UV spektroradyometreleri ve optik spektrometreler

UV spektroradyometreleri ve optik spektrometreler, ışımayı dalga boyuna göre ayrıştırarak ölçer. Bu sayede bir UV kaynağının spektral dağılımı, tepe konumu, bant genişliği ve spektral değişimleri değerlendirilebilir. Mutlak irradyans (ışınım yoğunluğu) için ayrıca tüm ölçüm zincirinin radyometrik kalibrasyonu gereklidir. Seçim, her şeyden önce dalga boyu aralığı, spektral çözünürlük, dinamik aralık, saçılan ışık davranışı ve ölçüm geometrisi tarafından belirlenir.

Ürün yelpazesi, araştırma, geliştirme ve kalite güvence için taşınabilir UV spektroradyometreleri UVpad ve UVpad E ile dizi (array) spektrometre SR900'ü kapsar. Spektroradyometre yazımı ve genel terim olan spektral ölçüm cihazı da yaygındır – aynı cihaz kastedilmektedir.

Üçü de mutlak olarak kalibre edilmiştir; kalibrasyon, ISO 17025'e göre akredite laboratuvarımızda gerçekleştirilir ve PTB'ye metrolojik olarak izlenebilirdir. İlgili büyüklükler ve birimler radyometrik büyüklükler altında, aralık sınırları ise spektral aralıklar ve standartlar altında açıklanmıştır.

Her iki terim de aynı optik tasarımı, ancak iki farklı ölçüm görevini tanımlar. Fark optikte değil, kalibrasyonda ve giriş geometrisindedir: bir spektrometre ışığı ayrıştırır ve göreli bir eğri verir. Bir spektroradyometre ise mutlak olarak kalibre edilmiş bir spektrometredir – W/(m²·nm) cinsinden spektral irradyans (spektral ışınım yoğunluğu) ve buradan mW/cm², lüks veya PPFD değerlerini sunar.

Bir irradyans (ışınım yoğunluğu) veya doz değerine ihtiyaç duyan herkes bir spektroradyometreye ihtiyaç duyar; diğer her şey göreli ölçüm yapar. Bu kategorideki her cihaz bir spektroradyometredir. Süreç içinde geçirgenlik ve UVT ölçümü için – radyometrik değil fotometrik bir görev – Opsytec, süreç fotometresi ZPM'yi sunar.

Bir spektrometre sayım (counts) verir – bunlar dedektöre, entegrasyon süresine, giriş yarığına ve ışık kılavuzuna bağlı olan sayılardır. Bu sayılar kaynağın nerede yayım yaptığını söyler, ne kadar yayım yaptığını değil. Yalnızca bir standarda karşı yapılan mutlak kalibrasyon her dalga boyuna fiziksel bir değer atar ve eğriyi bir ölçüme dönüştürür.

Bunun için üç şey gereklidir ve sıradan bir spektrometrede bunların hiçbiri yoktur:

• İzlenebilir bir kalibrasyon – kendisi de ulusal bir enstitüye dayanan bir standarda karşı; Opsytec'te bu PTB'dir. Bu olmadan değer karşılaştırılabilir olmaz; hatta geçen yılki kendi cihazınızla bile.
• Tanımlı bir giriş optiği. İrradyans (ışınım yoğunluğu), birim alan başına güçtür; bu nedenle cihazın bilinen bir alanı kosinüs doğrulukla ağırlıklandırarak toplaması gerekir. Difüzörsüz bir ışık kılavuzu bunu yapmaz.
• Saçılan ışık düzeltmesi. UV-C'de sinyal çoğu zaman görünür bölgeye kıyasla kat kat daha zayıftır. Düzeltme olmadan orada ölçtüğünüz şeyin büyük bölümü cihaz içinden gelen saçılan ışıktır.

Geniş bantlı bir radyometre daha hızlı ölçer, daha az maliyetlidir ve günlük kullanımda daha dayanıklıdır; ancak ışınımı kendi spektral duyarlılığıyla ağırlıklandırır ve yalnızca kaynak, kalibrasyon kaynağına benzediğinde doğru sonuç verir. Bilinen bir tesisin sürekli izlenmesi için doğru seçim olmayı sürdürür – proses ve doz kontrolleri için geniş bantlı radyometreler tam da bunun içindir.

Kaynak değiştiği, birden fazla dalga boyunun ayrı ayrı değerlendirilmesi gerektiği ya da bir etki spektrumunun uygulanması gerektiği anda spektrumdan kaçış yoktur. Her iki tasarımın hata kaynakları dahil olmak üzere ayrıntılı karşılaştırması spektroradyometrenin ne zaman gerekli olduğu başlığı altında gösterilmektedir.

Birinci soru: mutlak bir değere ihtiyacınız var mı? Yalnızca tepe konumu, FWHM veya iki partinin karşılaştırılması söz konusuysa, göreli bir ölçüm yeterlidir – bir spektrometre işi görür. mW/cm², lüks veya J/cm² cinsinden bir değerin çıkması gerektiği anda, mutlak kalibrasyonun başka bir alternatifi yoktur.

İkinci soru: hangi dalga boyu aralığı? 440 nm'ye kadar salt UV, 480 nm'ye kadar UV artı görünür bölgenin başlangıcı ya da 1.100 nm'ye kadar tüm optik spektrum – cihazı belirleyen budur.

Üçüncü soru: ölçüm nerede yapılıyor? Kapalı bir kabinden hiçbir kablo dışarı çıkmaz; orada cihazın özerk biçimde ölçüm yapıp kaydetmesi gerekir. Çalışma yerinde veya çalışan bir hat üzerinde kabloya bağlı bir sensör kafası doğru seçimdir. Optik tezgâhta ise önemli olan boyut değil, ölçüm aralığı ve çözünürlüktür.

Son satır bir çelişki değil, uygulamada en sık verilen yanıttır: bir kez spektral olarak ölçünüz, ardından geniş bantlı izleyiniz. Spektral ölçüm, geniş bantlı sensörün bu kaynakta ne kadar saptığını ortaya koyar; bundan sonra tekrarlanan kontroller için hızlı cihaz yeterlidir – kaynak aynı kaldığı sürece. Lambayı değiştirdiğinizde zincir yeniden başlar.

Bir spektrometre, ışığı dalga boylarına ayırır ve her birinin şiddetini ölçer. İlk olarak giriş optiği ışınlanır. Dispersif bir eleman – bir prizma veya bir kırınım ağı – dalga boylarını uzamsal olarak ayırır; ardından fotodiyotlar veya CCD dizileri bunları algılar. Elde edilen spektrum, bir lamba, bir LED veya bir numune hakkında çıkarım yapılmasına olanak tanır.

En yaygın tasarım Czerny-Turner spektrometresidir: iki ayna ve bir kırınım ağı, optik sapmalar küçük ve spektral çözünürlük yüksek kalacak şekilde düzenlenmiştir. Bu tasarım, mobil cihazlar ve küçük laboratuvar tezgâhları için yeterince kompakttır.

Üç tasarımı birbirinden ayırmak gerekir.

Dizi spektrometreler genellikle CCD veya CMOS olan bir dedektör sırası kullanır ve tüm spektrumu tek seferde yakalar. Bu, ölçümü hızlı kılar ve hareketli parça gerektirmez. Tüm Opsytec spektroradyometreleri bu şekilde çalışır.

Monokromatörler bir yarık ve döner bir kırınım ağına sahiptir ve her seferinde tek bir dalga boyunu geçirir. Çok hassas ve yüksek spektral saflıkta ölçüm yaparlar, ancak zamana ihtiyaç duyarlar – bir dalga boyunun ardından diğeri. Dalga boyu seçiminin belirleyici olduğu araştırma ve kalite kontrol için tipiktir.

Çift monokromatörler iki monokromatörü seri olarak yerleştirir. Bu, saçılan ışığı daha da azaltır ve çok zayıf sinyallerin güçlü sinyallerin yanında bulunduğu her yerde gereklidir – UV aralığında ve yüksek doğruluklu laboratuvar metrolojisinde.

