Upload
kanadio488
View
215
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
UV Strahlung
Citation preview
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 1
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12. UV-StrahlungsquellenInhalt
12.1 Einteilung der UV-Strahlung12.2 Photochemische Anwendungen12.3 Biochemische Anwendungen12.4 Natrliche UV-Strahlungsquellen12.5 Knstliche UV-Strahlungsquellen12.6 UV-Leuchtstoffe12.7 Brunungslampen12.8 Psoriasislampen12.9 Strahlungsquellen fr Desinfektionszwecke12.10 Strahlungsquellen fr Wasserreinigungszwecke
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 2
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
100 nm 200 nm 280 nm 320 nm 400 nm
UV-B UV-AUV-CVUV
12.5 - 6.9 eV 6.2 4.5 eV 4.5 - 3.9 eV 3.9 3.1 eV
Spaltung von H2O und O2 in Radikale
Ozonbildung
Spaltung von C-C, C-H, C-O Bindungen
Anregung von C=C BindungenAnregung der NukleobasenSpaltung von O3, ClO2und H2O2
Vitamin D BildungTranskription von ReparaturenzymenBildung von Melanosomen in der Haut
Photokatalytische ReaktionenOxidation von Melanin in der HautZersetzung organischer PigmenteAktivierung photokata-lytischer Pigmente
WaverreinigungPhotochemie
Desinfektion von Luft, H2O und OberflchenPhotochemie
Behandlung von Haut-krankheiten (Psoriasis)BrunungPhotochemie
Wasser- und Luftreinigung mittels TiO2 PhotokatalysatorBrunungPhotochemie
12.1 Einteilung der UV-Strahlung
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 3
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Chemische Bindung und Photonenenergie
Energie von chemischen Bindungen~ 10 1000 kJ/mol
Energie von optischer Strahlung
600 300 150
200 400 800
Ultraviolett Sichtbar Nah Infrarot
(V)UV - VIS Strahlung kann also chemische Bindungen spalten
E-E 100 500 kJ/mol F-F 159 kJ/molC-C 348 kJ/mol
E=E 400 700 kJ/mol O=O 498 kJ/molC=C 648 kJ/mol
EE 800 1100 kJ/mol NN 946 kJ/molCC 839 kJ/mol
H-Brcken 10 - 160 kJ/mol H...F > H...O > H...NVan-der-Waals 0.5 - 5 kJ/mol
1200 kJ/mol-1
Vakuum Ultraviolett
100 nm
75
1600
12.2 Photochemische Anwendungen
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 4
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Photolysereaktionen
Spaltung von AzidenM-N=N=N + h(< 300 nm) M=N + N2 mit M = Cr, Mn, Fe, Ru etc.
Homolytische Spaltung von IodI2 + h(520 nm) 2 I.
Zersetzung von HgO2 HgO + h(< 600 nm) 2 Hg + O2
Zersetzung von DiazoverbindungenR-CO-CH=N=N + h(< 350 nm) R-CH=C=O + N2
IsomerisierungenPraecalciferol + h(282 nm) Calciferol (Vitamin D3)
Spaltung von Ameisensure HCOOHHCOOH + h(< 260 nm) CO + H2O
12.2 Photochemische Anwendungen
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 5
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.2 Photochemische AnwendungenEffects on organic molecules
Photoinitiated polymerisation K[Cr(NH3)2(NCS)4] + 2 H2O + h K[Cr(NH3)2(NCS)3(OH)] + H3O+ + NCS- Anionic Polymerisation of ethyl--cyanoacrylate by the addition of NCS- as a chain starter
Photoinduced formation of oximes
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 6
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.2 Photochemische AnwendungenEffects on organic molecules
Photooxidative initiated polymerisation Flow coat process as a step of the CRT production process(polyvinyl alcohole + ammonium dichromate) R-CH2-OH + CrO42- + h(vis.) R-CH=O Polymerisation
Photooxidative synthesis of organic molecules
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 7
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.2 Photochemische AnwendungenWasser- und Oberflchenreinigung mit VUV-Licht
1. Spaltung von Wasser in RadikaleH2O + h(< 200 nm) OH. + H.2 OH. H2O22 H2O2 2 H2O +1O2
2. Ozonbildung3 O2 + h(< 240 nm) 2 O3
H2O2 und O3 bauen organische Substanzen oxidativ ab
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 8
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.2 Photochemische Anwendungen
200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
Wellenlnge [nm] 0
20
40
60
80
100
120
140
160
E
x
t
i
n
k
t
i
o
n
s
k
o
e
f
f
i
z
i
e
n
t
H
2
O
2
Wasser- und Oberflchenreinigung mit UV-Strahlung
1. Spaltung von Wasserstoffperoxid in Radikale (H2O2/UV-Prozess)H2O2 + h(< 280 nm) 2 OH.2 OH. + M OH- + M+
2. Umsetzung von Ozon in H2O2O3 + H2O + h(< 330 nm) H2O2 + O2
UV-Oxidation wird zum Abbau von Medikamenten, Hormonen und Rntgenkontrastmitteln eingesetzt Abwsser von Krankenhusern
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 9
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.3 Biochemische AnwendungenDesinfektion
Wasser, Luft und Oberflchen enthalten Mikroorganismen, wie Pilze, Bakterien, Protozoen und Viren
Abttung der Mikroorganismen durch Hitze (> 80 120 C) Chemikalien (Cl2, ClO2) UV-Strahlung (< 300 nm)
Der Effekt von UV-Strahlung beruht vor allem auf der Hemmung des Wachstumsder Mikroorganismen
200 250 300 3500,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0 Disinfection efficiency (DIn 5031-10)
Absorption spectrum of dTMP
R
e
l
.
