UVC-mätare och UVC-radiometer för 200–280 nm

UVC-strålning desinficerar vatten, luft och ytor, driver fotokemiska processer och används inom forskningen för att inaktivera virus, bakterier och svampar. Om en UVC-källa uppnår önskad effekt och om personer i närheten är skyddade kan endast visas genom en kalibrerad mätning av irradiansen. UVC-mätare från Opsytec täcker spektralområdet från 200 till 280 nm och mäter irradians och – beroende på instrument – UVC-dos på lampor, lysdioder, kammare och anläggningar.

Fyra frågor avgör vilket instrument som passar: Vilket spektrum har källan? Vilken irradians förväntas vid mätpunkten? Hur ser mätgeometrin ut? Och krävs ett momentanvärde, en dos eller permanent övervakning?

Mätning av UVC-irradians och UVC-dos

Irradians är den strålningseffekt som träffar en yta, angiven i W/m², mW/cm² eller µW/cm²; 1 mW/cm² motsvarar 10 W/m². UVC-dos är tidsintegralen av irradiansen – för en konstant källa helt enkelt irradiansen multiplicerad med tiden – angiven i J/m² eller mJ/cm². Vid vattendesinfektion kallas den storhet som avser mediet för fluens. Det är dosen som är avgörande för att inaktivera mikroorganismer: vid 1 mW/cm² uppnås 10 mJ/cm² efter 10 sekunder.

Alla handhållna instrument bestämmer inte själva dosen. RM-12 visar den momentana irradiansen. RMD och RMD Pro samt RMD Touch integrerar irradiansen över tid och visar dosen direkt; RMD Pro och RMD Touch lagrar dessutom mätserier som CSV-filer. tinyTracker mäter dosen som en dosimeter med en höjd på endast 10 mm, som följer med produkten genom anläggningen.

UVC-mätning vid 254 nm

Lågtryckskvicksilverlampor avger merparten av sin UV-effekt i en enda linje vid 253,7 nm. Att mäta denna linje är den klassiska uppgiften inom UVC-radiometri: UVC-sensorn för 200–280 nm kalibreras mot en lågtryckslampa och mäter denna källa utan spektral korrektion. Alla studier som utvärderas här – från 0,065 mW/cm² bakom ett nästan helt täckt rör till 20 mW/cm² i en UVC-blixt – ligger inom mätområdet för en enda UVC-sensor på RMD.

Medeltryckslampor avger däremot ett brett spektrum med andelar i UVC, UVB och UVA; en sensor som är kalibrerad vid 254 nm visar här systematiskt fel. Hur 254 nm-linjen uppstår och vilka mätuppgifter som måste hållas isär i anläggningar förklaras i Mätning och övervakning av UVC-strålning vid 254 nm.

Mäta UVC-lysdioder korrekt

Beroende på halvledarmaterialet emitterar UVC-lysdioder vanligtvis mellan 265 och 280 nm, med en bandbredd på cirka 10 nm. En del av deras emission ligger därför precis vid filterkanten hos UVC-sensorn vid 280 nm. Med en lysdiod vid 275 nm skär sensorn av den långvågiga flanken; vid 280 nm ligger emissionstoppen på kanten. Även små förskjutningar av toppvåglängden – mellan LED-satser eller på grund av uppvärmning under drift – förändrar då mätvärdet mer än den faktiska strålningseffekten.

För UVC-lysdioder rekommenderar Opsytec därför en UVBB-sensor (230–400 nm), vars spektralområde täcker hela LED-emissionen, kalibrerad på en lysdiod med matchande toppvåglängd. För lågtryckslampor är UVC-sensorn fortfarande rätt val. Kalibreringslaboratoriet håller UV-lysdioder med olika våglängder som kalibreringskällor. Hur stort felet kan bli med en olämplig kalibrering visas i Spektral missanpassning för UV-sensorer.

Far-UVC vid 222 nm och VUV vid 172 nm

Kryptonkloridexcimerlampor (KrCl*) emitterar vid 222 nm inom far-UVC-området från 200 till 230 nm. Denna våglängd är germicid men tränger knappt in i huden – grunden för användning i rum där människor vistas, studerad av bland andra Buonanno et al. [2] och Welch et al. [3]. Ofiltrerade lampor har dessutom sekundära emissioner i det längrevågiga UVC-området, vilka är avgörande för säkerhetsbedömningen; far-UVC-armaturer för inomhusbruk har därför ett filter.

En UVC-sensor täcker spektralt 222 nm, men måste för denna lamptyp kalibreras mot en 222 nm-källa; en kalibrering vid 254 nm skulle systematiskt återge irradiansen från en KrCl-lampa felaktigt. Opsytecs kalibreringslaboratorium kalibrerar därför UVC-sensorer mot en 222 nm-excimerlampa. Endast en spektral mätning visar om filtret verkligen undertrycker de sekundära emissionerna. Uppmätta spektra för filtrerade och ofiltrerade KrCl-lampor finns i spektraldatabasen för UV-lampor.

