en dosemåling ved arbeidsstykkets posisjon. Beregningen finnes i UV-dosekalkulatoren.
Under 200 nm en VUV-sensor med nitrogenspyling; i UVC en spektralt veid sensor — DVGW-kompatibel for desinfeksjonssystemer; i UVA en UVA-sensor eller et radiometer med tilhørende hode; i det synlige lyset et fotometer eller et spektroradiometer. Utforskeren navngir den passende løsningen for hver bølgelengde; størrelsene bak dette forklares under radiometriske størrelser.
Forfatter: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia er administrerende direktør i Opsytec Dr. Gröbel GmbH i Ettlingen og leder det akkrediterte kalibreringslaboratoriet. Etter sin forskning på pulserte xenon-eksimerutladninger ved Institute of Lighting Technology ved KIT, er hans nåværende fokus på optisk strålingsmåleteknikk. Han er nestleder for DIN-standardiseringskomiteen FNL 7 «Optical Radiation» og medlem av DVGWs prosjektgruppe for UV-desinfeksjon.
