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Vorwort

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Solarmeter 6.2 und 6.5

Die Solarmeter Messgeräte der Firma Solartech (solarmeter.com) werden auch unter der Marke ZooMed UVB und ZooMed UVI vertrieben. Die Firma Solartech wurde 1991 von Steve Mackin (uvmeter.net) gegründet. Seit 2016 ist die Firma eine Tochter der Solar Light Company (solarlight.com).

Solarmeter 6.2

Das Solarmeter 6.2 UVB Messgerät war das erste Messgerät das von einer größeren Anzahl von Reptilienhaltern und auch Wissenschaftlern genutzt wurde [946]. Das Messgerät zeigt eine UVB-Bestrahlungsstärke in µW/cm² mit einer Auflösung von 0,1 µW/cm² an. Der Sensor ist empfindlich auf den Strahlungsbereich von UVC bis zu ungefähr 330 nm (UVA) mit einer maximalen Empfindlichkeit bei etwa 285 nm Wellenlänge. Die gemessene Strahlung in diesem Empfindlichkeitsbereich wird mit einem Kalibrationsfaktor in µW/cm² UVB umgerechnet.

Der Kalibrationsfaktor ist so gewählt, dass das Solarmeter 6.2 UVB Messgerät für eine Kalibrationslampe, die ein sonnenähnliches Spektrum hat, die korrekte (mit einem Spektrometer ermittelte) UVB-Bestrahlungsstärke in µW/cm² anzeigt.

Verbrennungsschäden 2007

Um 2007 herum gab es einige Fälle von schweren Hautverbrennungen und Verbrennungen der Augen bei Reptilien. Frances Baines (UVGuide.co.uk) hat diese Fälle damals sehr intensiv untersucht [540]; [575]. Es waren unterschiedliche Reptilen betroffen, Schildkröten, Echsen, Schlangen. Kurz nach Austausch einer UV-Lampe wurden die Tiere ungewöhnlich ruhig, verweigerten des Futter und zeigten geschwollene oder trübe Augen, übermäßige Häutung, feuchte Haut oder Hautablösungen. Viele Tierärzte haben diese Tiere auf Pilzbefall oder bakterielle Infektionen hin behandelt. Nur wenige hatten direkt die UV-Lampen im Verdacht. Bei den UV-Lampen hat es sich in allen Fällen um UV-Röhren oder UV-Kompaktleuchtstofflampen gehandelt, die kaum Wärme abgeben. Die wenigsten Menschen dachten daher an Verbrennungen als mögliche Ursache.

Frances Baines hat mehrere der Lampen, die bei den betroffenen Tieren in Verwendung waren sowohl mit einem Spektrometer als auch mit UV-Radiometern untersucht. Das Solarmeter 6.2 zeigte im Abstand von 30 cm sehr moderate Werte von 100 µW/cm² bis 150 µW/cm² an. Im Spektrum war aber erkennbar, dass diese Lampen UV-Strahlung, mit einer Wellenlänge kürzer als 290 nm, abgestrahlt haben. Strahlung unterhalb von 290 nm kommt im natürlichen Sonnenlicht nicht vor und hat eine stark zellschädigende Wirkung. Das Solarmeter 6.2 war nicht in der Lage, diese Gefahr zu erkennen.

Gleichzeitig hat sich aber gezeigt, dass das Solarmeter 6.5 bei diesen Lampen einen recht hohen Messwert anzeigt (UVI=20). Das Solarmeter 6.5 hat die Gefahr, die von diesen Lampen ausging also besser eingeschätzt und hätte die Reptilienhalter dazu bewegt, die Lampe in einem größeren Abstand einzusetzen. Das verändert zwar die zellschädigende Eigenschaft des Spektrums nicht, verringert aber die Dosis so weit, dass der Halter eine Chance hat, auf die Verbrennung seines Tieres zu reagieren bevor das Ausmaß lebensgefährlich ist.

Solarmeter 6.5

In den darauf folgenden Jahren sind mehr Privatleute und Wissenschaftler dazu übergegangen, das Solarmeter 6.5 zu nutzen. Dieses Messgerät zeigt die UV-Bestrahlungsstärke als UV-Index an. Der UV-Index ist eine international verwendete wissenschaftliche Größe ohne Einheit, welche die Erythemwirkung (Sonnenbrand) der UV-Strahlung angibt.

