UVB / UV-Index - Messgeräte

UV-Index-Messgeräte sind in der Terraristik extrem nützliche Messgeräte. So kann leicht die UVB-Strahlung von UV-Lampen kontrolliert werden, um die Tiere optimal mit Vitamin D3 zu versorgen. Ich empfehle ausschließlich das Solarmeter 6.5 UV-Index Messgerät für diesen Zweck.

Das wichtigste in Kürze:

Überwachung der Alterung - Das Solarmeter 6.5 hilft die Lampe rechtzeitig aber auch nicht zu früh auszutauschen. Vielleicht kann sie sogar bei einem Tier mit geringerem UV-Bedarf weiter genutzt werden. Wenn man den Tierarzt und das zu frühe Wechseln der Lampe spart, macht sich das Solarmeter 6.5 schnell bezahlt. Der korrekte UV-Index für jedes Tier wird über die Ferguson-Zonen bestimmt.
Mit dem Solarmeter 6.5 kann man auch leicht überprüfen, ob eine Lampe geeignet ist, also die bestrahlte Fläche groß genug für das Tier ist.
Fertigungsschwankungen, die z.T. extrem sein können (UV-Index 5 bis 30 beim gleichen Produkt), werden erkannt.
Das Solarmeter 6.5 ist (Stand 2024) für ca 250 € in Deutschland erhältlich.
Wer sich kein Solarmeter 6.5 leisten kann, kann sich vielleicht beim örtlichen Terrariengeschäft, Reptilienstammtisch oder Tierarzt eines ausleihen oder seine Lampen dort testen lassen.
Wer nur bewährte UV-Lampen von namenhaften Marken nutzt, diese frühzeitig austauscht und die Tiere gut beobachtet, kommt auch ohne UV-Index-Messgerät aus.
Die Antwort auf häufige Aussagen, wie “Ich hab da ein viel günstigeres UV-Index-Messgerät gefunden, das gibt's bei Amazon für 20€” oder “Man kann so ein Messgerät doch viel billiger selbst bauen, es gibt da einen Arduino-Bausatz!” lautet: Nein, diese Messgeräte sind nicht geeignet (unten dazu mehr). Sie sind auch nicht “besser als gar nichts”, weil der Messwert meist in die Irre führt. Dann besser gar nicht messen!

Verschiedene 2020 erhältliche Versionen des Solarmeter 6.5 mit unterschiedlichem Grafikaufdruck - technisch identisch. Foto: Frances Baines

Das Solarmeter 6.5 (UV-Index)

Die Solarmeter Messgeräte der Firma Solartech (solarmeter.com) werden auch unter der Marke ZooMed 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).

Das Solarmeter 6.5 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.

Spektrale Empfindlichkeit des alten und neuen Solarmeter 6.5. Ab Seriennummer 02056, gefertigt ab 06.03.2010 wird die neue Variante gefertigt.

Solarmeter-Vergleich

Für die Tagung der British Herpetological Society haben Thomas Griffiths und ich Besucher aufgerufen, ihrer Solarmeter mitzubringen. 69 Solarmeter 6.5 und weitere UV-Messgeräte kamen zusammen. Wir haben für jedes messgerät den Wert unter fünf sehr unterschiedlichen Lampen notiert und anschließend statistisch ausgewertet. Die Geräte zeigten eine Abweichung zu einander von 15-20% (Standardabweichung). Dabei haben wir keine Auffälligkeiten bzgl. Alter (Kalibrationszeitpunkt) oder Häufigkeit der Nutzung festgestellt.

Alle Messdaten unter: https://tomaskas.co.uk/wp-content/uploads/2023/04/5.30.4.2023-Radiometer-Test-data-review.pdf

Produktionsänderungen

Aktuell (2020) sind verschiedene Varianten erhältlich, die technisch jedoch identisch sind. In der Vergangenheit gab es Produktionsänderungen der Solarmeter und es waren zeitweise unterschiedliche Varianten erhältlich.

