Ultraviolet stråling (ultraviolette stråler, UV-stråling; lat. ultra - over, hinsides + violet - violet) - elektromagnetisk stråling , der optager spektralområdet mellem synlig og røntgenstråling . Bølgelængder af UV-stråling ligger i området fra 100 til 400 nm (7,5⋅10 14 -3⋅10 16 Hz ). I daglig tale kan navnet "ultraviolet" også bruges [1] .
Efter opdagelsen af infrarød stråling begyndte den tyske fysiker Johann Wilhelm Ritter at lede efter stråling og ud over den modsatte ende af det synlige spektrum, med bølgelængder kortere end violet stråling.
I 1801 opdagede han, at sølvchlorid , som nedbrydes under påvirkning af lys, nedbrydes hurtigere under påvirkning af usynlig stråling uden for det violette område af spektret. Hvidt sølvklorid bliver mørkere i lyset i flere minutter. Forskellige dele af spektret har forskellige effekter på mørkningshastigheden. Dette sker hurtigst før det violette område af spektret. Det blev derefter enige af mange forskere, herunder Ritter, at lys bestod af tre separate komponenter: en oxiderende eller termisk (infrarød) komponent, en oplysende komponent (synligt lys) og en reducerende (ultraviolet) komponent.
Ideer om enhed af de tre forskellige dele af spektret dukkede først op i 1842 i værker af Alexander Becquerel , Macedonio Melloni og andre.
Det elektromagnetiske spektrum af ultraviolet stråling kan opdeles i undergrupper på forskellige måder. ISO-standarden for definition af solstråling (ISO-DIS-21348) [2] giver følgende definitioner:
| Navn | Bølgelængde, nm | Frekvens, PHz | Mængde energi pr. foton, eV | Forkortelse |
|---|---|---|---|---|
| Nær ved | 400-300 | 0,75-1 | 3.10-4.13 | NUV |
| Ultraviolet A, lang bølgelængde | 400-315 | 0,75-0,952 | 3,10-3,94 | UVA |
| Gennemsnit | 300-200 | 1-1,5 | 4.13-6.20 | MUV |
| Ultraviolet B, mellembølge | 315-280 | 0,952-1,07 | 3,94-4,43 | UVB |
| Yderligere | 200-122 | 1,5-2,46 | 6.20-10.2 | FUV |
| UV C, kortbølget | 280-100 | 1,07-3 | 4.43-12.4 | UVC |
| Ekstrem | 121-10 | 2,48-30 | 10,2-124 | EUV, XUV |
Det nære ultraviolette område omtales ofte som " sort lys ", da det ikke genkendes af det menneskelige øje, men når det reflekteres fra nogle materialer, går spektret ind i det synlige strålingsområde på grund af fænomenet fotoluminescens. Men ved relativt høje luminanser, såsom dem fra LED'er , bemærker øjet violet lys, hvis strålingen fanger grænsen for 400 nm synligt lys.
Udtrykket "vakuum" (VUV) bruges ofte til det fjerne og ekstreme område, på grund af det faktum, at bølger i dette område absorberes kraftigt af jordens atmosfære.
Den vigtigste kilde til ultraviolet stråling på Jorden er solen . Forholdet mellem UV-A og UV-B strålingsintensitet, den samlede mængde af ultraviolette stråler, der når jordens overflade, afhænger af følgende faktorer:
Takket være skabelsen og forbedringen af kunstige kilder til UV-stråling, som gik sideløbende med udviklingen af elektriske kilder til synligt lys, er specialister, der arbejder med UV-stråling i medicin, forebyggende, sanitære og hygiejniske institutioner, landbrug mv. væsentligt større muligheder end ved brug af naturlig UV-stråling. En række større elektriske lampevirksomheder udvikler og fremstiller UV-lamper til fotobiologiske installationer, for eksempel har Philips et produktsortiment på mere end 80 typer. I modsætning til belysning har UV-strålingskilder som regel et selektivt spektrum, designet til at opnå den maksimalt mulige effekt for en bestemt fotobiologisk proces.
