Pomiary UV-C w zastosowaniach przy dezynfekcji powierzchni, powietrza i wody

| Technika

Skuteczność promienników UV w procesie dezynfekcji jest zależna od dawki promieniowania z określonego zakresu długości fali. Lampy UV do celów dezynfekcji są powszechnie stosowane od kilkudziesięciu lat. Głównym źródłem promieniowania w konwencjonalnych systemach są niskoprężne i średnioprężne wyładowcze lampy rtęciowe. Technologia ta wymaga skomplikowanych układów zasilania umożliwiających zapłon i stabilizację wyładowania. Obecnie wiele firm pracuje również nad upowszechnieniem aplikacji do dezynfekcji wody, powietrza oraz powierzchni z wykorzystaniem promieniowania UV-C uzyskanego z UV LED.

Pomiary UV-C w zastosowaniach przy dezynfekcji powierzchni, powietrza i wody

Pracując nad nowymi projektami w zakresie pasma UV-C (między 200 a 280 nm), należy szczególnie zadbać o ocenę nie tylko samych źródeł promieniowania, ale także całych układów optycznych, ponieważ właściwości materiałów stosowanych w zwykłych lampach niekoniecznie sprawdzają się w tym nietypowym zastosowaniu. W takich wymagających zastosowaniach szczególnie istotna jest dokładność pomiarów zarówno natężenia napromienienia jak i długości fali dominującej. Umożliwi to precyzyjne zweryfikowanie mocy optycznej i długości fali dominującej oraz pozwoli na określenie niezbędnego czasu ekspozycji.

Jakie urządzenia pomiarowe należy wykorzystać?

W przypadku konwencjonalnych rtęciowych lamp wyładowczych emisja widmowa jest stała, ponieważ wynika ona z fizycznych właściwości oparów rtęci. Dlatego do pomiarów takich lamp stosowane są prostsze urządzenia pomiarowe, głównie radiometry zoptymalizowane do poszczególnych zakresów UV. Takie urządzenie zmierzy moc promienistą padającej na daną powierzchnię (W/m²), ale nie umożliwia pomiarów widma. Innymi słowy, takim miernikiem można zmierzyć, ile promieniowania pada na powierzchnię, ale nie daje się scharakteryzować samego źródła, bo charakterystyka czułości miernika w określonym zakresie jest niezmienna.

Warto zauważyć, że w przypadku układów UV LED występują różnice pomiędzy partiami produkcyjnymi tego samego źródła LED (tzw. bin-to-bin oraz batch-to-batch). Poza tym elementy wykorzystane w konstrukcji lampy oraz temperatura pracy LED wpływają na parametry optyczne całego układu. Dlatego poza pomiarem mocy istotna jest weryfikacja długości fali poprzez pomiar widmowy. Do tego typu pomiarów można wykorzystać skalibrowany spektroradiometr, który umożliwi pomiary natężenia napromienienia (mW/m²) oraz potwierdzi, czy nie nastąpiło przesunięcie w paśmie promieniowania, czyli rozkładu spektralnego.

Należy zwrócić uwagę, że dostępne na rynku spektrometry w większości przypadków są urządzeniami nieskalibrowanymi, przeznaczonymi do pomiarów porównawczych samego widma. Są odpowiednie do pomiarów widmowych w badaniach naukowych, ale nie mogą być wykorzystane do pomiarów radiometrycznych w pracach inżynierskich, gdzie istnieje potrzeba pomiarów bezwzględnych wartości. Tylko urządzenie, które zostało skalibrowane w zakresie długości fali, nieliniowości oraz światła rozproszonego, może zostać wywzorcowane do pomiaru widmowego natężenia napromienienia (W/m²/nm) lub mocy promienistej (całościowego strumienia, w watach). Pamiętajmy, że każde profesjonalne urządzenie pomiarowe dostarczane jest ze świadectwem wzorcowania zakładowego lub z zewnętrznego laboratorium wzorcującego.

Typowe wielkości pomiarowe

W zależności od etapu prac nad nowym projektem możemy mieć potrzebę zweryfikowania parametrów samego źródła UV LED, czyli pojedynczej diody lub modułu LED w połączeniu z soczewkami i pozostałymi elementami.

W przypadku pomiarów pojedynczych UV LED można wykorzystać małą kulę całkującą połączoną i skalibrowaną ze spektroradiometrem. W ten sposób pojedynczy pomiar pozwoli na zebranie danych o mocy promienistej, długości fali dominującej i rozkładu widmowego. Pomoże to ustalić sprawność układu i zoptymalizować parametry zasilania.

Do pomiarów natężenia na powierzchni należy wykorzystać sondę optyczną połączoną ze spektroradiometrem, wywzorcowaną do pomiarów natężenia napromienienia (mW/m²). W tym pomiarze również mamy możliwość weryfikacji długości fali i pełnego pomiaru rozkładu widmowego. Na podstawie tych danych, znając niezbędną ilość energii potrzebnej do unieszkodliwienia wirusów, będzie można obliczyć konieczny czas ekspozycji.

Charakterystyka rozsyłu źródeł LED znacząco różni się od tradycyjnie stosowanych lamp wyładowczych. Dlatego kolejnym bardzo przydatnym układem pomiarowym jest goniometr połączony ze spektroradiometrem. Taki zestaw umożliwia pomiar rozsyłu mocy promienistej (RID – Radiant Intensity Distribution). Dzięki takim pomiarom można stworzyć bryłę radiometryczną składającą się z cząstkowych wektorów promieniowania optycznego zmieniających się w zależności od kąta. Dane te umożliwiają precyzyjną weryfikację całego radiatora UV z wykorzystaniem UV LED.

Podsumowanie

W przypadku UV LED zależność parametrów optycznych od warunków zasilania i temperatury pracy znacząco wpływa na ich skuteczność w specjalistycznych zastosowaniach w dezynfekcji. Drobne przesunięcia długości fali mają decydujące znaczenie w skuteczności określonego oddziaływania w zakresie ultrafioletu (dezynfekcja, leczenie chorób skóry), natomiast stabilność pracy układu w czasie ma kluczowe znaczenie dla skutecznej walki z czynnikiem chorobotwórczym.

Decydując się na zakup sprzętu do pomiarów optycznych, elektrycznych i temperaturowych, zwróćmy uwagę na fakt, że ich cena wprost odzwierciedla jakość komponentów i podzespołów zastosowanych do produkcji tych urządzeń. Zwróćmy też uwagę na kwestie kalibracji i wzorcowania sprzętów pomiarowych. W specjalistycznych zastosowaniach jakość promienników UV-C ma bezpośrednie przełożenie na nasze bezpieczeństwo.

 

GL Optic Polska
tel. 61 819 40 03
https://gloptic.com/pl

Zobacz również

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie