Medidor UVC e radiômetro UVC para 200 a 280 nm

A radiação UVC desinfeta água, ar e superfícies, impulsiona processos fotoquímicos e é utilizada em pesquisa para inativar vírus, bactérias e fungos. Se uma fonte UVC atinge o efeito exigido e se as pessoas nas proximidades estão protegidas só pode ser comprovado por uma medição calibrada da irradiância. Os medidores UVC da Opsytec abrangem a faixa espectral de 200 a 280 nm e medem a irradiância e – dependendo do instrumento – a dose UVC em lâmpadas, LEDs, câmaras e sistemas.

Quatro perguntas definem qual instrumento é adequado: qual é o espectro da fonte? Qual irradiância é esperada no ponto de medição? Como é a geometria de medição? E é necessário um valor instantâneo, uma dose ou um monitoramento permanente?

Medição da irradiância UVC e da dose UVC

A irradiância é a potência radiante incidente sobre uma superfície, expressa em W/m², mW/cm² ou µW/cm²; 1 mW/cm² equivale a 10 W/m². A dose UVC é a integral da irradiância no tempo – para uma fonte constante, simplesmente a irradiância multiplicada pelo tempo – expressa em J/m² ou mJ/cm². Na desinfecção de água, a grandeza referida ao meio é chamada de fluência. É a dose que conta para a inativação de microrganismos: a 1 mW/cm², 10 mJ/cm² são atingidos após 10 segundos.

Nem todo medidor portátil determina a dose por si só. O RM-12 mostra a irradiância instantânea. O RMD e o RMD Pro e o RMD Touch integram a irradiância ao longo do tempo e exibem a dose diretamente; o RMD Pro e o RMD Touch também armazenam séries de medição como arquivos CSV. O tinyTracker mede a dose como um dosímetro de apenas 10 mm de altura, que percorre o sistema junto com o produto.

Medição de UVC a 254 nm

As lâmpadas de mercúrio de baixa pressão emitem a maior parte de sua potência UV em uma única linha a 253,7 nm. Medir essa linha é a tarefa clássica da radiometria UVC: o sensor UVC para 200–280 nm é calibrado em uma lâmpada de baixa pressão e mede essa fonte sem correção espectral. Todos os estudos aqui avaliados – de 0,065 mW/cm² atrás de um tubo quase totalmente coberto até 20 mW/cm² em um flash UVC – situam-se dentro da faixa de medição de um único sensor UVC no RMD.

As lâmpadas de média pressão, por outro lado, emitem um espectro amplo com componentes em UVC, UVB e UVA; um sensor calibrado a 254 nm apresenta leituras sistematicamente incorretas nesse caso. Como a linha de 254 nm é produzida e quais tarefas de medição precisam ser diferenciadas nos sistemas é explicado em Medição e monitoramento da radiação UVC a 254 nm.

Medir LEDs UVC corretamente

Dependendo do material semicondutor, os LEDs UVC normalmente emitem entre 265 e 280 nm, com uma largura de banda de cerca de 10 nm. Parte de sua emissão situa-se, portanto, exatamente no limite do filtro do sensor UVC em 280 nm. Com um LED de 275 nm, o sensor corta o flanco de comprimento de onda mais longo; em 280 nm, o pico de emissão fica sobre esse limite. Assim, mesmo pequenos deslocamentos no comprimento de onda de pico – entre lotes de LEDs ou devido ao aquecimento durante a operação – alteram a leitura mais do que a própria potência radiante.

Para LEDs UVC, a Opsytec recomenda, portanto, um sensor UVBB (230 a 400 nm), cuja faixa espectral abrange toda a emissão do LED, calibrado com um LED de comprimento de onda de pico correspondente. Para lâmpadas de baixa pressão, o sensor UVC continua sendo a escolha certa. O laboratório de calibração mantém LEDs UV de diversos comprimentos de onda como fontes de calibração. O quanto o erro pode aumentar com uma calibração inadequada é mostrado em Descasamento espectral em sensores UV.

Far-UVC em 222 nm e VUV em 172 nm

As lâmpadas excimer de cloreto de criptônio (KrCl*) emitem em 222 nm na faixa do far-UVC, de 200 a 230 nm. Esse comprimento de onda é germicida, mas quase não penetra na pele – base para o uso em ambientes ocupados, estudado, entre outros, por Buonanno et al. [2] e Welch et al. [3]. Lâmpadas sem filtro apresentam também emissões secundárias no UVC de comprimento de onda mais longo, decisivas para a avaliação de segurança; por isso, as luminárias far-UVC para uso interno possuem um filtro.

Um sensor UVC cobre espectralmente 222 nm, mas, para esse tipo de lâmpada, precisa ser calibrado em uma fonte de 222 nm; uma calibração em 254 nm representaria de forma sistematicamente incorreta a irradiância de uma lâmpada de KrCl. Por isso, o laboratório de calibração da Opsytec calibra sensores UVC em uma lâmpada excimer de 222 nm. Somente uma medição espectral mostra se o filtro realmente suprime as emissões secundárias. Espectros medidos de lâmpadas de KrCl com e sem filtro estão disponíveis no banco de dados espectral de lâmpadas UV.