Erythema-lamper blev udviklet i 1960'erne for at kompensere for "UV-mangel" ved naturlig stråling og især for at intensivere processen med fotokemisk syntese af vitamin D3 i menneskelig hud ("anti-rachitis-effekt"). I 1970'erne og 1980'erne blev erytemiske fluorescerende lamper , ud over medicinske institutioner, brugt i specielle "fotaria" (for eksempel for minearbejdere og bjergarbejdere), i individuelle offentlige og industrielle bygninger i de nordlige regioner samt til bestråling unge husdyr. Spektret af erytemiske lamper er meget forskelligt fra solens; region B står for det meste af strålingen i UV-området; stråling med en bølgelængde på mindre end 300 nm, som generelt er fraværende under naturlige forhold, kan nå op på 20 % af den samlede UV-stråling. Med en god "anti-rachitis-effekt" har strålingen fra erytemiske lamper med et maksimum i området 305-315 nm samtidig en stærk skadelig virkning på bindehinden.
I landene i Central- og Nordeuropa, såvel som i Rusland, er installationer af typen "Kunstligt solarium", der bruger UV-lamper, der forårsager en ret hurtig dannelse af en solbrun , meget udbredt . Solbruningslamperne fås i standard og kompakte versioner med ydelser fra 15 til 230 W og længder fra 30 til 200 cm.
I 1980 beskrev den amerikanske psykiater Alfred Levy effekten af "vinterdepression", som er klassificeret som en sygdom og kaldet "Seasonal Affective Disorder". Sygdommen er forbundet med utilstrækkeligt naturligt lys. I denne henseende er forbrugerne blevet interesseret i "fuldspektrum" lamper, der gengiver spektret af naturligt lys ikke kun i det synlige, men også i UV-området. Firmaerne Osram og Radium producerer lignende UV-lamper med en effekt på 18, 36 og 58 watt. Design og drift af installationer baseret på sådanne lamper i Den Russiske Føderation bør udføres under hensyntagen til kravene i IEC 62471:2006 "Fotobiologisk sikkerhed for lamper og lampesystemer" og GOST R IEC 62471-2013 "Lamper og lampesystemer. Lysbiologisk sikkerhed.
Lamper, hvis emissionsspektrum falder sammen med aktionsspektret af fototaxi af visse typer flyvende skadedyr (fluer, myg, møl osv.), bør bruges til at bekæmpe sidstnævnte. Sådanne lamper bruges som lokkende lamper i lysfælder installeret i caféer, restauranter, fødevareindustrivirksomheder, husdyr- og fjerkræfarme, tøjlagre mv.
Der er en række lasere , der opererer i det ultraviolette område. Laseren gør det muligt at opnå kohærent stråling af høj intensitet . Det ultraviolette område er imidlertid vanskeligt for lasergenerering, så der er ingen kilder så kraftige her som i det synlige og infrarøde område . Ultraviolette lasere finder deres anvendelse i massespektrometri , laser mikrodissektion , bioteknologi og anden videnskabelig forskning, i øjenmikrokirurgi ( LASIK ), til laserablation .
Som aktivt medium i ultraviolette lasere kan enten gasser (f.eks. en argonlaser [3] , nitrogenlaser [4] , excimerlaser , etc.), kondenserede inerte gasser [5] , specielle krystaller, organiske scintillatorer [6] , eller frie elektroner , der forplanter sig i undulatoren [7] .
Der er også ultraviolette lasere, der bruger virkningerne af ikke-lineær optik til at generere den anden eller tredje harmoniske i det ultraviolette område.
I 2010 blev der for første gang demonstreret en fri elektronlaser , der genererer sammenhængende fotoner med en energi på 10 eV (den tilsvarende bølgelængde er 124 nm), det vil sige i vakuum ultraviolet område [8] .