Um 2008 wurden das Solarmeter 6.5 eine kurze Zeit mit Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) Photodetektor mit UG-11-Filter und Teflon-Streuscheibe gefertigt. Damit war es nahezu blind für kurzwellige UVB-Strahlung. Für natürliches Sonnenlicht zeigte dieses Messgerät zuverlässige Werte an, bei Reptilienlampen aber oft gefährlich falsche Zahlen. Lediglich eine Variante für Reptilien “Solarmeter 6.5 R” wurde weiterhin mit einem Siliciumcarbid (SiC) Photodetektor mit Metalloxid-Filter und Teflon-Streuscheibe gefertigt. Inzwischen sind wieder alle Solarmeter 6.5 mit SiC.
Im Frühjahr 2016 wurde bei der Produktion Material einer fehlerhaften Charge verwendet. Der Rand des Filters lies UVA mit ca. 390 nm transmittieren und die Teflon-Streuscheibe streute dieses Licht direkt über den Sensor. Alle Solarmeter 6.5 mit einer Seriennummer zwischen 03325 und 03486 und ZooMed Digital UV Index Radiometer mit Seriennummern 5228 bis 5274 waren betroffen. Die Messwerte für einige künstliche Strahlungsquellen weichen z.T. um einen Faktor 2 vom Sollwert ab. Die Herstellerfirma Solar Light Company hat angegeben, dass nahezu alle betroffenen Messgeräte zurückgerufen und repariert wurden.

Spektrale Übereinstimmung mit dem Wirkspektrum für Vitamin D3

Die spektrale Empfindlichkeitskurve des Solarmeter 6.5 folgt dem Wirkspektrum für die Vitamin-D-Bildung sehr genau. Besonders wichtig ist die Übereinstimmung im Bereich 290 nm bis 330 nm, da hier die meisten Lampen ihre größte Intensität haben. 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. [631Heikkilä, A., Kärhä, P., Tanskanen, A., Kaunismaa, M., Koskela, T., & Kaurola, J., et al. (2009). Characterizing a uv chamber with mercury lamps for assessment of comparability to natural uv conditions. Polymer Testing, 28(1), 57–65.] 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 [474Lindgren, 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(4), 57–62.]. 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” [709Rombach, R. (2011). Informationen zum uv-b licht jbl l-u-w JBL.]. 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%).

Solarmeter 6.2 (UVB)

Das Solarmeter 6.2 UVB Messgerät war das erste Messgerät das von einer größeren Anzahl von Reptilienhaltern und auch Wissenschaftlern genutzt wurde [946Gehrmann, 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(4), 3361–3364.]. 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.

Spektrale Empfindlichkeit des alten und neuen Solarmeter 6.2. Ab Seriennummer 03254, gefertigt ab 28.01.2010 wird die neue Variante gefertigt.

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 [540Gardiner, 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(4), 757–766.; 574Baines, F. M. 2010, March 4—7 Photo-kerato-conjunctivitis in reptiles. Paper presented at 1st International Conference on Reptile and Amphibian Medicine, München.]. 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.

Bauform der Solarmeter

Wenn das Batteriefach geöffnet ist können zwei Schrauben entfernt werden und das Solarmeter einfach aus einander geschoben werden. Bei dem Messgerät auf den Fotos sind die Glaskappe, die Teflon-Streuscheibe und der dichroitische Filter, die normalerweise mit dem gelben Ring um den Sensor verklebt sind, abgebrochen. Der dichroitische Filter ist das teuerste Bauteil des Solarmeters und hat laut Information von Frances Baines¹⁾, hat der in Deutschland hergestellte Filter bereits 2006 über 100$ gekostet. Das Solarmeter 6.5 und 6.2 unterscheiden sich nur in den Transmissionseigenschaften dieses Filters. Die Teflon-Streuscheibe dient dazu, dass auch Licht das schräg auf das Solarmeter trifft den Sensor erreichen. Dabei müssen die Eigenschaften der Streuscheibe und der Frontscheibe der Glaskappe so sein, dass die Winkelabhängigkeit des Signals dem Kosinus-Gesetz folgen.

Direkter Blick auf den SiC-Sensor

Solarmeter mit flexiblem Sensor

Das Solarmeter ist 10,6 cm hoch und hat seinen Sensor an der Oberseite. Im eingerichteten Terrarium kann daher die UV-Strahlung nur 10,6 cm über dem Bodengrund gemessen werden. Viele typische Terrarienbewohner sind weniger hoch und es ist damit unmöglich, die UV-Strahlung, die die Tiere erreicht, zu messen.