e
f
f
i
c
i
e
n
c
y
/
a
b
s
o
r
p
t
i
o
n
Wavelength [nm]
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 10
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.3 Biochemische AnwendungenDesinfektion Photobiochemie
Struktur von DNA helikaler Doppelstrang aus Nukleotiden dNMP dNMP = Base + Phosphat + Desoxyribose
-A-T-A-T-G-C-T-A-G-G-C-C--T-A-T-A-C-G-A-T-C-C-G-G-
Mechanismus der DesinfektionswirkungUV-C wird von Purin- und Pyrimidinbasen absorbiert Reaktion zwischen benachbarten Thyminbasen
(2 + 2 Cycloaddition erlaubt nach Woodward-Hoffmann) Fehler beim Kopieren der DNADas Bild kann zurzeit nicht angezeigt werden.Das Bild kann zurzeit nicht angezeigt werden.
Nucleotid Extinktionskoeffizient bei 260 nmdAMP 15200dTMP 8400dGMP 12000dCMP 7100
P
P
O
CCCN
NCO
O
CH3H
H
P
O
CCCN
NCO
O
CH3H
H
O
CCCN
NC OO
CH3
H
HO
OCC
CNNC O
CH3H
H
P
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 11
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.3 Biochemische Anwendungen
Direkte Pigmentierung: Oxidation von Melanin zu Melaninoxid (geringe Lebensdauer)Indirekte Pigmentierung: Einlagerung von neuen Melanosomen (Langzeiteffekt)
250 300 350 400 450 5000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0 Direct pigmentation Indirect pigmentation
Wavelength [nm]
R
e
l
a
t
i
v
e
e
f
f
e
c
t
i
v
e
n
e
s
s
[
a
.
u
.
]
Brunung
UV-A: Direkte Pigmentierung UV-B: Indirekte Pigmentierung
Brunung von Haut
R
e
f
l
e
x
i
o
n
400 500 600 700 800
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Zunahme der Absorption
Wellenlnge [nm]
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 12
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Durch UV-Licht wird die Haut gereizt und in Folge der strkeren Durchblutung gertetBei lngerer UV-Exposition kommt es zu phototoxischen Reaktionen (Sonnenbrand)
Hautempfindlichkeit gem DIN 5031-10
250 - 298 nm: E = 1
298 - 328 nm: E = 1*10^(0.094*(298-))328 - 400 nm: E = 1*10^(0.015*(140-))
260 280 300 320 340 360 380 400 420
1E-3
0,01
0,1
1
R
e
l
a
t
i
v
e
s
p
e
k
t
r
a
l
e
E
f
f
i
z
i
e
n
z
Wellenlnge [nm]
12.3 Biochemische AnwendungenBrunung - Nebeneffekt: Erythem = Hautrtung oder Sonnenbrand
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 13
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.3 Biochemische Anwendungen
280 300 320 340 360 380 4000,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
Vitamin D3 production
R
e
l
a
t
i
v
e
e
f
f
e
c
t
i
v
e
n
e
s
s
Wavelength [nm]
280 300 320 340 360 380 4000,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
Photoconjunctivitis Pyrimidine dimerisation Photoceratitis
R
e
l
a
t
i
v
e
e
f
f
e
c
t
i
v
e
n
e
s
s
Wavelength [nm]
Vitamin D3 Produktion in der Haut Phototoxische Wirkungen
Brunung Weitere Nebeneffekte
Im wesentlichen ist UV-B Strahlung fr positive und negative Wirkungen verantwortlich Die Wellenlngenabhngigkeit der biologischen Effekte ist im UV-B sehr ausgeprgt
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 14
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.4 Natrliche UV-Strahlungsquellen