Mange polymerer, der anvendes i forbrugerprodukter, nedbrydes , når de udsættes for UV-lys. Problemet manifesterer sig i forsvinden af farve, anløbning af overfladen, revner og nogle gange fuldstændig ødelæggelse af selve produktet. Ødelæggelseshastigheden stiger med stigende eksponeringstid og intensitet af sollys. Den beskrevne effekt er kendt som UV-ældning og er en af varianterne af polymer-ældning.
Følsomme polymerer omfatter termoplast såsom polypropylen , polyethylen , polymethylmethacrylat ( organisk glas ), samt specielle fibre såsom aramid (inklusive Kevlar ). UV-absorption fører til ødelæggelse af polymerkæden og tab af styrke på en række punkter i strukturen.
For at forhindre nedbrydning tilsættes sådanne polymerer specielle stoffer, der er i stand til at absorbere UV, hvilket er særligt vigtigt, når produktet udsættes for direkte sollys.
Virkningen af UV-stråler på polymerer bruges i nanoteknologi , transplantation , røntgenlitografi og andre områder for at ændre egenskaberne ( ruhed , hydrofobicitet ) af overfladen af polymerer. For eksempel er den udjævnende virkning af vakuum ultraviolet på overfladen af polymethylmethacrylat kendt .
De biologiske virkninger af ultraviolet stråling i de tre spektralområder er væsentligt forskellige, så biologer skelner nogle gange mellem følgende områder som de vigtigste i deres arbejde:
Stort set al UV-C og cirka 90 % UV-B absorberes, når solstråling passerer gennem jordens atmosfære. Stråling fra UV-A-området absorberes svagt af atmosfæren, så den stråling, der når jordens overflade, indeholder en stor del af det nær ultraviolette UV-A og en lille brøkdel af UV-B.
Noget senere, i værkerne af O. G. Gazenko, Yu. E. Nefyodov, E. A. Shepelev, S. N. Zaloguev, N. E. Panferov, I. V. Anisimov, blev den angivne specifikke effekt af stråling bekræftet i rummedicin. Forebyggende generel sundhedsforbedrende UV-bestråling er reguleret af retningslinjerne 5046-89 "Profylaktisk ultraviolet bestråling af mennesker (ved brug af kunstige kilder til ultraviolet stråling)".
Handling på hudenUdsættelse af huden for ultraviolet stråling , ud over hudens naturlige beskyttende evne til at blive brun, resulterer i forbrændinger af varierende grad.
Ultraviolet stråling fører til dannelsen af mutationer ( ultraviolet mutagenese ). Dannelsen af mutationer kan til gengæld forårsage hudkræft, hudmelanom og for tidlig aldring. 86 % af hudmelanomtilfældene er forårsaget af overeksponering for ultraviolette stråler fra solen [9] .
HudbeskyttelseTøj og specielle solcremer med et " SPF "-tal større end 10 er effektive midler til at beskytte mod ultraviolet stråling Dette tal angiver eksponeringsdæmpningsfaktoren. Det vil sige, at tallet 30 betyder, at du i alt kan opholde dig under solen i 30 timer og få samme effekt som på en time, dog uden beskyttelse. For solbrune elskere betyder det i praksis, at brugen af cremer med et stort antal "SPF" slet ikke er nogen solbrun farve og et tomt tidsfordriv på stranden. Det er rationelt at sænke antallet af "SPF" efterhånden som den solbrune farve fremstår, begrænse tiden tilbragt i solen og holde pause i solbadning end brugen af cremer med et "SPF"-tal større end 6.
Typer af beskyttende cremerSyntetiske cremer indeholder ultraviolet reflekterende mineraler såsom zinkoxid eller komplekse organiske forbindelser, der polymeriserer, når de udsættes for lys. Deres beskyttelsesfaktor når "SPF" 50. Naturlige midler har været kendt siden det gamle Egypten, disse er forskellige vegetabilske olier. Deres beskyttelsesfaktor er lav: "SPF" er ikke mere end 6,5. Langtidsprognose for, hvor sandsynlig hudkræft er fra syntetiske solcremer i sig selv sammenlignet med eksponering for sollys, er endnu ikke tilgængelig.