Mir ist leider kein bezahlbares Messgerät bekannt, das einen externen Sensor hat. Laut Auskunft von Frances Baines²⁾, die in engem Austausch mit dem Erfinder der Solarmeter stand und die Messgeräte zusammen mit dem Elektroingenieur Andy Beveridge untersucht hat, ist das elektrische Signal des Sensors so extrem gering, dass es schwierig ist, nach einem längeren Kabel noch ein verlässliches Signal zu erhalten. Wie auf den obigen Bilder zu sehen, ist die SiC-Diode direkt mit der Platine verbunden. Ich habe inzwischen schon mindestens zwei Messgeräte gesehen, bei denen die Nutzer ein Loch in die Frontseite des Solarmeters oberhalb des Displays gebohrt haben und den Sensor dort angebracht haben. Das Solarmeter kann dann flach auf den Boden gelegt werden und der Messwert direkt unter dem Sensor abgelesen werden. Dazu muss der Sensor von der Platine getrennt werden und mit einem sehr kurzen Kabel erneut angelötet werden. Ich kann dazu keine detaillierte Anleitung geben, falls einer meiner Leser sein Messgerät umgebaut hat, würde ich mich sehr über Fotos freuen.

Ansonsten ist der übliche Weg, die Lampe vor der Messung einige cm anzuheben um so im korrekten Abstand zum Tier zu messen.

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 “guten” und “schlechten” Leuchtstofflampen zu unterscheiden. Man teilt dazu den Zahlenwert des Solarmeter 6.2 (z.B. 150 µW/cm²) durch den Zahlenwert des Solarmeter 6.5 (z.B. UVI 2,1) und erhält eine Zahl $\frac{SM6.2}{SM6.5}=\frac{150}{2,1}=71,4$.

Natürliches Sonnenlicht hat ein Verhältnis von $\frac{SM6.2}{SM6.5}\approx 40-60$.
Da sich das Sonnenspektrum im Tagesverlauf ändert, gibt es für Sonnenlicht kein festes Verhältnis. Bei nierigem Sonnenstand ist das Verhältnis größer, bei hohem Sonnenstand kleiner. Man kann die Messwerte ungefähr mit der Formel $SM6.5 = 0.17 + 0.011 \cdot SM6.2 + 0.0000357 \cdot SM6.2^²$ [ 432 ] in einander umrechnen.
“gute” UVB-Leuchtstofflampen, bei denen keine auffälligen Verbrennungen aufgetreten sind, hatten ein Solarmeter-Verhältnis $\frac{SM6.2}{SM6.5}>20$.
“schlechte” UVB-Leuchtstofflampen mit einem extrem kurzwelligen Spektrum hatten ein Solarmeter-Verhältnis $\frac{SM6.2}{SM6.5}<8$.

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.

Geschichte der Solarmeter

Der eigentlich in der Automobilindustrie angestellte Elektroingenieur Steve Mackin entwickelte das Solarmeter 5.0 mit GaAsP-Senor für UVA+UVB 1990 nach einem Strandurlaub mit Sonnenbrand [1357Mackin, S. J. (2005) Evolution of ultraviolet meters at solartech inc. The Citizen Scientist, . Retrieved January 1, 2006, http://www.soamsci.org/tcs/2005_07_15.html]. Das erste Messgerät wurde zur Kalibration eingeschickt und Steve Mackin hat daraufhin alle weiteren Solarmeter händisch mit diesem “Master”-Solarmeter kalibriert. Nachdem 1994 der UV-Index eingeführt wurde, machte sich Steve Mackin auf die Suche nach einer passenden Sensor-Filter-Kombination. Ein SiC-Sensor mit einem Filter schaffte es die Strahlung oberhalb von 320 nm Wellenlänge zu unterdrücken und das Solarmeter 6.0 (UVB) entstand. Erst etwas später wurde ein weiterer Interferenzfilter gefunden, der die spektrale Empfindlichkeit nahe genug an die Defintion des UV-Index brachte, und so entstand 1996 das Solarmeter 6.5 (UV-Index). Anschließend entwickelte Steve Mackin das Solarmeter 8.0.

Mit seinem Renteneintritt verkaufte Steve Mackin das Unternehmen Solartech 2005/2006 an die Solar Light Company, die die Solarmeter weiterhin herstelle und vertreiben.