Für Reptilienhalter ist die Erythemwirkung auf menschliche Haut natürlich völlig uninteressant. Das Solarmeter 6.5 misst wie die meisten Radiometer auch nicht exakt die Größe, nach der es benannt wird. Das Wirkspektrum des Solarmeter 6.5 weicht deutlich von dem Erythem-Wirkspektrum ab. Für die Terraristik ist das Solarmeter 6.5 nicht deshalb geeignet, weil es ein Wert in der Einheit UV-Index anzeigt, sondern weil das Wirkspektrum des Solarmeter 6.5 sehr ähnlich zum Wirkspektrum für Vitamin-D-Bildung ist: Das Solarmeter 6.5 ist nahezu blind für langwellige UVB-Strahlung und UVA-Strahlung, die nicht zur Vitamin-D-Bildung beiträgt und eine geringere Verbrennungswirkung hat. Das Solarmeter 6.5 ist daher sehr gut geeignet um vor Lampen so warnen, die entweder zu intensive kurzwellige Strahlung mit hohem UV-Verbrennungsrisiko haben oder zu wenig Vitamin-D-wirksame Strahlung haben.

Wichtig: Das Solarmeter 6.5 war eine Zeit lang in zwei verschiedenen Varianten erhältlich: Variante A hat einen Siliciumcarbid (SiC) Photodetektor mit Metalloxid-Filter und Teflon-Streuscheibe. Variante B hat einen Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) Photodetektor mit UG-11-Filter und Teflon-Streuscheibe. Die Variante 2 mit AlGaN ist nur für sehr sonnenähnliche UV-Quellen geeignet. Für Reptilenlampen, die häufig ein UV-Spektrum haben, das sich stark vom natürlichen Sonnenlicht unterscheidet, ist nur die Variante 1 mit SiC geeignet.

Wichtig: Bei der Produktion der Solarmeter 6.5 wurde 2016 fehlerhaftes Material verwendet. Alle Solarmeter 6.5 mit einer Seriennummer zwischen 03325 und 03486 und ZooMed Digital UV Index Radiometer mit Seriennummern 5228 bis 5274 sind betroffen. Die Messwerte für einige künstliche Strahlungsquellen weichen z.T. um einen Faktor 2 vom Sollwert ab. Die Herstellerfirma Solar Light Company hat versprochen, die betroffenen Messgeräte zu reparieren. Ich würde aber empfehlen die Sachmängelhaftung des Händlers in Anspruch zu nehmen anstatt direkt mit der amerikanischen Firma eine Reparatur zu vereinbaren. Nach deutschem Kaufrecht muss der Händler das Solarmeter 6.5 gegen ein voll-funktionsfähiges Gerät austauschen (BGB BGB§439), wenn sich innerhalb von zwei Jahren (BGB§438) nach Kauf herausstellt, dass das Gerät beim Verkauf bereits defekt war (BGB§434). In diesem Fall ist der Sachmangel eindeutig, da vom Hersteller bestätigt. Ich würde mich als Käufer in diesem Fall für einen Austausch und gegen eine Reparatur entscheiden, da diese Methode schneller gehen sollte.

Eignung der Solarmeter zur Überwachung von UV-Lampen im Terrarium

Aus der Erfahrung ist das Solarmeter 6.5 besser geeignet um Lampen mit einem kurzwelligen Spektrum, das eine hohe Verbrennungswirkung hat, zu erkennen. Aber das Solarmeter 6.5 ist auch im zweiten Punkt dem Solarmeter 6.2 überlegen: Die spektrale Empfindlichkeitskurve des Solarmeter 6.5 folgt dem Wirkspektrum für die Vitamin-D-Bildung sehr genau. Selbst die schlechten UV-Lampen strahlen keine UV-Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 280 nm ab, und haben zwischen 290 nm und 330 nm sicherlich 10 bis 100 mal Intensität als zwischen 260 nm und 290 nm. Es ist daher vor allem Wichtig, wie gut das Vitamin-D-Wirkspektrum mit der den Wirkspektren der Messgeräte im Bereich von Wellenlängen größer als 290 nm übereinstimmen. Und da ist die Übereinstimmung zwischen Solarmeter 6.5 und Vitamin D außerordentlich gut.

Das Solarmeter 6.2 misst hingegen auch die Strahlung um 320 nm, die kaum zur Vitamin D-Bildung beiträgt. Weil die meisten Lampen aber sehr viel Strahlung bei 320 nm haben und nur wenig Strahlung bei 300 nm, kommt ein sehr großer Teil des Solarmeter-6.2-Messwerts aus diesem Wellenlängenbereich, der für die Vitamin-D-Bildung nutzlos ist. Gerade bei der Alterung von Lampen ist es oft so, dass die Lampen ihren UVB-Anteil schneller verlieren als den UVA- und den sichtbaren Anteil. Ein Messgerät, das auch UVA misst, zeigt dann nur eine geringen Verlust an, obwohl die Vitamin-D-wirksame Strahlung vielleicht schon lange abgefallen ist. [631] haben mit einem hochwertigen Spektrometer die Alterung von vier Osram Ultravitaluxlampen gemessen. Innerhalb von 4850 Stunden (z.B. 1 Jahr mit 13 Stunden pro Tag) ist die Strahlung bei 290 nm um 70% abgefallen, bei 350 nm aber nur um 20%.