Effekter på øjneneUltraviolet stråling af mellembølgeområdet (280-315 nm) er praktisk talt umærkelig for det menneskelige øje og absorberes hovedsageligt af hornhindens epitel , som med intens bestråling forårsager strålingsskader - hornhindeforbrændinger ( elektrophthalmia ). Dette manifesteres af øget tåredannelse, fotofobi, ødem i hornhindens epitel, blefarospasme . Som et resultat af en udtalt reaktion af øjenvæv på ultraviolet, påvirkes de dybe lag ( hornhindestroma ) ikke, da menneskekroppen refleksivt eliminerer virkningerne af ultraviolet på synsorganerne, kun epitelet er påvirket. Efter regenereringen af epitelet er synet i de fleste tilfælde fuldstændigt genoprettet. Blød langbølget ultraviolet (315-400 nm) opfattes af nethinden som et svagt violet eller gråblåt lys, men tilbageholdes næsten fuldstændigt af linsen, især hos midaldrende og ældre mennesker [10] . Patienter implanteret med tidlige kunstige linser begyndte at se ultraviolet lys; moderne prøver af kunstige linser slipper ikke ultraviolet igennem (dette gøres for at solens ultraviolet lys ikke beskadiger nethinden). Kortbølget ultraviolet (100-280 nm) kan trænge ind i nethinden. Da ultraviolet kortbølget stråling normalt er ledsaget af ultraviolet stråling af andre områder, med intens eksponering for øjnene, vil en hornhindeforbrænding (elektroftalmi) forekomme meget tidligere, hvilket vil udelukke effekten af ultraviolet stråling på nethinden af ovenstående årsager. I klinisk oftalmologisk praksis er den primære type øjenskade forårsaget af ultraviolet stråling hornhindeforbrænding (elektroftalmi).
ØjenbeskyttelseEn sort lyslampe er en lampe, der overvejende udsender i den langbølgede del af det ultraviolette område af spektret (UVA-området), det vil sige ud over den korte bølgelængdegrænse for det spektrale område, der er optaget af synligt lys.
For at beskytte dokumenter mod forfalskning er de ofte forsynet med selvlysende mærker, der kun er synlige under ultraviolet lys. De fleste pas, såvel som pengesedler fra forskellige lande, indeholder sikkerhedselementer i form af maling eller tråde, der lyser i ultraviolet lys.
Den ultraviolette stråling fra sortlyslamper er ret mild og har den mindst alvorlige negative indvirkning på menneskers sundhed. Men når man bruger disse lamper i et mørkt rum, er der en vis fare for øjnene, netop forbundet med ubetydelig stråling i det synlige spektrum: i mørke udvider pupillen sig, og mere stråling kommer uhindret ind i nethinden.
Ultraviolette lamper bruges til dekontaminering ( desinfektion ) af vand, luft og forskellige overflader på alle områder af menneskelig aktivitet. Fuldstændig sterilisering fra mikroorganismer ved hjælp af UV-stråling kan ikke opnås - det påvirker ikke nogle bakterier , mange typer svampe og prioner [12] .
I de mest almindelige lavtrykslamper falder næsten hele emissionsspektret ved en bølgelængde på 253,7 nm, hvilket er i god overensstemmelse med toppen af den baktericide virkningskurve (det vil sige effektiviteten af UV-absorption af DNA- molekyler ). Denne top er placeret omkring bølgelængden på 265 nm [13] , hvilket har den største effekt på DNA, men naturlige stoffer (f.eks. vand) forsinker UV-gennemtrængning.
Relativ spektral baktericid effektivitet af ultraviolet stråling - den relative afhængighed af virkningen af bakteriedræbende ultraviolet stråling på bølgelængden i det spektrale område på 205-315 nm. Ved en bølgelængde på 265 nm er den maksimale værdi af den spektrale baktericide effektivitet lig med én.
Germicid UV-stråling ved disse bølgelængder forårsager thymin - dimerisering i DNA-molekyler. Akkumuleringen af sådanne ændringer i mikroorganismers DNA fører til en opbremsning i deres reproduktion og udryddelse. bakteriedræbende UV-lamper bruges hovedsageligt i enheder som bakteriedræbende bestrålere og bakteriedræbende recirkulatorer .