Hautrtung bzw. Sonnenbrand werden im Wesentlichen durch UV-B Strahlung verursacht
280 300 320 340 360 380 4000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
L
[
W
m
-
2
n
m
-
1
]
Wellenlnge [nm]280 300 320 340 360 380 400
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
L
e
r
[
W
n
m
-
1
m
-
2
]
Wellenlnge [nm]
Die natrliche UV-Strahlungsquelle ist die Sonne
UV-Spektrum bei 60 Sonnenhhenwinkel Entsprechendes Erythem-Spektrum
400280
totr, )d)E(L(L e
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 15
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.4 Natrliche UV-StrahlungsquellenZeitabhngige Verteilung der UV-Strahlung (Norderney: 53.2 nrdlicher Breite)
Jahreszeit
T
a
g
e
s
z
e
i
t
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 16
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.4 Natrliche UV-StrahlungsquellenOrtsabhngige Verteilung der UV-Strahlung (am 21. Juni zur Mittagszeit)
In hohen Breiten ist nur sehr wenig UV-B Strahlung im Tageslicht
Hamburg (~53.5 nrdlicher Breite) am 21. Juni, mittags (Sonnenhhenwinkel ~ 60) UV-B/UV-A [%] 2.30 E(320) 3.54
Solarheight
Latitude[] N
Nearest location at10 E
UV-B[W/m2]
UV-A[W/m2]
UV-B[%]
E320[W/m2]
E320
83.5 30 Ghadames, Libya 1.66 61.0 2.65 0.1654 0.0380 4.3578.5 35 Sfax, Tunisia 1.61 59.9 2.61 0.1587 0.0373 4.2573.5 40 Sardinia 1.52 58.0 2.55 0.1487 0.0360 4.1368.5 45 La Spezia, Italy 1.41 55.7 2.47 0.1359 0.0345 3.9463.5 50 Schweinfurt, Germany 1.28 52.7 2.37 0.1208 0.0325 3.7260 53.5 Hamburg, Germany 1.18 50.2 2.30 0.1094 0.0309 3.5458.5 55 rhus, Denmark 1.13 49.1 2.25 0.1043 0.0302 3.4553.5 60 Oslo, Norway 0.97 45.0 2.11 0.0870 0.0275 3.1648.5 65 Trondheim, Norway 0.80 40.5 1.94 0.0697 0.0246 2.83
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 17
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Lampentypen
Hg-Entladungslampen Niederdruck 185, 254 nm
Mitteldruck + Filter 200 - 400 nm
Niederdruck + Leuchtstoff 200 - 400 nm
Exzimerlampen Xe2* 172 nm
XeBr* 282 nm
XeCl* 308 nm
Xe2* + Leuchtstoff 200 - 400 nm
UVC-Strahlungsquelle
12.5 Knstliche UV-Strahlungsquellen
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 18
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Emissionsmaxima und Effizienzen von Exzimerlichtquellen im Sinus-Betrieb
12.5 Knstliche UV-Strahlungsquellen
F Cl Br I Edelgas
ReinesHalogen
?158 nm
?258 nm
?293 nm
?342 nm -
Ar > 10%193 nm
ca. 5%175 nm
< 0.1%161 nm
-Ar*2
~10%126 nm
Kr > 10%248 nm
18%222 nm
ca. 5%207 nm
< 0.1%185 nm
Kr*2~15%
146 nm
Xe > 10%351 nm
14%308 nm
15%282 nm
ca. 5%253 nm
Xe*230%
172 nm
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 19
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.5 Knstliche UV-StrahlungsquellenHg-Mitteldrucklampen
Lampenglas und Filter: Keine Emission unterhalb von 280 nm! Hoher UV-B Anteil ~ 10% Gesichtsbruner
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 8000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
HPA404 HPA1200
E
m
i
s
s
i
o
n
s
i
n
t
e
n
s
i
t
t
(
a
.
u
.