Jukka Lindgren hat verglichen wie gut Solarmeter-Messwerte mit der in Glasampullen gemessenen Vitamin-D-Menge übereinstimmen [474]. Die Messung wurde für acht Terrarienlampen (Leuchtstofflampen und Quecksilberdampflampen) mit sehr unterschiedlichen Spektren durchgeführt. Man sieht, dass der Solarmeter 6.5 Messwert sehr viel besser vorhersagt, wie viel Vitamin-D3 gebildet wird. Eine Lampe (UVB Mystic Compact) bildet mehr Vitamin D als durch beide Messgeräte vorhergesagt. Das Solarmeter 6.5 sagt die Vitamin-D-Bildung aber auch hier besser vorher als das Solarmeter 6.2. Die Spektralmessung zeigt, dass es sich bei dieser Lampe eine Lampe mit sehr kurzwelligem (aggressivem) Spektrum handelt.

Die rechnerische Übereinstimmung mit dem Wirkspektrum für Vitamin D $W(\lambda)$ ist bei Solarmeter 6.2 75% ($1-\frac{1}{2}\int\limits_{280nm}^{400nm}\mathrm{d}\lambda \left|\overline{A}(\lambda)-\overline{W}(\lambda)\right|$). Manche interpretieren dieses Ergebnis so, als stünden „75% der gemessenen UVB-Werte für die Vitamin D3 Synthese zur Verfügung“ [709]. Das ist nicht richtig, weil in der rechnerischen Übereinstimmung die Lampe nicht berücksichtigt ist, es wird also gar nichts gemessen. Die meisten Lampen haben sehr viel Strahlung im Bereich um 320 nm, die vom Solarmeter gemessen wird, aber zu 0% zur Vitamin-D-Bildung zur Verfügung steht. Diese rechnerische Übereinstimmung sagt wirklich nur aus, wie gut die beiden Wirkspektren übereinstimmen. Und da sind 75% nicht besonders viel.

Beim Solarmeter 6.5 erhält man dagegen 90% oder im relevanteren Bereich ab 290 nm sogar 96% Übereinstimmung ($1-\frac{1}{2}\int\limits_{280nm}^{400nm}\mathrm{d}\lambda \left|\overline{A}(\lambda)-\overline{W}(\lambda)\right| = $90%
$1-\frac{1}{2}\int\limits_{290nm}^{400nm}\mathrm{d}\lambda \left|\overline{A}(\lambda)-\overline{W}(\lambda)\right| = $96%).

Verhältnis von Solarmeter 6.2 und Solarmeter 6.5

Aus den Erfahrungen 2007 hat sich gezeigt, dass das Verhältnis zwischen Solarmeter 6.2 Messwert und Solarmeter 6.5 Messwert geeignet ist, zwischen Leuchtstofflampen mit einem Leuchtstoff, der UV-Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 290 nm abstrahlt, und Lampen mit einem Leuchtstoff, der ein sonnenähnliches Spektrum mit kurzwelligem Ende bei ca 295-305 nm hat, zu unterscheiden.

Bei mehreren Messgeräten hat sich gezeigt, dass natürliches Sonnenlicht ein Verhältnis $\frac{M6.2}{M6.5}\approx 50-60$ hat, Reptilien-UVB-Leuchtstofflampen, bei denen keine auffälligen Verbrennungen aufgetreten sind ein Verhältnis $\frac{M6.2}{M6.5}>20$ und Leuchtstofflampen mit einem extrem kurzwelligen Spektrum ein Verhältnis $\frac{M6.2}{M6.5}<8$. Wegen der Fertigungstoleranzen der Solarmeter Messgeräte können diese Verhältnisse aber von Messgerät zu Messgerät unterschiedlich sein. Ich empfehle selbst bei natürlicher Sonnenstrahlung zu verschiedenen Tageszeiten das Verhältnis zu bilden. Das Verhältnis $\frac{M6.2}{M6.5}$ sollte kleiner werden, wenn die Sonnenstrahlung intensiver ist (Mittags im Hochsommer im Süden). Vielleicht kann man als Faustregel angeben, dass das Verhältnis für UV-Lampen nicht weniger als halb so groß sein soll, wie das Verhältnis für intensives Sonnenlicht, ich empfehle aber trotzdem möglichst viele verschieden Lampen zu vergleichen um ein Gefühl für sinnvolle Messwerte zu bekommen.

