Breitbandmessgeräte gehören zu den beliebtesten UV-Messgeräten, da sie zu einem erschwinglichen Preis (ab ca. 150€) erhältlich sind. Sie zeichnen sich durch eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse, einem hohen Signal zu Rausch Verhältnis und eine sehr einfache Handhabung aus. Alle diese Vorteile, die Breitbandmessgeräte im Vergleich zu Spektrometern besitzen, machen Sie zu beliebten Messgeräten für Reptilienhalter. Die Interpretation der Messwerte ist jedoch vergleichsweise kompliziert: Breitbandmessgeräte messen die Bestrahlungsstärke gewichtet mit ihrem eigenen Empfindlichkeitsspektrum, das nicht mit der meist gleichnamigen Bezeichnung des Messgeräts überein stimmt. Messwerte verschiedener Lampen oder verschiedener Messgeräte sind daher grundsätzlich nicht vergleichbar. So kann eine Lampe die einen geringen Messwert an einem UVB-Messgerät als eine andere Lampe hat dennoch eine höhere UVB-Bestrahlungsstärke haben.
Ohne Kenntnis
hat der Einsatz eines Breitbandmessgeräts nur sehr begrenzte Aussagekraft.
Bei Lampen kommt zusätzlich hinzu, dass nicht nur punktuelle Messwerte relevant sind, sondern die räumliche Verteilung der Bestrahlungsstärke über Flächen die mindestens der Größe des Tieres entsprechen.
Das Messgerät besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten: Einem Detektor und einem Filter. Oft ist zusätzlich eine Streuscheibe über dem Filter enthalten, damit der Winkelbereich den das Messgerät erfasst etwas größer wird (Kosinuskorrektur). Ohne eine Streuscheibe wäre das Messergebnis zu stark abhängig vom Winkel unter dem das Messgerät zur Lichtquelle gehalten wird.
Als Detektor werden in der Regel Photodioden verwendet, die aus einem Halbleitermaterial besteht. Ein Photon dessen Energie zur Bandlücke des Halbleiters passt erzeugt ein Elektronen-Loch-Paar und somit letztlich Strom. Im Quasi-Kurzschluss-Betrieb hängt die Stromstärke linear von der Anzahl der einfallenden Photonen ab. Photodioden sind daher hervorragend zur Messung der Bestrahlungsstärke geeignet. Für Messgeräte im sichtbaren Bereich wird meist ein Silizium-Halbleiter verwendet. Um die Bandlücke an eine UV-Messung anzupassen sind andere Halbleiter, beispielsweise SiC, GaN, Diamant oder GaAsP, nötig.
Da die spektrale Empfindlichkeit der Photodiode meist noch nicht die gewünschte Form hat, kann sich durch Filter weiter eingeschränkt werden.
Der Strom der Photodiode muss anschließend noch in eine nützlichere Größe umgerechnet werden. Viele Messgeräte geben die Bestrahlungsstärke in µW/cm² oder W/m² an. Andere Messgeräte verwenden eine gewichtete Bestrahlungsstärke wie z.B. den UV-Index oder die Vitamin D3 Menge (internationale Einheiten pro Minute) an.
Dazu wird einer Lampe, deren Spektrum (gewichtete) Bestrahlungsstärke bekannt ist, mit dem Messgerät gemessen, und der Umrechungsfaktor von Strom in gewünschte Einheit ermittelt (Kalibration).
Zur Kalibration gibt es drei Möglichkeiten: Verwendung einer Linienlichtquelle, Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle oder Messung der Spektralen Empfindlichkeit des Messgeräts [120].
Als Linienlichtquelle wird üblicherweise eine Quecksilberdampflampe (254 nm, 313 nm, 365 nm) verwendet. Um den korrekten Messwert zu bestimmen, kann die Lampe mit einem einfachen Powermeter gemessen werden. Diese Methode ist schnell, einfach und sehr gut reproduzierbar. Bei Kalibration mit einer Linienlichtquelle liefert die Messung Bestrahlungsstärke einer breitbandingen Lichtquelle oft einen zu kleinen Wert, die Messung einer Linienlichtquelle einen zu hohen Wert [119].