)
Wellenlnge [nm]
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 20
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
FluoreszenzlampenHg-Niederdruckentladung
Xe2*-Exzimerentladung
200 300 400 500 6000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
185 nm
254 nm
N
o
r
m
a
l
i
z
e
d
e
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
Wavelength [nm]
150 nm172 nm
UV-Strahlung
UV-Leuchtstoffschicht
Wellenlnge [nm]
147 nm 172 nm
Resonanzlinie
E
m
i
s
s
i
o
n
s
i
n
t
e
n
s
i
t
t 2ndK
ontinuum
1stK
ontinuum
185 nm254 nm
Lampenglas
Deutsches PatentDE 199 19 169.7
150 nm
12.5 Knstliche UV-Strahlungsquellen
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 21
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Kommerzielle Leuchtstoffe fr UV-Lichtquellenauf der Basis einer Hg-Niederdruckentladung
SrAl12O19:Ce3+ 305 nmLaB3O6:Bi3+,Gd3+ 311 nmLaPO4:Ce3+ 320 nm
LaMgAl11O19:Ce3+ 340 nm(Y,Gd)PO4:Ce3+ 335, 355 nmBaSi2O5:Pb2+ 350 nmSr2MgSi2O7:Pb2+ 365 nmSrB4O7:Eu2+ 370 nmBaSO4:Eu2+ 375 nm
Aktivatoren: Ce3+, Gd3+, Pb2+, Eu2+280 300 320 340 360 380 400 420 440 460
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0BaSO4:Eu
YPO4:Ce
LaMgAl11O19:Ce
E
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
BaSi2O5:Pb SrB4O7:Eu
Sr2MgSi2O7:Pb
Wavelength [nm]
280 300 320 340 360 380 400 420 440 4600,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0LaB3O6:Bi,Gd
E
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
LaPO4:Ce
SrAl12O19:Ce
Wavelength [nm]
12.6 UV-Leuchtstoffe
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 22
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
UV und VUV Effizienz von UV-A Leuchtstoffen (Ce3+ und Pb2+ aktiviert)
254 nm Effizienz: LaMgAl11O19:Ce ~ YPO4:Ce ~ BaSi2O5:Pb ~ Sr2MgSi2O7:Pb172 nm Effizienz: LaMgAl11O19:Ce > YPO4:Ce ~ BaSi2O5:Pb > Sr2MgSi2O7:Pb
150 200 250 300 3500,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0 YPO4:CeLaMgAl11O19:CeBaSi2O5:Pb
Sr2MgSi2O7:Pb
R
e
l
a
t
i
v
e
i
n
t
e
n
s
i
t
y
Wavelength [nm]
172 nm
12.6 UV-Leuchtstoffe
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 23
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Historische Entwicklung
60er und frhe 70er Harte UV Strahlungsquellen (UV-C!) Hhensonnen
Mitte der 70er Harte UV Strahlung schdigt die DNATL Lampen mit UV-A Leuchtstoff
spte 70er TL Lampen mit verbessertem UV-A Leuchtstoff
80er Brunung mit UV-A Strahlung ist sicherTL Lampen mit UV-LeuchtstoffmischungenHg-Hochdrucklampen mit Filter
frhe 90er Ausgewogenes UV-B/UV-A Verhltnis ist gnstigLampen mit Glas mit erhhter UV-Transparenz (undUV-B Leuchtstoff)
spte 90er Optimal sind Strahlungsquellen mit tageslichhnlichemUV-SpektrumUV-B/UV-A Leuchtstoffmischungen
12.7 Brunungslampen
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 24
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Fluoreszenzlampen Historische Entwicklung
1. Generation 2. Generation 3. Generation
BaSi2O5:Pb BaSi2O5:Pb YPO4:Ceoder Sr2MgSi2O7:Pb + LaPO4:Ce + LaPO4:Ce
Die Stabilitt der Pb2+-Leuchtstoffe begrenzt die Lebensdauer der Sonnenbanklampen aufetwa 1000 h
280 300 320 340 360 380 4000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
LaPO4:CeBaSi2O5:Pb
UV-AUV-B
E
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
Wavelength[nm]280 300 320 340 360 380 400
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