As lâmpadas excimer de xenônio (Xe₂*) em 172 nm irradiam no UV de vácuo. Essa radiação é absorvida pelo ar em poucos milímetros; sensores UVC com filtro e difusor não a detectam. Para isso existe o tinyTracker 172 nm, que mede a dose em gás inerte diretamente no substrato. Detalhes são apresentados em Medição da radiação VUV de 172 nm de lâmpadas excimer de xenônio.

Desinfecção UV de água potável: radiômetro de referência DVGW

Em sistemas UV para desinfecção de água potável conforme DIN 19294-1 e DVGW W 294-1, um sensor instalado permanentemente monitora a irradiância. Um radiômetro de referência verifica esse sensor do sistema em intervalos regulares. Os requisitos para o radiômetro de referência são definidos pela DIN 19294-3 para sistemas de baixa pressão e pela DIN 19294-4 para sistemas de média pressão; na Áustria aplica-se a ÖNORM M 5873-1.

O sensor DVGW não avalia a radiação em toda a faixa UVC, mas sim em banda estreita, de 240 a 290 nm, em torno da linha em 253,7 nm. A DIN 19294-3 prescreve isso para que radiômetros de sistema de diferentes fabricantes forneçam valores comparáveis na mesma instalação. O sensor mede até 200 W/m², possui um ângulo de aceitação de 160° e é operado no RMD Pro. Para sistemas de média pressão existe um sensor de referência separado conforme a DIN 19294-4. Todos os dados estão indicados na página Radiômetro de referência DVGW.

Monitoramento permanente de sistemas UVC

Um medidor portátil permite verificações pontuais. Quando um sistema precisa ser monitorado durante a operação, um sensor instalado de forma permanente mede continuamente e transmite seu sinal ao sistema de controle:

• UVC-SE – sensor UVC resistente à água sob pressão (de 180 a 280 nm, até 1000 W/m²) com amplificador integrado para reatores e processos úmidos; saída de 0 a 10 V, de 4 a 20 mA ou de 0 a 1 V.
• UVx-SE – sensor à prova d'água com conexão G 3/4″, também para lâmpadas de média pressão e ambientes CIP, até 200 mW/cm².
• PLC.D – sensores UV digitais com RS-485, RS-232 ou USB e status de calibração no protocolo de dados.
• Sensores PLC com de 4 a 20 mA, de 0 a 10 V ou de 0 a 2 V para sistemas de controle.

O sensor instalado é comparado em intervalos fixos com um medidor portátil calibrado na mesma posição, por exemplo semanalmente com o RMD Pro.

Descontaminação UVC de ambientes e superfícies

Quando ambientes e superfícies são desinfetados com dispositivos UVC móveis, a dose depende fortemente da distância e da orientação. Superfícies sombreadas ou distantes da fonte recebem muitas vezes menos do que superfícies na linha de visada. Em um quarto hospitalar, Lindblad et al. utilizaram um radiômetro RM-22, o antecessor do RMD, e mediram doses entre 15,9 e 1.068 mJ/cm² dependendo da posição, com mediana de 266 mJ/cm² [4]. Por isso, as medições são realizadas nos pontos que devem ser desinfetados – e não apenas na fonte.

Malayeri et al. compilaram a dose necessária para uma determinada redução logarítmica de bactérias, vírus, protozoários e algas [1]. O tempo de exposição necessário resulta da irradiância medida, como a dose dividida pela irradiância. Para a proteção de pessoas durante a desinfecção UV, consulte Segurança da desinfecção UV.

[1] Malayeri, A. H. et al.: Fluência (dose UV) necessária para alcançar a inativação logarítmica incremental de bactérias, protozoários, vírus e algas, IUVA.
[2] Buonanno, M. et al.: Eficácia germicida e segurança para a pele de mamíferos da luz UV de 222 nm. Radiat. Res. 187 (2017) 483–491, doi:10.1667/RR0010CC.1
[3] Welch, D. et al.: Luz Far-UVC: uma nova ferramenta para controlar a disseminação de doenças microbianas transmitidas pelo ar. Sci. Rep. 8 (2018), doi:10.1038/s41598-018-21058-w
[4] Lindblad, M. et al.: Descontaminação por ultravioleta C de um quarto hospitalar: quantidade de luz UV necessária. Burns 46 (2020) 842–849, doi:10.1016/j.burns.2019.10.004

Onde a UVC foi medida – níveis de irradiância em estudos

Quanta UVC chega ao local onde ocorre a desinfecção? Em estudos realizados com medidores e câmaras de irradiação da Opsytec, a faixa vai de 0,065 mW/cm² atrás de um tubo quase totalmente coberto até 20 mW/cm² em um flash UVC – mais de trezentas vezes mais. A maioria dos pontos de medição situa-se entre 0,3 e 15 mW/cm². A distância, o número de lâmpadas e o fato de a radiação chegar diretamente ou em sombra fazem a diferença. Por isso, as medições são feitas onde o efeito deve ocorrer.

No limite inferior, um instrumento com resolução de 0,01 mW/cm² exibe apenas um ou dois dígitos; o RMD resolve 0,001 µW/cm².

Sensores UVC calibrados pelo laboratório acreditado

A qualidade de uma medição UVC depende da calibração do sensor – e de a fonte de calibração corresponder ao espectro medido. Todos os radiômetros e sensores são fornecidos calibrados, com rastreabilidade metrológica a padrões nacionais. O laboratório de calibração da Opsytec é acreditado pelo DAkkS conforme a DIN EN ISO/IEC 17025 e calibra sensores de 200 a 1.000 nm com irradiâncias de 0,2 µW/cm² a mais de 10 W/cm². A incerteza de calibração típica dos sensores UVC é de 4,5 % a 6,0 % (k = 2); no uso, somam-se a isso o descasamento espectral, a temperatura, o envelhecimento e a geometria (Incerteza de medição na medição UV).

Além dos sensores padrão, existem soluções para tarefas de medição especiais: sensores XT para irradiância muito alta, sondas UV para pontos de medição de difícil acesso e projetos personalizados para as suas próprias geometrias. O localizador de sensores UV sugere o sensor adequado por aplicação e comprimento de onda.

Também posso medir LEDs UVC com um medidor UVC?
Sim, mas não igualmente bem com todos os sensores. A emissão de LEDs UVC de 265 a 280 nm se estende até a borda do filtro do sensor UVC, em 280 nm; pequenos deslocamentos no comprimento de onda de pico distorcem então a leitura. Para LEDs UVC, a Opsytec recomenda um sensor UVBB (de 230 a 400 nm), calibrado em um LED com comprimento de onda correspondente. Para lâmpadas de mercúrio de baixa pressão em 254 nm, o sensor UVC é a escolha correta.

Qual medidor UVC mede a dose UVC?
RMD, RMD Pro e RMD Touch exibem a dose em J/m² junto com a irradiância; RMD Pro e RMD Touch também armazenam séries de medição como arquivos CSV. O tinyTracker mede a dose como um dosímetro plano que atravessa o sistema. O RM-12 mostra apenas a irradiância instantânea – a dose é então a irradiância multiplicada pelo tempo.

O RMD consegue medir irradiâncias UVC muito baixas, como 0,2 µW/cm²?
Sim. Com o sensor UVC para segurança do trabalho (faixa de medição de 0 a 10 mW/cm²), o RMD detecta de forma confiável irradiâncias a partir de cerca de 0,05 µW/cm², por exemplo radiação dispersa no local de trabalho. Para essas medições, recomendamos um tempo de média de 2 s, um ajuste de offset e um tripé.

Qual valor de UVC é relevante para a segurança do trabalho?
O limite de exposição para radiação óptica artificial é uma dose efetiva de 30 J/m² por dia, ponderada com o espectro de ação S(λ). Como o UVC é ponderado de forma particularmente intensa nessa faixa, mesmo irradiâncias muito baixas se aproximam do limite ao longo de uma jornada de trabalho. Por isso existe um sensor UVC dedicado e de alta sensibilidade, de 0 a 10 mW/cm², para o RMD, destinado a comprovar a segurança do trabalho. Avaliação e medidas: Segurança da desinfecção UV.

O RMD é adequado para esteiras de desinfecção e sistemas contínuos?
O RMD Pro registra as leituras e, portanto, é em princípio adequado para aplicações em esteiras transportadoras. Devido à sua baixa altura, no entanto, o tinyTracker, o curelog ou o UVpad, que mede espectralmente, geralmente se adaptam melhor, pois percorrem o sistema junto com o produto.

mW/cm² ou W/m² – qual unidade é a correta?
Ambas. 1 mW/cm² equivale a 10 W/m², 1 mJ/cm² equivale a 10 J/m². Os estudos sobre desinfecção normalmente usam mW/cm² e mJ/cm²; as normas para desinfecção de água, W/m² e J/m². A calculadora de radiometria converte as unidades.

Em que um radiômetro UVC se diferencia de um medidor UV simples?
Muitos medidores UV simples são projetados para UVA ou para o índice UV e não detectam o UVC, ou o fazem apenas de forma imprecisa. Um radiômetro UVC precisa de um sensor com faixa espectral de 200 a 280 nm, correção de cosseno para radiação incidente obliquamente e uma calibração em uma fonte com espectro correspondente – documentada por um certificado de calibração.

Com que frequência um medidor UVC precisa ser calibrado?
Não há um intervalo prescrito de forma geral. Doze meses é um ponto de partida prático para muitos medidores UV, a ser confirmado ou ajustado com base no próprio histórico de medições. Uso frequente, doses elevadas, calor e contaminação são argumentos a favor de um intervalo mais curto. Mais sobre isso em Intervalo de calibração para dispositivos de medição UV.