Tek bir spektrum birden fazla büyüklük sağlar:

• Aydınlanma şiddeti – fotometrik olarak ağırlıklandırılmış ışık şiddeti
• Korele renk sıcaklığı (CCT) – ışığın ne kadar sıcak veya soğuk göründüğünü tanımlar
• Renksel geriverim indeksleri – bir kaynağın renkleri ne kadar doğru gösterdiği
• CIE renk koordinatları – standart renk uzayındaki renk konumu
• Spektral güç dağılımı – enerjinin spektrum boyunca nasıl dağıldığı
• Tepe ve baskın dalga boyu – en yüksek enerjinin ve görsel olarak baskın enerjinin bulunduğu yer

Geniş bantlı bir radyometre ise bunun yerine tek bir değer verir.

Bu büyüklüklerin tek tek ne anlama geldiği kolorimetrik büyüklükler başlığı altında açıklanmıştır; her optik büyüklüğün simgesi, birimi ve tanımı optik büyüklükler sözlüğünde yer alır.

Spektrometre kelimesi, ışık ölçümünün çok ötesine uzanır. Aynı aramada düzenli olarak karşımıza çıkan ve tamamen farklı şeyler ölçen üç cihaz tipi vardır:

Kütle spektrometreleri, iyonları kütle/yük oranlarına göre ayırır. En küçük madde miktarlarını tanımlar ve kimyasal analiz, biyokimya, çevre bilimi ile ilaç endüstrisinde kullanılır.

Atomik absorpsiyon spektrometreleri, buharlaştırılmış metal atomlarının ışığı nasıl absorbe ettiğini ölçer ve bundan çözelti içindeki metal konsantrasyonlarını belirler – başta ağır metaller olmak üzere çevre analizi, toksikoloji ve malzeme bilimi için.

Sıklıkla UV-Vis spektrometresi olarak adlandırılan spektrofotometreler, bir numunenin absorpsiyonunu veya geçirgenliğini ölçer ve bundan konsantrasyonları türetir. Klinik tanı, su analizi ve gıda denetiminde yaygın olarak kullanılır. Proseste geçirgenlik ve UVT için Opsytec, ZPM proses fotometresini sunar.

Buna karşılık bir spektroradyometre, spektral irradyansı (spektral ışınım yoğunluğunu) mutlak bir kalibrasyona göre ölçer. Giriş optiği bir difüzördür ve genellikle bir ışık kılavuzu üzerinden bağlanır – SR900 spektroradyometresinde olduğu gibi.

Bir spektrometreyi spektroradyometreden ayıran nedir?
Spektrometre bağıl değerler verir; spektroradyometre ise mutlak olarak kalibre edilmiştir ve spektral irradyans (spektral ışınım yoğunluğu) verir. Bu kategorideki her cihaz bir spektroradyometredir.

Hangi dalga boyu aralığına ve çözünürlüğe ihtiyacım var?
Aralık, emisyonu ve varsa ikincil bantları eksiksiz kapsamalıdır – yalnızca UV için 440 nm'ye kadar, UV artı görünür bölgenin başlangıcı için 480 nm'ye kadar veya tüm optik spektrum için 1.100 nm'ye kadar. Çözünürlük, birbirine yakın tepelerin ya da dar çizgilerin hâlâ ayrılıp ayrılmadığını belirler.

Dizi (array) spektrometrelerde hangi ölçüm hataları oluşur?
Her şeyden önce saçılan ışık: güçlü dalga boylarının bir kısmı ait olmadıkları yerde görünür. UV-C'de sinyal, görünür bölgeye kıyasla sıklıkla büyüklük mertebeleri kadar daha zayıftır – saçılan ışık düzeltmesi olmadan orada ölçülen şey esasen cihazın kendi saçılan ışığıdır. Buna karanlık akım, doğrusal olmama ve sıcaklık kayması da eklenir.

Bir spektrumdan hangi büyüklükler hesaplanabilir?
Spektral irradyans, integrasyon ve ağırlıklandırma yoluyla neredeyse her karakteristik değeri verir: spektral aralık başına irradyans, UV dozu, V(λ) üzerinden aydınlık düzeyi, PPFD ve IEC 62471'e göre olanlar gibi etki ağırlıklı değerler. Bu da süreç ve doz kontrolleri için geniş bantlı radyometrelere kıyasla tam olarak sağlanan avantajdır.

Doğru sensörü bulun: UV Sensör Bulucu, uygulamaya, dalga boyuna ve yapı biçimine göre en uygun üç UV sensörünü ve ölçüm cihazını; temel değerleri, sistem partneri ve gerekçeleriyle birlikte önerir.