BaSi2O5:PbUV-AUV-B
E
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
Wavelength[nm]280 300 320 340 360 380 400
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
LaPO4:CeYPO4:Ce
UV-AUV-B
E
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
Wavelength[nm]
12.7 Brunungslampen
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 25
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Durch die Prsenz der Hg-Linien im sichtbaren Spektral-bereich emittieren Sonnenbanklampen bluliches Licht Konversion in ein Weilichtspektrum durch Zugabe eines rot-emittierenden Leuchtstoffes, wie z.B. Y2O3:Eu
200 300 400 500 6000,0
0,3
0,5
0,8
1,0
R
e
l
a
t
i
v
e
I
n
t
e
n
s
i
t
t
Wellenlnge [nm]
12.7 Brungungslampen12.7 BrunungslampenFluoreszenzlampen Spektren + Farbpunkte
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,80,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Y2O3:Eu
CLEO Performance
BBLy
x
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 26
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.7 BrunungslampenFluoreszenzlichtquellen mit tageslichthnlichem Erythemspektrum
UV-A + UV-B Leuchtstoff, z.B. LaPO4:Ce + BaSi2O5:Pb
280 300 320 340 360 380 4000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
CLEO Natural
Referenz-Sonnenlicht
UV-AUV-B
R
e
l
a
t
i
v
e
B
r
u
n
u
n
g
s
e
f
f
i
z
i
e
n
z
Wellenlnge [nm]
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 27
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
12.8 PsoriasislampenBehandlung von Hautkrankheiten
Psoriasis, Vitiligo, atopische Dermatitis und andere Hautkrankheiten knnen mit UV-B Strahlung behandelt werden
PsoriasislampenHg-Niederdrucklampen+ UV-B Leuchtstoff
StandardleuchtstoffLaB3O6:Bi3+,Gd3+
UV-B Linienemitter!
Anregung Bi3+ (Bi3+)*Energietransfer (Bi3+)* + Gd3+ Bi3+ + (Gd3+)*Emission (Gd3+)* Gd3+ + 311 nm (6P7/2 8S)
Emissionsspektrum von LaB3O6:Bi,Gd (254 nm Anregung)
200 300 400 5000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
E
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
Wavelength [nm]
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 28
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Leuchtstoffe fr UV-B Fluoreszenzlampen
Standard LaB3O6:Bi3+,Gd3+ Wirtsgitter mit Gd3+ als EmitterSensibilisierung erforderlich Ce3+ oder Pr3+
Problem: Photostabilitt von Bi3+
Lsung: Verwendung von Ce3+ als Photosensibilisator Geringe Aufspaltung der 5d-Orbitale des Ce3+ erforderlich (z.B. in Phosphaten) Wirtsgitter mit hoher Koordinationszahl fr Ln3+ (z.B. GdMgB5O10)
100 150 200 250 300 350 400 450 5000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Ce3+(5d1- 4f1)
Ce3+(4f1 - 5d1)
Host lattice
Gd3+ (6PJ - 8S)
Emission spectrum 254 nm exc. Excitation spectrum
R
e
l
a
t
i
v
e
i
n
t
e
n
s
i
t
y
Wavelength [nm]
100 200 300 400 5000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Bi3+
Bi3+
Bi3+
Host lattice
Gd3+ (6PJ - 8S)
Emission spectrum 254 nm exc. Excitation spectrum
R
e
l
a
t
i
v
e
i
n
t
e
n
s
i
t
y
Wavelength [nm]
12.8 Psoriasislampen
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 29
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Zur Desinfektion von Wasser, Luft und Oberflchen
Anforderungen Emission zwischen 230 und 280 nm Keine Strahlung < 230 nm, da sonst Photoreduktion von NO3- zu NO2- (in Wasser) Keine Strahlung < 200 nm, da sonst Spaltung von H2O in H. + OH.