Auch die Abweichung der gemessenen Vitamin-D3-Bildung von der Vitamin-D3-Bildung, die vom Solarmeter 6.5-Messwert vorhergesagt wurde, lässt sich fast ausschließlich mit dem Verhältnis der Solarmeter-Messwerte erklären:

Der Messwert eines einzelnen Breitbandmessgeräts $M_1=K\int\mathrm{d}\lambda E_\lambda(\lambda) A(\lambda)$ enthält kaum Information über das Spektrum der Lichtquelle. So lässt sich allein durch Änderung des Abstands bei jeder UV-Lampe der selbe Messwert erzeugen.

Durch den Vergleich der Werte zweier Messgeräte mit unterschiedlicher Empfindlichkeit lässt sich diese Information erhöhen. Das Verhältnis der Messwerte ist abhängig von der Form (aber nicht der Intensität!) des Lampenspektrums und der Empfindlichkeitsspektren der Messgeräte.

\[ \frac{M_1}{M_2} = \frac{ K_1\int\mathrm{d}\lambda E_\lambda(\lambda) A_1(\lambda) }{ K_2\int\mathrm{d}\lambda E_\lambda(\lambda) A_2(\lambda) } = f\left(E_\lambda^\mathrm{norm.}(\lambda),A_1(\lambda),A_2(\lambda)\right) \]

Wenn die normierten Empfindlichkeitsspektren der beiden Messgeräte eine Differenz $D(\lambda)$ hat, lässt sich das noch genauer schreiben als \[ \begin{eqnarray} A_1(\lambda) &=& A_2(\lambda) + D(\lambda) \\\\ \frac{M_1}{M_2} &=& \frac{ K_1\int\mathrm{d}\lambda E_\lambda(\lambda) A_2(\lambda) + K_1\int\mathrm{d}\lambda E_\lambda(\lambda) D(\lambda) }{ K_2\int\mathrm{d}\lambda E_\lambda(\lambda) A_2(\lambda) } \\\\ &=& \frac{K_1}{K_2} + \frac{ K_1\int\mathrm{d}\lambda E_\lambda(\lambda) D(\lambda) }{ M_2 } \end{eqnarray} \]

Die spektrale Empfindlichkeit des Solarmeter 6.5 ($A_{6.5}(\lambda)$) und Solarmeter 6.2 ($A_{6.2}(\lambda)$) und die Differenz der beiden Empfindlichkeiten $D(\lambda)=A_{6.2}(\lambda)-A_{6.5}(\lambda)$ sind im folgenden Bild dargestellt:

Das Verhältnis der Messwerte \[ \frac{M_{6.2}}{M_{6.5}} = \frac{K_{6.2}}{K_{6.5}} + \frac{ K_{6.2}\int\mathrm{d}\lambda E_\lambda(\lambda) D(\lambda) }{ M_{6.5} } \] hangt davon ab, wie die Lampe ($E_\lambda(\lambda)$) mit $D(\lambda)$ überlappt. Für eine Lampe die viel Strahlung im Bereich 310-320nm hat, der für die Vitamin D Synthese weniger wirksam ist, ist das Verhältnis $M_{6.2}/M_{6.5}$ groß. Wenn dieser Bereich weniger Intensität enthält und die Strahlung stärker auf den Bereich unterhalb von 310nm konzentriert ist, ist das Verhältnis $M_{6.2}/M_{6.5}$ klein.

Der Vergleich beider Messwerte enthält also eine Information darüber, ob die UVB-Strahlung mehr im kurzwelligen Bereich <310nm oder im langwelligen Bereich >310nm konzentriert ist. :!: Ob Strahlung unterhalb von 290-300nm vorhanden ist, die im Sonnenspektrum nicht vorkommt und eine hohe Wirkung für Verbrennungen hat, sagt das Verhältnis der beiden Messwerte nicht aus.

Da jedoch die meisten Lampen sehr typische Spektren haben (da meist gleiche Gläser und Leuchtstoffe verwendet werden) ist diese Abschätzung zwar ungenauer als eine Messung mit Spektrometer, kann aber dennoch eine nützliche Abschätzung geben, wie der Messwert eines Messgeräts interpretiert werden muss. Bei typischen Lampenspektren (siehe oben) kann aus dem Verhältnis auf die Form des Spektrums (z.B. verwendete Leuchtstoffe) geschlossen werden.