Desinfektion af luft og overfladerUltraviolet behandling af vand, luft og overflader har ikke en langvarig effekt. Fordelen ved denne funktion er, at skadelige virkninger på mennesker og dyr er udelukket. Ved spildevandsrensning påvirkes vandområdernes UV-flora ikke af udledninger, som for eksempel når der udledes klorbehandlet vand, som fortsætter med at ødelægge livet længe efter, at det har været brugt i renseanlæg.
bakteriedræbende ultraviolette lamper omtales ofte blot som bakteriedræbende lamper i hverdagen . Kvartslamper har også en bakteriedræbende effekt, men deres navn skyldes ikke virkningen af handling, ligesom bakteriedræbende lamper, men er forbundet med pærens materiale - kvartsglas .
Desinfektion af drikkevandDesinfektion af vand udføres ved kloreringsmetoden i kombination, som regel med ozonering eller desinfektion med UV-stråling, dette er en sikker, økonomisk og effektiv desinfektionsmetode. Hverken ozonering eller ultraviolet stråling har en bakteriedræbende eftervirkning, derfor er de ikke tilladt at blive brugt som selvstændige midler til vandesinfektion ved tilberedning af vand til drikkevandsforsyning, til svømmebassiner. Ozonering og ultraviolet desinfektion anvendes som yderligere desinfektionsmetoder, sammen med klorering, øger effektiviteten af klorering og reducerer mængden af tilsatte klorholdige reagenser [14] .
UV-desinfektion udføres ved at bestråle mikroorganismer i vand med UV-stråling af en vis intensitet (en tilstrækkelig bølgelængde til fuldstændig ødelæggelse af mikroorganismer er 260,5 nm) i et vist tidsrum. Som et resultat af en sådan bestråling dør mikroorganismer "mikrobiologisk", da de mister deres evne til at reproducere. UV-stråling i bølgelængdeområdet på omkring 254 nm trænger godt gennem vand og cellevæggen i en vandbåren mikroorganisme og absorberes af mikroorganismers DNA , hvilket forårsager skade på dens struktur. Som et resultat stopper processen med reproduktion af mikroorganismer. Denne mekanisme strækker sig til levende celler af enhver organisme som helhed, og dette er årsagen til faren for hård ultraviolet stråling.
Selvom UV-behandling er flere gange ringere end ozonering med hensyn til effektiviteten af vanddesinfektion , er brugen af UV-stråling en af de mest effektive og sikre metoder til vandesinfektion i tilfælde, hvor mængden af behandlet vand er lille.
I øjeblikket, i udviklingslande, i regioner, der mangler rent drikkevand , introduceres metoden til vanddesinfektion med sollys (SODIS), hvor den ultraviolette komponent af solstråling spiller hovedrollen i vandrensning fra mikroorganismer [15] [16] .
UVR er en fysioterapeutisk procedure, bestråling af visse dele af den menneskelige krop ( nasopharynx , indre øre , sår osv.) med ultraviolet stråling af et eller andet område. Højenergi kortbølget UV-stråling bruges til behandling af akutte inflammatoriske hudsygdomme, purulent inflammation osv. Langbølget stråling bruges til behandling af kroniske hudsygdomme [17] .
UV -spektrofotometri er baseret på at bestråle et stof med monokromatisk UV-stråling, hvis bølgelængde ændrer sig med tiden. Stoffet absorberer UV-stråling med forskellige bølgelængder i varierende grad. Grafen, på hvis y- akse mængden af transmitteret eller reflekteret stråling er plottet, og på abscissen - bølgelængden, danner et spektrum . Spektrene er unikke for hvert stof, det er grundlaget for identifikation af individuelle stoffer i en blanding samt deres kvantitative måling.