Solarmeter 6.4

Das Solarmeter 6.4 hat den gleichen Sensor wie das Solarmeter 6.5, zeigt den Messwert aber nicht als UV-Index sondern als gebildete Einheiten Vitamin D3 pro Minute (IU/min) an. Die Vitamin-D3-Bildung geht von der Annahme aus, dass ein junger Erwachsener mit Fitzpatric-Hauttyp 2 10% seiner Körperoberfläche (Gesicht und Unterarme) der Sonne aussetzt. In dem Fall bildet 1 minimale erythmale Dosis (1 MED) 1000 IU Vitamin D3. Diese Einheit ist schon für verschiedene Menschen und Situationen sehr zweifelhaft (der Hersteller bietet dafür auch eine Software zur Umrechung an), für Reptilien natürlich völlig unbrauchbar.

Weil der Sensor aber identisch zum Solarmeter 6.5 ist, kann der angezeigte Messwert einfach umgerechnet werden:

$$ \frac{\mathrm{Solarmeter\,\,6.4\,\,Messwert}}{7.1} = \mathrm{Solarmeter\,\,6.5\,\,Messwert}$$

Wer also das Glück hat, ein Solarmeter 6.4 (wegen geringerer Nachfrage) günstig zu bekommen und kein Problem damit hat, immer einen Taschenrechner benutzen zu müssen, kann dieses Messgerät verwenden.

Günstige Alternativen zum Solarmeter 6.5

Ich empfehle ausschließlich das Solarmeter 6.5 UV-Index-Messgerät. Warum? Dieses Messgerät wurde vielen Reptilienhaltern und Wissenschaftlern getestet und auch mit Spektrometermessungen verglichen. Und es hat dieses Tests hervorragend bestanden.

Ich verstehe gut, dass den meisten Haltern 350€ für ein Solarmeter 6.5 viel zu teuer ist. Da sind UV-Index-Messgeräte die z.T. für 20€ angeboten werden sehr verlockend. Trotzdem muss ich dringend davon abraten. Das Solarmeter hat einen SiC-Sensor und eine dichroitischen Filter, der genau auf den UV-Index angepasst ist. Die Kosten für diesen Filter machen den größten Teil des Preises des Solarmeter 6.5 aus. Die billigeren UV-Index-Messgeräte verwenden einen AlGaN-Sensor, der auch auf längere Wellenlängen reagiert.

Die billigen UV-Index-Messgeräte zeigen für natürliches Sonnenlicht und manche Lampen tatsächlich halbwegs richtige Werte an. Allerdings nur für diese Lichtquellen.
Lampen mit einem unnatürlich kurzwelligem UV-Spektrum haben einen sehr großen UV-Index. Im typischen Abstand der Lampen ist er > 20, manchmal sogar > 100. Diese Lampen verursachen schwere Verbrennungen oder Todesfälle bei Reptilien. Das Solarmeter 6.5 warnt korrekt vor diesen Lampen. Die billigen UV-Index-Messgeräte tun das nicht. Sie zeigen für diese Lampen einen kleinen Messwert an.
Lampen mit langwelligem UVB und kurzwelligem UVA haben einen sehr kleinen UV-Index. Diese Lampen bilden kein oder kaum Vitamin D3. Das Solarmeter 6.5 zeigt für diese Lampen korrekt einen sehr kleinen Wert an, z.B. 0,2. Die billigen UV-Index-Messgeräte tun das nicht. Bei ihnen ist der Messwert größer, z.B. 1,5.

Billige UV-Index-Messgeräte führen zu noch größeren Problemen, wie wir sie mit dem Solarmeter 6.2 bereits hatten: verbrennungsschaeden_2007.

Übersicht über verschiedene ungeeignete UV-Index-Messgeräte

Hier fasse ich kurz meine persönliche Meinung zu verschiedenen UV-Index-Messgeräten zusammen. Worauf sich meine Beurteilung stützt schreibe ich im nächsten Abschnitt.

Ich beurteile gerne weitere UV-Index-Messgeräte, wenn Sie mir diese für wenige Tage für einen Test zur Verfügung stellen. Bitte kontaktieren Sie mich.

Das Oregon Scientific zeigt unter einer UVB-LED-Lampe in wenigen cm Abstand den Wert “0” an. Das Spektrometer berechnet in 10 cm Abstand UV-Index 22.