Bei manchem Lamenspektren kann das Verhältnis (ebenso wie der reine Messwert) sehr irreführend sein: So haben UVA340-Röhren, die gut geeignet zur Vitamin D Synthese sind und manche Schwarzlichtröhren, deren Spektrum kaum zur Vitamin D Synthese geeignet ist, ein Verhältnis von etwa $\frac{M_{6.2}}{M_{6.5}}=55$. Eine schmalbandige UV-Leuchtstofflampe mit Emission um 305±5nm (mir ist eine solche Lampe nicht bekannt) würde zu einem sehr geringen $\frac{M_{6.2}}{M_{6.5}}$-Verhältnis führen obwohl keine Strahlung unterhalb 300nm vorhanden ist.

Solarmeter 8.0 (UVC)

Auch das Solarmeter 8.0 wird gelegentlich eingesetzt um UVC-Strahlung zu messen. UVC ist meiner Erfahrung nach bei Terrarienlampen kein Problem. Es gibt UV-Leuchtstofflampen mit UVC-durchlässigem Glas, das die Quecksilberlinie bei 254 nm transmittiert. Dieser Fall ist bisher aber nur sehr selten und nicht bei den gängigen Zoohandelsmarken aufgetreten. Sehr viel häufiger ist das Problem, dass Lampen Strahlung im Grenzbereich von UVB und UVC abstrahlen. In den meisten dieser Fälle wird das Solarmeter 6.5 durch einen hohen Messwert warnen, da das Messgerät genau um 280 nm seine maximale Empfindlichkeit hat. Viele Lampen haben einen extrem geringen Anteil an UVC-Strahlung, der so gering ist, dass er praktisch irrelevant ist. Wenn diese Lampen aber ihre UV-Strahlung extrem fokussieren (Solarmeter-6.5-Messwerte > 100) kann man auch hier UVC-Strahlung messen. Das Problem bei diesen Lampen besteht aber weniger in der messbaren UVC-Strahlung sondern schon in einem Solarmeter-6.5-Messwert > 10.

Ich halte ein UVC-Messgerät daher in vielen Fällen für weniger wichtig als ein Solarmeter 6.5 und 6.2 Messgerät. Wer dennoch ein Solarmeter 8.0 kauft sollte wissen, dass UVC-Messgeräte sehr oft nicht blind für UVA-Strahlung sind. Bei Lampen mit sehr intensiver sichtbarer und UVA-Strahlung kann das Solarmeter einen Wert anzeigen, obwohl die Lampe kein UVC abstrahlt. Mit einem Schott WG295-Filter, der Strahlung unterhalb von 295nm blockiert kann man kontrollieren, ob der Solarmeter 8.0-Messwert teilweise durch UVA oder sichtbare Strahlung verursacht wird.

Literatur

[946] Gehrmann, W. H., Jamieson, D., Ferguson, G. W., Horner, J. D., Chen, T. C. & Holick, M. F. (2004) A Comparison of Vitamin D-Synthesizing Ability of Different Light Sources to Irradiances Measured with a Solarmeter Model 6.2 UVB Meter. Herpetological Review, 35 3361–3364.
[540] Gardiner, D. W., Baines, F. M. & Pandher, K. (2009) Photodermatitis and Photokeratoconjunctivitis in a Ball Python (Python regius) and a Blue-Tongue Skink (Tiliqua spp.). Journal of zoo and wildlife medicine, 40 757–766 URL http://dx.doi.org/10.1638/2009-0007.1.
[575] Baines, F. M. & Brames, H. 2010. Preventive Reptile Medicine and Reptile Lighting. Paper read at 1st International Conference on Reptile and Amphibian Medicine, March 4—7, at München http://www.dr.hut-verlag.de/978-3-86853-381-1.html.
[631] Heikkilä, A., Kärhä, P., Tanskanen, A., Kaunismaa, M., Koskela, T., Kaurola, J., Ture, T. & Syrjälä, S. (2009) Characterizing a UV chamber with mercury lamps for assessment of comparability to natural UV conditions. Polymer Testing, 28 57–65 URL http://dx.doi.org/10.10 ... ymertesting.2008.10.005.
[474] Lindgren, J., Gehrmann, W. H., Ferguson, G. W. & Pinder, J. E. (2008) Measuring Effective Vitamin D3-Producing Ultraviolet B Radiation Using Solartech’s Solarmeter® 6.4 Handheld, UVB Radiometer. Bulletin of the Chicago Herpetological Society, 43 57–62.
[709] Rombach, R. (2011). Informationen zum UV-B Licht JBL L-U-W JBL..

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mess/solarmeter.txt · Zuletzt geändert: 2016/07/15 17:39 von sarina

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