Geignete Lampentypen Hg-Niederdruckentladungslampen
Linienemission bei 254 nm
Hg-MitteldruckentladungslampenEmission im ganzen UV-Bereich
Hg-HochdruckentladungslampenEmission im ganzen UV-Bereich 200 300 400 500 600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
254 nm
E
m
i
s
s
i
o
n
s
i
n
t
e
n
s
i
t
t
Wellenlnge [nm]
Spektrum einer Hg-Niederdruckentladungslampe
12.9 Strahlungsquellen fr Desinfektionszwecke
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 30
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Mercury Low Pressure Discharge Efficiency
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Temperature / C
R
e
l
a
t
i
v
e
E
f
f
i
c
i
e
n
c
y
/
%
Pure Mercury
BiIn Amalgam
12.9 Strahlungsquellen fr DesinfektionszweckeHg-Entladungslampen: Nachteile
Umweltvertrglichkeit (Hg-Gehalt) Empfindlichkeit gegenber schnellen Schaltzyklen Temperaturabhngigkeit der Entladungseffizienz und UV-Lichtausbeute
(Wassertemperatur ~ 10 15 C) Zylinderfrmige Geometrie
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 31
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
+
-
Entladungsbogen
Elektrode (Kathode)
DielektrikumLeuchtstoffschicht
e- + Xe Xe*Xe* + 2 Xe Xe2* + XeXe2* 2 Xe + 172 nm
AC
12.9 Strahlungsquellen fr DesinfektionszweckeDielektrisch behinderte Entladungslampen (Xe-Exzimerlampen)
LeuchtstoffschichtDielektrikum
Elektrode (Anode)
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 32
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Wavelength [nm]147 172
R
e
s
o
n
a
n
c
e
L
i
n
e
I
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
2
n
d
C
o
n
t
i
n
u
u
m
1
s
t
C
o
n
t
i
n
u
u
m
12.9 Strahlungsquellen fr Desinfektionszwecke
Xe2* Excimer
Emissionspektrum
convert to 190 - 200 nm convert to 200 - 280 nm
100101102103104105106107108
H2O
A
b
s
o
r
p
t
i
o
n
c
o
e
f
f
i
c
i
e
n
t
[
m
-
1
]
10010-110-210-310-410-510-610-710-8
P
e
n
e
t
r
a
t
i
o
n
d
e
p
t
h
[
m
]
150 160 170 180 190 200
Xenon Excimer
Wavelength [nm]200 220 240 260 280 300 320
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 Disinfection efficiency (DIN 5031-10)
R
e
l
.
e
f
f
i
c
i
e
n
c
y
/
a
b
s
o
r
p
t
i
o
n
Wavelength [nm]
Zur Erhhung der Eindringtiefe Zur Erhhung des GAC-Overlaps
FluoreszenteXe-Exzimerlampen
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 33
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
UVC Leuchtstoffe fr Xe-Exzimerlampen
Anforderungen Emissionsbande im Bereich (190) 200 - 280 nm Hohe Lichtausbeute unter 172 nm Anregung Hohe VUV Stabilitt
Wirtsgitter mit Bandlcken > 6.0 eV und redoxstabile Aktivatoren
Leuchtstoff = Wirtsgitter + Aktivator (optischer bergang)Fluorid Tl+ 6s-6p Phosphat Pb2+ 6s-6pSulfat Bi3+ 6s-6pBorat Nd3+ 4f-5dOxid Pr3+ 4f-5d
12.9 Strahlungsquellen fr Desinfektionszwecke
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 34
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Freies Ionin der
Gasphase
Aktivator-Wirtsgitter
Wechselwirkung
Kristallfeld-aufspaltung
Ion Eu2+ Ce3+ Pr3+ Nd3+4fn-15d1 Niveau 34000 cm-1 50000 cm-1 62000 cm-1 74000 cm-1
295 nm 200 nm 160 nm 130 nm
E 5d
4f
ccfs
Stokes Shift
12.9 Strahlungsquellen fr DesinfektionszweckeUVC Leuchtstoffe Modulation der Aktivatorabsorption und -emission
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 35
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Nd3+ Phosphors VUV LichtquellenPr3+ Phosphors UV-C Lichtquellen
200 250 300 350 4000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
YPO4:Pr
YBO3:Pr
LaPO4:Pr
E
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
Wavelength [nm]200 250 300 350 400
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
E
m
i
s
s
i
o
n
i
n
t
e
n
s
i
t
y
[
a
.
u
.
]
Wavelength [nm]
YPO4:Nd
12.9 Strahlungsquellen fr DesinfektionszweckeNd3+- und Pr3+-Leuchtstoffe
[Xe]4f25d1 [Xe]4f3 (4IJ) [Xe]4f15d1 [Xe]4f2 (4HJ, 3F2)
Kapitel UV-StrahlungsquellenFolie 36
Inkohrente LichtquellenProf. Dr. T. Jstel, FH Mnster
Spektrum einer Xe-Exzimerlampe mit YBO3:Pr als VUV zu UV-C Konverter
0
100
200
300
400
500
600
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Wellenlnge [nm]
I
n
t
e
n
s
i
t
t
[
1
0
3
C
o
u
n
t
s
/
s
]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
R
e
l
a
t
i
v
e
K
e
i
m
t
t
u
n
g
s
w
i
r
k
u
n
g
[
%
]
Lampenspektrum
DIN - Wirkungsspektrum
12.9 Strahlungsquellen fr Desinfektionszwecke