Oregon Scientific Tragbares UV Messgerät EB 612 Orange/weiß

Erhältlich z.B. bei Amazon für ca. 20€. Ich halte dieses Messgerät für ungeeignet. Es zeigt nachweislich bei Lampen mit kurzwelligem UV-Spektrum und großer Verbrennungsgefahr viel zu kleine Messwerte an. In meinem Fall bei einer Leuchtstoffröhre mit UVB-313-Spektrum statt 20 nur 2, bei einer UVB-LED 0 statt 30. Es besteht die Gefahr schwerster Verbrennungen, wenn ein solche ungeeignete Lampe in kurzem Abstand zum Tier genutzt wird.

Smart Lab / FTlab Smart UV Checker FUV-001

Ein kleines Messgerät, das in den Kopfhörereingang eines Smartphones gesteckt wird. Es kostet nur ca. 30€. Laut einer Rezensionen auf Amazon zeigt das Messgerät hinter Fensterglas mit Doppelverglasung noch einen UV-Index von 0,5 an. Das zeigt deutlich, dass das Messgerät selbst auf mittelwellige UVA-Strahlung reagiert. Es ist für den Check der Terrarienbeleuchtung daher ungeeignet.

R>>G Instrument UVB Meter for Reptile

Dieses auffällig orange-grün gefärbte Messgerät mit Klappdeckel mit SiC-Photodiode und Empfindlichkeit 280 nm - 320 nm misst UVB in µW/cm². Es wird bei Amazon und Ebay unter zahlreichen Markennamen angegeben, übereinstimmend ist aber die aufgedruckte Bezeichnung “R > > G Instrument” unten auf der Vorderseite.
Da keine Details zur Kalibrierung oder spektralen Empfindlichkeit bekannt sind, rate ich vom Einsatz ab.
Bei der Vermarktung unter verschiedenen Namen und Herstellerangaben halte ich es außerdem für sehr wahrscheinlich, dass die Messgeräte von Charge zu Charge große Abweichungen haben werden.

R>>G Instrument UV-Index Messgerät

Dieses auffällig orange-gelb gefärbte Messgerät mit Klappdeckel mit SiC-Photodiode misst den UV-Index. Es wird bei Amazon und Ebay unter zahlreichen Markennamen angegeben, übereinstimmend ist aber die aufgedruckte Bezeichnung “R > > G Instrument” unten auf der Vorderseite.
Bei der Vermarktung unter verschiedenen Namen und Herstellerangaben halte ich es außerdem für sehr wahrscheinlich, dass die Messgeräte von Charge zu Charge große Abweichungen haben werden.

Ich habe dieses Messgerät sehr ausführlich getestet, der vollständige Testbericht ist hier: PDF

Lutron YK-35UV

Das Messgerät hat einen externen Sensor, ähnlich wie die meisten Luxmeter, was natürlich sehr praktisch ist. Allerdings misst es laut Datenblatt UVB und UVA im Messbereich 260 nm bis 390 nm und ist daher nicht in der Lage die Vitamin-D-wirksame Strahlung zu erkennen.

Konsistenzchecks

Wer ein günstiges UV-Index-Messgerät selbst überprüfen will, dem empfehle ich folgende Konsistenzchecks:

(A) Test des Messgeräts mit natürlichem Sonnenlicht

Insbesondere bei UV-Index-Messgeräten bietet sich ein Konsistenzcheck mit der Sonnenstrahlung an. So lässt sich leicht überprüfen, ob das Messgerät zumindest für Sonnenstrahlung sinnvolle Werte misst. Ob das Gerät auch bei der künstlichen UV-Strahlung von Reptilienlampen funktioniert, sagt das nicht aus, aber ein solcher Test siebt zumindest die ganz schlechten Messgeräte aus.

1. Der höchste gemessene UV-Index-Wert muss mit dem Messwert offizieller Messstellen übereinstimmen. In Deutschland veröffentlich solche Messwerte das Bundesamt für Strahlenschutz, International hat das finnische metrologische Institut gute Karten. Die UV-Index-Messwerte gelten für horizontale Messung (Messgerät zeigt senkrecht nach oben).