Xenonexcimerlampor (Xe₂*) vid 172 nm strålar i vakuum-UV. Denna strålning absorberas av luft inom några få millimeter; UVC-sensorer med filter och diffusor registrerar den inte. För detta finns tinyTracker 172 nm, som mäter dosen i skyddsgas direkt vid substratet. Detaljer finns i Mätning av 172 nm VUV-strålning från xenonexcimerlampor.

UV-desinfektion av dricksvatten: DVGW-referensradiometer

I UV-system för desinfektion av dricksvatten enligt DIN 19294-1 och DVGW W 294-1 övervakar en fast installerad sensor irradiansen. En referensradiometer kontrollerar denna systemsensor med regelbundna intervall. Kraven på referensradiometern fastställs i DIN 19294-3 för lågtryckssystem och DIN 19294-4 för medeltryckssystem; i Österrike gäller ÖNORM M 5873-1.

DVGW-sensorn utvärderar inte strålningen över hela UVC-området utan smalbandigt från 240 till 290 nm kring linjen vid 253,7 nm. DIN 19294-3 föreskriver detta för att systemradiometrar från olika tillverkare ska ge jämförbara värden i samma anläggning. Sensorn mäter upp till 200 W/m², har en öppningsvinkel på 160° och används tillsammans med RMD Pro. För medeltryckssystem finns en separat referenssensor enligt DIN 19294-4. Alla data finns på sidan DVGW-referensradiometer.

Permanent övervakning av UVC-system

En handhållen mätare ger stickprovskontroller. Där ett system måste övervakas under drift mäter en fast installerad sensor kontinuerligt och skickar sin signal till styrsystemet:

• UVC-SE – tryckvattentät UVC-sensor (180–280 nm, upp till 1000 W/m²) med integrerad förstärkare för reaktorer och våtprocesser; utsignal 0–10 V, 4–20 mA eller 0–1 V.
• UVx-SE – vattentät sensor med G 3/4″-anslutning, även för medeltryckslampor och CIP-miljöer, upp till 200 mW/cm².
• PLC.D – digitala UV-sensorer med RS-485, RS-232 eller USB och kalibreringsstatus i dataprotokollet.
• PLC-sensorer med 4–20 mA, 0–10 V eller 0–2 V för styrsystem.

Den installerade sensorn jämförs med fasta intervall med en kalibrerad handhållen mätare i samma position, till exempel varje vecka med RMD Pro.

UVC-dekontaminering av rum och ytor

När rum och ytor desinficeras med mobila UVC-enheter beror dosen starkt på avstånd och orientering. Ytor i skugga eller långt från källan får många gånger mindre än ytor i fri sikt. I ett sjukhusrum använde Lindblad et al. en RM-22-radiometer, föregångaren till RMD, och mätte doser mellan 15,9 och 1068 mJ/cm² beroende på position, med ett medianvärde på 266 mJ/cm² [4]. Mätningar görs därför på de punkter som ska desinficeras – inte bara vid källan.

Malayeri et al. har sammanställt den dos som krävs för en viss log-reduktion av bakterier, virus, protozoer och alger [1]. Den nödvändiga exponeringstiden följer av den uppmätta irradiansen som dos dividerad med irradians. För skydd av personer vid UV-desinfektion, se Säkerhet vid UV-desinfektion.

[1] Malayeri, A. H. et al.: Fluens (UV-dos) som krävs för att uppnå stegvis log-inaktivering av bakterier, protozoer, virus och alger, IUVA.
[2] Buonanno, M. et al.: Germicid verkan och säkerhet för däggdjurshud vid 222 nm UV-ljus. Radiat. Res. 187 (2017) 483–491, doi:10.1667/RR0010CC.1
[3] Welch, D. et al.: Far-UVC-ljus: ett nytt verktyg för att kontrollera spridningen av luftburna mikrobiella sjukdomar. Sci. Rep. 8 (2018), doi:10.1038/s41598-018-21058-w
[4] Lindblad, M. et al.: Ultraviolett C-dekontaminering av ett sjukhusrum: mängden UV-ljus som behövs. Burns 46 (2020) 842–849, doi:10.1016/j.burns.2019.10.004

Där UVC har mätts – irradiansnivåer från studier

Hur mycket UVC når fram dit där desinfektionen sker? I studier som använt mätinstrument och bestrålningskammare från Opsytec sträcker sig spannet från 0,065 mW/cm² bakom ett nästan helt övertäckt rör till 20 mW/cm² i en UVC-blixt – mer än trehundra gånger så mycket. De flesta mätpunkterna ligger mellan 0,3 och 15 mW/cm². Avstånd, antalet lampor och om strålningen träffar direkt eller i skugga gör skillnaden. Därför mäter man där effekten ska uppstå.

