Våglängd är det första man frågar om en UV-tillämpning – och det första stället missförstånd uppstår. 254 nm och 265 nm ligger elva nanometer ifrån varandra och kommer från helt olika källor; 395 nm och 405 nm skiljer sig med ännu mindre, och ändå faller den ena inom UVA-området och den andra redan inom det synliga. Detta verktyg placerar valfri våglängd mellan 150 och 800 nm och ger de storheter som förekommer i datablad och standarder.
Den andra delen ställer de vanliga våglängderna sida vid sida. Den intressanta kolumnen där är fotoner per joule: den förklarar varför en processfrisättning inte helt enkelt kan överföras från en våglängd till en annan. En fotokemisk reaktion svarar på absorberade fotoner, inte på joule – och vid samma dos ger 405 nm cirka 60 procent fler fotoner än 254 nm.
Vilken våglängd som är den rätta avgörs i slutänden av ämnets absorptionsspektrum, inte enbart av fotonantalet. Och hur mycket irradians som faktiskt når fram avgörs av mätningen. Opsytec Dr. Gröbel utvecklar, tillverkar och kalibrerar de nödvändiga sensorerna, radiometrarna och spektroradiometrarna i sitt eget ackrediterade laboratorium.
Omvandlingarna mellan våglängd, frekvens, vågtal och fotonenergi gäller i vakuum; i ett medium med brytningsindex n ändras våglängd och utbredningshastighet medan frekvens och fotonenergi inte gör det. Spektralområdena följer CIE S 017 (ILV); den tidigare använda DIN 5031-7 har dragits tillbaka. De nämnda källorna och tillämpningarna är typiska exempel, inte en fullständig lista; de ersätter varken en systemdesign eller en riskbedömning. Det som räknas är mätningen med kalibrerade instrument.
Grunder
Våglängd, frekvens, vågtal och fotonenergi beskriver samma strålning från fyra synvinklar och omvandlas till varandra utan ytterligare information. Sambanden är ν = c / λ, σ = 1 / λ och E = h · c / λ; med våglängden i nanometer förenklas det sista till E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. Vågtal i cm⁻¹ är vanligt inom spektroskopi eftersom det är direkt proportionellt mot energin — till skillnad från våglängden. Molär fotonenergi i kJ/mol relaterar slutligen strålningen till reaktionsentalpier och anger om den överhuvudtaget kan bryta en given bindning.
Enligt DIN 5031-7 sträcker sig UVC från 100 till 280 nm, UVB från 280 till 315 nm och UVA från 315 till 400 nm.
| Område | Våglängd | Typiska källor |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | xenon-excimer 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | lågtryckskvicksilver 254 nm, KrCl 222 nm, UVC-LED 265 och 280 nm |
| UVB | 280–315 nm | XeCl-excimer 308 nm, UVB-fluorescerande lampor 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | UVA-fluorescerande lampor 340 nm, UVA-LED 365 till 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | violetta och blå LED från 405 nm |
Mellan 380 och 400 nm överlappar UVA och det synliga området – standarden tillskriver detta avsnitt båda områdena. Strålning där är märkbar som en svag violett nyans och bedöms fortfarande som UVA. Det är därför en 405 nm-källa kallas antingen en UV-källa eller en ljuskälla beroende på perspektiv.
En dos är en energi per ytenhet. Dividerar man den med energin hos en enskild foton får man antalet fotoner per ytenhet — och det är det som fotokemi och fotobiologi svarar på. Eftersom fotonenergin sjunker när våglängden ökar innehåller samma dos fler fotoner vid längre våglängder. Vid 254 nm finns det omkring 1,28 · 10¹⁸ fotoner per joule, vid 405 nm omkring 2,04 · 10¹⁸. Den som konverterar ett system från en kvicksilverlampa till UVA-LED ändrar inte bara spektrumet utan även förhållandet mellan energi och fotoner.
Våglängden ensam säger ingenting om huruvida en tillämpning kommer att fungera. Det som spelar roll är om substansen absorberar vid den våglängden: en fotoinitiator som absorberar i UVA reagerar på 365 nm och förblir i stort sett opåverkad vid 254 nm, trots att de enskilda fotonerna där bär mer energi. Placeringen av en våglängd ersätter heller inte säkerhetsbedömningen — risken beror på aktionsspektrumet, inte på namnet på intervallet.
Vanliga frågor
Enligt DIN 5031-7: UVC från 100 till 280 nm, UVB från 280 till 315 nm, UVA från 315 till 400 nm. Det synliga området börjar redan vid 380 nm och överlappar därmed den övre delen av UVA. Andra regelverk lägger gränsen mellan UVA och synligt ljus vid 400 nm — i gränsfall är det värt att kontrollera vilken standard som tillämpas. Mer under spektrala områden och standarder.
Genom E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. 254 nm ger 4,88 eV, 365 nm 3,40 eV, 405 nm 3,06 eV. Talet är produkten av Plancks konstant och ljusets hastighet, dividerat med elementarladdningen.
Vågtal σ = 1/λ, angivet i cm⁻¹, är direkt proportionellt mot energi. Inom spektroskopi anges avståndet mellan band därför i vågtal snarare än i nanometer: ett gap på 4670 cm⁻¹ innebär samma energiskillnad överallt, ett gap på 75 nm gör det inte.
254 nm är resonanslinjen för lågtryckskvicksilverlampan – en mycket smal linje från en mycket effektiv källa. 265 nm ligger närmare absorptionsmaximumet för DNA och genereras av UVC-lysdioder, som vanligtvis har en bandbredd på 10 till 12 nm. Att uppnå samma germicida effekt kräver därför olika doser; omräkning mellan dem kräver aktionsspektrumet.
Inte utan testning. Fotoinitiatorn måste absorbera vid den nya våglängden, och antalet fotoner per joule ändras med den. I praktiken måste processfrisläppandet upprepas, med en dosmätning på arbetsstyckets plats. Beräkningen finns i UV-doskalkylatorn.
Under 200 nm en VUV-sensor med kvävespolning; i UVC en spektralt viktad sensor — DVGW-kompatibel för desinfektionssystem; i UVA en UVA-sensor eller en radiometer med matchande huvud; i det synliga en fotometer eller en spektroradiometer. Utforskaren anger den matchande lösningen för varje våglängd; storheterna bakom den förklaras under radiometriska storheter.
Författare: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia är verkställande direktör för Opsytec Dr. Gröbel GmbH i Ettlingen och leder det ackrediterade kalibreringslaboratoriet. Efter sin forskning om pulsade xenon-excimerurladdningar vid Institute of Lighting Technology vid KIT ligger hans nuvarande fokus på mätteknik för optisk strålning. Han är vice ordförande för DIN-standardiseringskommittén FNL 7 "Optical Radiation" och medlem i DVGW:s projektgrupp för UV-desinfektion.