2. Der Tagesverlauf des UV-Index muss mit den Messwerten offizieller Messstellen übereinstimmen. Für die Schweiz veröffentlicht das Bundesamt für Gesundheitentsprechende Grafiken, International wieder das finnische metrologische Institut.

3. Das Verhältnis von Messwert bei geneigtem Messgerät (Sensor zeigt direkt zur Sonne) und horizontalem Messgerät muss ungefähr dem Sinus des Sonnenwinkels entsprechen. Der Sonnenhöhenwinkel kann z.B. auf sonnenverlauf.de für beliebigen Ort, Datum und Uhrzeit berechnet werden.

Datum, Uhrzeit	Messwert horizontal Solarmeter	Messwert horizontal Oregon	UV-Index Referenz
08.05.2016, 10:00	2,2	1	3,5
08.05.2016, 11:00	3,7	5	4,8
08.05.2016, 12:00	5,0	7	5,7
08.05.2016, 13:00	5,3	7	6,0
08.05.2016, 14:00	5,0	6	5,7
08.05.2016, 17:30	0,8	0	1,5
08.05.2016, 18:00	0,4	0	1,0

Für den 08.05.2016 wurde in Süddeutschland ein maximaler UV-Index von 5-6 gemessen, die Vorhersage folgt dem typischen Tagesverlauf. Das Solarmeter 6.5 stimmt gut mit der offiziellen Messung überein. Das Oregon Scientific hat generell ein Problem mit schrägem Lichteinfall, da der Sensor etwas vertieft im Gehäuse sitzt und leicht abgeschattet wird.

Datum, Uhrzeit	Sonnen-winkel	UV-Index Referenz	Messwert geneigt / horizontal Solarmeter	Messwert geneigt / horizontal Oregon	Sinus (Sonnen-winkel)
08.05.2016, 10:00	39,68°	3,5	2,2 / 3,0 = 0,73	1 / 6 = 0,17	0,64
08.05.2016, 11:00	48,35°	4,8	3,7 / 4,6 = 0,80	5 / 7 = 0,71	0,75
08.05.2016, 12:00	55,14°	5,7	5,0 / 6,0 = 0,83	7 / 9 = 0,78	0,82
08.05.2016, 13:00	58,58°	6,0	5,3 / 6,2 = 0,85	7 / 9 = 0,78	0,85
08.05.2016, 14:00	57,51°	5,7	5,0 / 6,0 = 0,83	6 / 8 = 0,75	0,84
08.05.2016, 17:30	30,51°	1,5	0,8 / 1,5 = 0,53	0 / 5 = 0,00	0,51
08.05.2016, 18:00	25,59°	1,0	0,4 / 1,0 = 0,40	0 / 3 = 0,00	0,43

Das Oregon Scientific hat eine sehr schlechte Kosinuskorrektur, es kommt wegen des tief sitzenden Sensors sehr schlecht mit schräg einfallender Strahlung zurecht. Richtet man das Oregon Scientific senkrecht zur Sonnenstrahlung aus, waren alle Messwerte für natürliches Sonnenlicht deutlich zu hoch.

Beim Solarmeter mit Keramikstreuscheibe stimmt die Kosinuskorrektur gut.

(B) UV-Index hinter Fensterglas

Einige besonders schlechte UV-Index-Messgeräte messen auch langwellige UVA-Strahlung. Hinter einer dünnen Scheibe Fensterglas oder Terrarienglas muss der Messwert bei Sonnenlicht 0 sein.

(C) Vergleich mit anderen Messgeräten für - wichtig!! - möglichst unterschiedliche UV-Spektren

Im Idealfall ist es möglich, das günstige UV-Index-Messgerät mit einem hochwertigen Messgerät (im Idealfall einem Spektrometer) zu vergleichen. Dieser Vergleich sollte mit möglichst unterschiedlichen UV-Spektren durchgeführt werden.

ein sonnenähnliches UV-Spektrum, z.B. Sonnenlicht oder eine hochwertige UV-Leuchtstofflampe
eine UV-Mischlichtlampe mit Linienspektrum
ein Spektrum mit hohem Anteil kurzwelliger Strahlung, z.B. eine UV-Leuchtstofflampe mit UVB313-Leuchtstoff (Solarmeter-Verhältnis < 15)
eine UV-HQI-Lampe
eine UVB-LED (zB 305nm oder 310nm)
eine langwellige UVC-LED (z.B. 270nm)