MineralanalyseMange mineraler indeholder stoffer, der, når de belyses med ultraviolet stråling, begynder at udsende synligt lys. Hver urenhed gløder på sin egen måde, hvilket gør det muligt at bestemme sammensætningen af et givet mineral ud fra glødens natur. A. A. Malakhov i sin bog taler om det sådan:
Den usædvanlige glød af mineraler er forårsaget af katode, ultraviolet og røntgenstråler. I en verden af døde sten lyser og skinner disse mineraler mest klart, som, efter at de er faldet ind i zonen med ultraviolet lys, fortæller om de mindste urenheder af uran eller mangan, der er inkluderet i klippens sammensætning. Mange andre mineraler, der ikke indeholder nogen urenheder, blinker også med en mærkelig "ujordisk" farve. Jeg tilbragte hele dagen i laboratoriet, hvor jeg observerede den selvlysende glød af mineraler. Almindelig farveløs calcit farvet mirakuløst under påvirkning af forskellige lyskilder. Katodestråler gjorde krystallen rubinrød, i ultraviolet lyste den røde toner op. To mineraler - fluorit og zircon - adskilte sig ikke i røntgenstråler. Begge var grønne. Men så snart katodelyset blev tændt, blev fluoritten lilla, og zirkonen blev citrongul.
- "Underholdende om geologi" (M., "Ung Garde", 1969. 240 sider), s. elleve Kvalitativ kromatografisk analyseKromatogrammer opnået ved TLC ses ofte i ultraviolet lys, hvilket gør det muligt at identificere en række organiske stoffer ved glødens farve og retentionsindekset.
Ultraviolet stråling bruges ofte til at fange insekter i lyset (ofte i kombination med lamper, der udsender i den synlige del af spektret). Dette skyldes, at i de fleste insekter er det synlige område forskudt, sammenlignet med menneskets syn, til den kortbølgelængde del af spektret: insekter ser ikke, hvad en person opfatter som rødt, men de ser blødt ultraviolet lys.
Ved visse doser forbedrer kunstig garvning tilstanden og udseendet af menneskelig hud, fremmer dannelsen af D- vitamin . På nuværende tidspunkt er fotars populære , som i hverdagen ofte kaldes solarier . De bruger kilder til næsten ultraviolet: UV-A (400-315 nm ) og UV-B (315-280 nm ). Det mildeste UV-A-lys stimulerer frigivelsen af melanin lagret i melanocytter, de cellulære organeller, hvor det produceres. Hårdere UV-B udløser produktionen af nyt melanin, og stimulerer også produktionen af D-vitamin i huden.Samtidig øger stråling i UV-A-området sandsynligheden for den farligste type hudkræft - melanom . UV-B-stråling blokeres næsten fuldstændigt af beskyttende cremer, i modsætning til UV-A, som trænger gennem en sådan beskyttelse og endda delvist gennem tøj. Generelt menes det, at små doser af UV-B er gavnlige for helbredet, og resten af UV er skadeligt [18] .
Et af eksperternes vigtigste værktøjer er ultraviolet, røntgen og infrarød stråling. Ultraviolette stråler giver dig mulighed for at bestemme ældningen af lakfilmen - en friskere lak i det ultraviolette ser mørkere ud. I lyset af en stor laboratorie-ultraviolet lampe fremstår restaurerede områder og håndværkssignaturer som mørkere pletter.
Ultraviolet stråling bruges til:
UV-stråling har en aktiv og alsidig biologisk effekt på levende organismer. Trænger ind i væv til en dybde på 0,5-1,0 mm, strålerne fører til aktivering af biokemiske processer. Under påvirkning af UV-stråling ændres mange morfofysiologiske og biokemiske parametre for planteceller. Disse ændringer afhænger af vævet, udviklingsstadiet af organismen, dens genotype og eksponeringsbetingelser (varighed og spektral sammensætning af stråling). Målet for kortbølget UV-C (kortbølget UV-stråling - med en bølgelængde på 200 til 280 nm) stråling i cellen er DNA . [19]
| elektromagnetiske spektrum | |
|---|---|
| Synligt spektrum | |
| Mikrobølgeovn | |
| radiobølger | |
| Bølgelængder | |