Für Anwendungen im medizinischen Bereich wird meist mit einer breitbandingen Lichtquelle kalibriert. Dazu muss die breitbandige Lichtquelle zusätzlich mit einem Spektrometer vermessen werden, um herauszufinden, welcher Wert der korrekte Messwert ist.
Die fundierteste aber aufwändigste Kalibrationsmethode ist die Ermittlung der spektralen Empfindlichkeitskurve des Messgeräts.
Die Genauigkeit jeder Messung ist durch verschiedene statistische und systematische Fehler beschränkt [112][280]. Im Fall von Breitbandmessgeräten sind das
Neben diesen Fehlern hat die spektrale Empfindlichkeit des Messgeräts im Vergleich zur Größe die gemessen werden soll, einen größeren Einfluss auf den systematischen Fehler bei der Interpretation des Messwerts.
Auch wenn Breitbandmessgeräte oft als „UVB“-Messgerät oder „UV-Index“-Messgerät bezeichnet werden ist es technisch nicht möglich, die spektrale Empfindlichkeit des Messgeräts vollständig an die gewünschte Verwendung anzupassen. Ein Breitbandmessgerät bewertet die Strahlung der Lichtquelle (S_\mathrm{L}(\lambda)) grundsätzlich gemäß seiner eigenen spektralen Empfindlichkeit (s_\mathrm{M}(\lambda)1)) und liefert einen Wert proportional zu M = F_\mathrm{Kalibr.}\int\limits_0^\infty \mathrm{d}\lambda S_\mathrm{L}(\lambda) \cdot s_\mathrm{M}(\lambda) = \int\limits_0^\infty \mathrm{d}\lambda S_\mathrm{L}(\lambda) \cdot s^*_\mathrm{M}(\lambda).
Der Messende interessiert sich meist aber für biologische oder chemische Wirkung oder einen physikalischen Bereich der Lampe, gegeben durch eine spektrale Empfindlichkeit s_\mathrm{A}(\lambda)2), also einen Wert A = \int\limits_0^\infty \mathrm{d}\lambda S_\mathrm{L}(\lambda) \cdot s_\mathrm{A}(\lambda).
Wenn das Spektrum der Lichtquelle S_\mathrm{L}(\lambda), das Spektrum der Kalibrationslampe S_\mathrm{K}(\lambda), die spektrale Empfindlichkeit des Messgeräts s_\mathrm{M}(\lambda) und die spektrale Empfindlichkeit des betrachteten Prozesses (z.B. UVB, Vitamin D Bildung …) s_\mathrm{A}(\lambda) bekannt sind, kann ein Korrekturfaktor errechnet werden [38], [119], der diese beiden Größen in Relation setzt:
Dieser Korrekturfaktor ist nur in zwei Fällen a=1, in diesem Fall stimmen Messwert und gewünschter Wert überein:
Je weiter diese Wertepaare von einander abweichen, desto stärker weicht der Messwert vom gewünschten Wert ab. Der Korrekturfaktur muss für jedes Messgerät (s_\mathrm{M}(\lambda) und S_\mathrm{K}(\lambda)) und jede gewünschte Anwendung (s_\mathrm{A}(\lambda) und S_\mathrm{L}(\lambda)) bestimmt werden. Pauschale Aussagen über den Fehler eines Breitbandmessgeräts sind unseriös. Will man die Abhängigkeit von der konkreten Lampe reduzieren, bietet sich, die „Integral characterisation“ f_1' an [112] 3) :
Der Messwert eines einzelnen Breitbandmessgeräts M=F_\mathrm{Kalibr.}\int\mathrm{d}\lambda S_\mathrm{L}(\lambda)s_\mathrm{M}(\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.
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