UV-Quelle	Messwert Oregon Scientific	Messwert Solarmeter 6.5
Sonnenlicht 08.05.2016, 13:00	7	5,3
Leuchtstofflampe Ai..M back to nature	2	26,0

Literatur

[631] Heikkilä, A., Kärhä, P., Tanskanen, A., Kaunismaa, M., Koskela, T., & Kaurola, J., et al. (2009). Characterizing a uv chamber with mercury lamps for assessment of comparability to natural uv conditions. Polymer Testing, 28(1), 57–65.
[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(4), 57–62.
[709] Rombach, R. (2011). Informationen zum uv-b licht jbl l-u-w JBL.
[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(4), 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(4), 757–766.
[574] Baines, F. M. 2010, March 4—7 Photo-kerato-conjunctivitis in reptiles. Paper presented at 1st International Conference on Reptile and Amphibian Medicine, München.
[1357] Mackin, S. J. (2005) Evolution of ultraviolet meters at solartech inc. The Citizen Scientist, . Retrieved January 1, 2006, http://www.soamsci.org/tcs/2005_07_15.html

¹⁾ , ²⁾

https://www.facebook.com/groups/ReptileLighting/posts/2367618716706044/?comment_id=2367813350019914

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Discussion

GUEST: Otto Birr, 2021/04/30 18:25

Zu UV-Index hinter Fensterglas, das stimmt so nicht. Die Durchlässigkeit (Transmission) im UV-Spektrum hängt von der Dicke und Zusammensetzung einer Glasscheibe ab.

Flachglas / Floatglas (Fensterglas) hat eine hohe UV-Durchlässigkeit für UVA und UVB wird weitestgehend absorbiert.[1,2]

Die Durchlässigkeit steigt (laut [3]) im Bereich 290 - 300 nm steil an und der UVB-Bereich liegt zwischen 280 - 315 / 320 nm. Je nach Sensor und dessen spektrale Empfindlichkeit können somit Werte ungleich 0 angezeigt werden. Eine genaue Aussage kann man in diesem Fall nur mit einem Spektrometer machen.

Da auch UVA einen Sonnenbrand auslösen kann sollte ein UV-Index-Messgerät auf jeden Fall einen Wert anzeigen. Ansonsten würde ja suggeriert, dass keine Gefahr für die Gesundheit besteht. Einen Wert anzuzeigen, auch wenn keine Gefahr besteht, schadet hingegen nicht. Somit wäre auf jeden Fall ein Messgerät vorzuziehen, dass einen Wert anzeigt.

Referenzen: [1]http://www.rothkegel.com/transmissionkurven_versc_glaeser.html [2]https://www.fensterversand.com/info/qualitaet/uv-durchlaessigkeit-glas.php [3]https://www.deutsche-fensterwerke.de/fenster-und-uv-schutz

sarina, 2021/05/17 09:58, 2021/05/17 10:48

Hallo Otto Birr, danke für die Anmerkungen und Links!

Auf meiner Webseite geht es speziell um die Terrarienbeleuchtung. In dem Zusammenhang ist “Einen Wert anzuzeigen, auch wenn keine Gefahr besteht, schadet hingegen nicht” falsch, weil es Reptilienhaltern auch darum geht, ob Vitamin D3 gebildet wird. Ein Messgerät darf also nicht fälschlich anzeigen, eine UV-Lampe wäre zur Vitamin-D3-Synthese geeignet.

Auch ist es zwar richtig, dass auch UVA-Strahlung zu Schäden führen kann, jedoch ist der UV-Index so definiert, dass nahezu kein UVA enthalten ist. “Da auch UVA einen Sonnenbrand auslösen kann sollte ein UV-Index-Messgerät auf jeden Fall einen Wert anzeigen.” Ein UV-Index-Messgerät darf also für UVA keinen oder nahezu keinen Wert anzeigen, sonst ist es kein UV-Index-Messgerät sondern ein UV-Messgerät.

Es gibt einige Gläser, die sehr gut UVB-transparent sind, hinter handelsüblichem Fensterglas muss ein UV-Index-Messgerät aber einen sehr deutlich verringerten Wert anzeigen, in den meisten Fällen 0. Ich habe hier auch einige Transmissionskurven für Glas gesammelt.

Viele Grüße Sarina

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