I den nedre delen av spannet visar ett instrument med en upplösning på 0,01 mW/cm² bara en eller två siffror; RMD löser upp 0,001 µW/cm².

Kalibrerade UVC-sensorer från det ackrediterade laboratoriet

Kvaliteten på en UVC-mätning beror på sensorns kalibrering – och på om kalibreringskällan motsvarar det spektrum som mäts. Alla radiometrar och sensorer levereras kalibrerade med metrologisk spårbarhet till nationella normaler. Opsytecs kalibreringslaboratorium är ackrediterat av DAkkS enligt DIN EN ISO/IEC 17025 och kalibrerar sensorer från 200 till 1000 nm vid irradianser från 0,2 µW/cm² till över 10 W/cm². Den typiska kalibreringsosäkerheten för UVC-sensorerna är 4,5–6,0 % (k = 2); vid användning tillkommer spektral felanpassning, temperatur, åldring och geometri (Mätosäkerhet vid UV-mätning).

Förutom standardsensorerna finns lösningar för speciella mätuppgifter: XT-sensorer för mycket hög irradians, UV-prober för svåråtkomliga mätpunkter och kundanpassade konstruktioner för dina egna geometrier. UV-sensorsökaren föreslår rätt sensor utifrån tillämpning och våglängd.

Kan jag även mäta UVC-lysdioder med en UVC-mätare?
Ja, men inte lika bra med varje sensor. Emissionen från UVC-lysdioder vid 265–280 nm sträcker sig till UVC-sensorns filterkant vid 280 nm; små förskjutningar av toppvåglängden förvränger då mätvärdet. För UVC-lysdioder rekommenderar Opsytec en UVBB-sensor (230–400 nm), kalibrerad på en lysdiod med matchande våglängd. För lågtryckskvicksilverlampor vid 254 nm är UVC-sensorn rätt val.

Vilken UVC-mätare mäter UVC-dosen?
RMD, RMD Pro och RMD Touch visar dosen i J/m² vid sidan av irradiansen; RMD Pro och RMD Touch sparar dessutom mätserier som CSV-filer. tinyTracker mäter dosen som en platt dosimeter på väg genom anläggningen. RM-12 visar endast den momentana irradiansen – dosen är då irradiansen multiplicerad med tiden.

Kan RMD mäta mycket låg UVC-irradians, till exempel 0,2 µW/cm²?
Ja. Med UVC-sensorn för arbetarskydd (mätområde 0–10 mW/cm²) detekterar RMD tillförlitligt irradians från cirka 0,05 µW/cm², till exempel spridd strålning på arbetsplatsen. För sådana mätningar rekommenderar vi en medelvärdestid på 2 s, en offsetjustering och ett stativ.

Vilket UVC-värde är relevant för arbetarskyddet?
Exponeringsgränsvärdet för artificiell optisk strålning är en effektiv dos på 30 J/m² per dag, viktad med verkningsspektrumet S(λ). Eftersom UVC viktas särskilt tungt i detta område närmar sig även mycket låga irradiansnivåer gränsvärdet under en arbetsdag. Därför finns en särskild, mycket känslig UVC-sensor med 0–10 mW/cm² för RMD, för att kunna påvisa arbetarskyddet. Bedömning och åtgärder: Säkerhet vid UV-desinfektion.

Är RMD lämplig för desinfektionstransportörer och kontinuerliga anläggningar?
RMD Pro registrerar mätvärden och är därför i princip lämplig för transportbandstillämpningar. På grund av sin låga höjd passar dock tinyTracker, curelog eller den spektralt mätande UVpad oftast bättre, eftersom de färdas genom anläggningen tillsammans med produkten.

mW/cm² eller W/m² – vilken enhet är rätt?
Båda. 1 mW/cm² motsvarar 10 W/m², 1 mJ/cm² motsvarar 10 J/m². Studier om desinfektion använder vanligtvis mW/cm² och mJ/cm², standarder för vattendesinfektion W/m² och J/m². Radiometrikalkylatorn omvandlar enheterna.

Hur skiljer sig en UVC-radiometer från en enkel UV-mätare?
Många enkla UV-mätare är avsedda för UVA eller UV-index och detekterar inte UVC alls eller bara onoggrant. En UVC-radiometer behöver en sensor med spektralområdet 200–280 nm, cosinuskorrigering för snett infallande strålning och en kalibrering på en källa med matchande spektrum – dokumenterad genom ett kalibreringscertifikat.

Hur ofta måste en UVC-mätare kalibreras?
Det finns inget allmänt föreskrivet intervall. Tolv månader är en praktisk utgångspunkt för många UV-mätare, som bekräftas eller justeras utifrån din egen mäthistorik. Frekvent användning, höga doser, värme och nedsmutsning talar för ett kortare intervall. Mer om detta under Kalibreringsintervall för UV-mätinstrument.