O comprimento de onda é a primeira coisa perguntada sobre uma aplicação UV – e o primeiro lugar onde surgem os equívocos. 254 nm e 265 nm estão separados por onze nanômetros e vêm de fontes completamente diferentes; 395 nm e 405 nm estão separados por ainda menos, e ainda assim um está na faixa UVA e o outro já no visível. Este explorador situa qualquer comprimento de onda entre 150 e 800 nm e fornece as grandezas que aparecem em folhas de dados e normas.
A segunda parte coloca os comprimentos de onda comuns lado a lado. A coluna interessante ali é fótons por joule: ela explica por que um processo liberado não pode simplesmente ser transferido de um comprimento de onda para outro. Uma reação fotoquímica responde a fótons absorvidos, não a joules – e, para a mesma dose, 405 nm entrega cerca de 60% mais fótons do que 254 nm.
Qual comprimento de onda é o correto é decidido, em última análise, pelo espectro de absorção da substância, não apenas pela contagem de fótons. E quanta irradiância realmente chega é decidido pela medição. A Opsytec Dr. Gröbel GmbH desenvolve, fabrica e calibra os sensores, radiômetros e espectrorradiômetros necessários em seu próprio laboratório acreditado.
As conversões entre comprimento de onda, frequência, número de onda e energia do fóton se aplicam no vácuo; em um meio com índice de refração n, o comprimento de onda e a velocidade de propagação mudam, enquanto a frequência e a energia do fóton não. As faixas espectrais seguem a CIE S 017 (ILV); a norma DIN 5031-7, usada anteriormente, foi retirada. As fontes e aplicações mencionadas são exemplos típicos, não uma lista exaustiva; elas não substituem um projeto de sistema nem uma avaliação de risco. O que conta é a medição com instrumentos calibrados.
Fundamentos
Comprimento de onda, frequência, número de onda e energia do fóton descrevem a mesma radiação a partir de quatro pontos de vista e se convertem uns nos outros sem nenhuma informação adicional. As relações são ν = c / λ, σ = 1 / λ e E = h · c / λ; com o comprimento de onda em nanômetros, a última se reduz a E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. O número de onda em cm⁻¹ é habitual em espectroscopia porque é diretamente proporcional à energia — diferentemente do comprimento de onda. A energia fotônica molar em kJ/mol, por fim, relaciona a radiação a entalpias de reação e indica se ela é capaz de romper uma determinada ligação.
Segundo a DIN 5031-7, o UVC vai de 100 a 280 nm, o UVB de 280 a 315 nm e o UVA de 315 a 400 nm.
| Intervalo | Comprimento de onda | Fontes típicas |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | excímero de xenônio 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | mercúrio de baixa pressão 254 nm, KrCl 222 nm, LEDs UVC 265 e 280 nm |
| UVB | 280–315 nm | excímero de XeCl 308 nm, lâmpadas fluorescentes UVB 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | lâmpadas fluorescentes UVA 340 nm, LEDs UVA de 365 a 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | LEDs violeta e azul a partir de 405 nm |
Entre 380 e 400 nm, o UVA e a faixa visível se sobrepõem — a norma atribui essa faixa a ambos. A radiação nessa região é perceptível como um violeta fraco e ainda é classificada como UVA. É por isso que uma fonte de 405 nm é chamada de fonte UV ou fonte de luz, dependendo do ponto de vista.
Uma dose é uma energia por unidade de área. Divida-a pela energia de um único fóton e você obtém o número de fótons por unidade de área — e é a isso que a fotoquímica e a fotobiologia respondem. Como a energia do fóton diminui à medida que o comprimento de onda aumenta, a mesma dose contém mais fótons em comprimentos de onda mais longos. Em 254 nm há cerca de 1,28 · 10¹⁸ fótons por joule, em 405 nm cerca de 2,04 · 10¹⁸. Quem converte um sistema de uma lâmpada de mercúrio para LEDs UVA altera não apenas o espectro, mas também a relação entre energia e fótons.
O comprimento de onda isolado não diz nada sobre se uma aplicação vai funcionar. O que importa é se a substância absorve naquele comprimento de onda: um fotoiniciador que absorve na UVA responde a 365 nm e permanece praticamente inalterado a 254 nm, mesmo que os fótons individuais ali carreguem mais energia. Tampouco indicar um comprimento de onda substitui a avaliação de segurança — o risco depende do espectro de ação, não do nome da faixa.
Perguntas frequentes
Segundo a DIN 5031-7: UVC de 100 a 280 nm, UVB de 280 a 315 nm, UVA de 315 a 400 nm. A faixa visível já começa em 380 nm e, portanto, se sobrepõe à parte superior do UVA. Outros conjuntos de normas colocam o limite entre UVA e visível em 400 nm — em casos limítrofes, vale a pena verificar qual norma está sendo aplicada. Mais em faixas espectrais e normas.
Por meio de E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. 254 nm resulta em 4,88 eV, 365 nm em 3,40 eV, 405 nm em 3,06 eV. O número é o produto da constante de Planck e da velocidade da luz, dividido pela carga elementar.
O número de onda σ = 1/λ, dado em cm⁻¹, é diretamente proporcional à energia. Por isso, em espectroscopia, a distância entre bandas é indicada em números de onda em vez de nanômetros: uma diferença de 4670 cm⁻¹ representa a mesma diferença de energia em qualquer ponto, o que não ocorre com uma diferença de 75 nm.
254 nm é a linha de ressonância da lâmpada de mercúrio de baixa pressão — uma linha muito estreita proveniente de uma fonte muito eficiente. 265 nm está mais próximo do máximo de absorção do DNA e é produzido por LEDs UVC, que normalmente têm uma largura de banda de 10 a 12 nm. Alcançar o mesmo efeito germicida requer, portanto, doses diferentes; a conversão entre elas exige o espectro de ação.
Não sem testes. O fotoiniciador precisa absorver no novo comprimento de onda, e o número de fótons por joule muda junto com ele. Na prática, a liberação do processo precisa ser repetida, com uma medição de dose no local da peça de trabalho. O cálculo está na calculadora de dose UV.
Abaixo de 200 nm um sensor VUV com purga de nitrogênio; na UVC um sensor com ponderação espectral — em conformidade com DVGW para sistemas de desinfecção; na UVA um sensor UVA ou um radiômetro com o cabeçote correspondente; no visível um fotômetro ou um espectrorradiômetro. O explorer indica a solução correspondente para cada comprimento de onda; as grandezas por trás dela são explicadas em grandezas radiométricas.
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia é o diretor administrativo da Opsytec Dr. Gröbel GmbH em Ettlingen e chefia o laboratório de calibração acreditado. Após sua pesquisa sobre descargas de excímero de xenônio pulsado no Instituto de Tecnologia de Iluminação do KIT, seu foco atual está na tecnologia de medição de radiação óptica. Ele é vice-presidente do Comitê de Normas DIN FNL 7 "Radiação Óptica" e membro do Grupo de Projeto DVGW sobre Desinfecção UV.
