Ultraviolet stråling

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Ultraviolet stråling , UV for kort, UV -stråling , UV -lys eller sort lys , erelektromagnetisk stråling i det optiske frekvensområde ( lys ) med kortere bølgelængder end lys, der er synligt for mennesker. Ud over UV-strålingen er der røntgenstråling . Farveopfattelsen violet stammer fra de korteste bølgelængder, der stadig kan opfattes af øjet . "Ultraviolet" (latin: ultra hinsides ) [1] betyder "hinsides violet", dvs. forholdsvis højere lysfrekvenser, der ligger ud over dem i det synlige spektrum . I tilfælde af sorte lyslamper undertrykkes den ledsagende andel af synlig stråling stort set af et filter, så hovedsageligt kun fluorescerende stoffer skinner i en scene bestrålet med dem.

opdagelse

Opdagelsen af ​​UV -stråling fulgte fra de første forsøg med sorte sølvsalte i sollys. I 1801 gjorde den tyske fysiker Johann Wilhelm Ritter i Jena observationen af, at stråler ud over den violette ende i det synlige spektrum var meget effektive til at sorte sølvkloridpapir. Han kaldte oprindeligt strålerne for "de-oxiderende stråler" for at understrege deres kemiske effektivitet og for at adskille dem fra de infrarøde "varmestråler" i den anden ende af spektret. Indtil 1800 -tallet blev UV omtalt som "kemisk stråling". Udtrykkene "infrarød stråling" og "ultraviolet stråling" bruges nu til at karakterisere de to typer stråling. [2]

De helbredende virkninger af kunstig UV -stråling blev opdaget i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. For eksempel rapporterede den østrigske læge Gustav Kaiser (1871–1954), der havde beskæftiget sig med elektroterapeutiske undersøgelser i Würzburg, til generalforsamlingen i Lægerforeningen i Wien i februar 1902 om selvforsøget med en UV-pære, som han plejede at komme sig efter et sår, der ikke ønsker at hele. Ifølge denne rapport siges det, at en patient, der lider af tuberkulose, er blevet helbredt på fire uger ved hjælp af det ”blå lys”. Opmuntret af disse succeser udvidede Kaiser sine eksperimenter med en hul linse til også at omfatte hudsygdomme, og han opnåede også gunstige resultater. Han konkluderede, at UV -strålingen har en bakteriedræbende virkning. [3]

Spektrum og navne

Bølgelængder [4]
UV-A 380-315 nm
UV-B 315-280 nm
UV-C 280-100 nm

UV-området strækker sig traditionelt fra 380 til 100 nm og er opdelt i underområderne UV-A, UV-B og UV-C med henblik på transmission af atmosfæriske gasser, se tabel. De "ikke-runde" grænser har følgende betydning: 380 nm er følsomhedsgrænsen for det menneskelige øje. Fra omkring 315 nm absorberer ozon så stærkt, at lys næsten ikke trænger ind i ozonlaget. Fra 280 nm er den normale, diatomiske ilt tilstrækkelig til fuldstændig absorption i atmosfæren. Fra omkring 200 nm bliver absorptionen af ​​ilt så stærk, at den også forstyrrer ved normale laboratorieafstande; desuden begynder fotolyse og ozondannelse. På den anden side hjælper skylning af strålebanen med beskyttelsesgas eller evakuering , hvorfra udtrykket vakuum ultraviolet (VUV) for dette område går tilbage. UV-C-området ender traditionelt (og i henhold til DIN 5031-7 [4] ) på grund af eksperimentelle problemer (transmission af brydningsoptik) noget vilkårligt ved 100 nm. Lys af denne bølgelængde absorberes allerede i ionosfæren .

Til brug over ozonlaget, dvs. til aeronomi og astronomi , er opdelingen i UV -A , -B og -C ikke relevant. Her skelnes der mellem nær (NUV), medium (MUV), langt (FUV) og ekstrem UV (EUV) mellem grænserne 400, 300, 200, 100 og 10 nm. [5] [6] Verdenssundhedsorganisationen (WHO) tillader også start af UV -området ved 400 nm. [7]

Kilder til ultraviolet stråling

Ændring i intensitetsfordelingen af ​​solstråling gennem jordens atmosfære, især UV -stråling
Aurora over Jupiters nordpol, fotograferet af Hubble -rumteleskopet i UV -spektret

I tilfælde af termisk stråling bestemmes andelen af ​​UV -stråling af Plancks lov om stråling og Wiens forskydningslov . Spændte elektroner kan generere UV -stråling, hvis deres energi er over 3,3 eV . Det samme gælder i ringe grad temperaturen af ​​glødetråds glødelamper , hvorfor især halogen glødelamper også udsender en del ultraviolet stråling.

Naturlige kilder

Ultraviolet stråling er indeholdt i kortbølgedelen af solstråling . På grund af absorptionen i jordens atmosfære (især i ozonlaget ), penetrerer UV-A og lidt UV-B-stråling med en bølgelængde under 300 nm til jordens overflade og kan måles der (se solens UV-måleenetværk ). Visse gasser, især CFC'er , virker på ozonbindingen gennem solens UV og forskyder ligevægten i ozonlaget, resultatet er ozonhullet , hvorved UV-B-eksponeringen af ​​jordoverfladen stiger.

Andre kosmiske objekter som pulsarer , stærkt ophidsede gasmasser og de fleste faste stjerner udsender også UV -stråling. Polarlys indeholder også ultraviolet stråling. Naturlige terrestriske kilder til ultraviolet er tordenvejr og Elmsfeuer .

Kunstige kilder

Lommelygte med UV lysdioder

Ultraviolet stråling opstår fra følgende kunstige kilder:

Der er andre menneskeskabte kilder, for hvilke ultraviolet emission er af sekundær betydning:

Intense UV -kilder

  • Buesvejsning er en intens ultraviolet kilde, så svejsere og tilskuere skal beskytte deres øjne og hud.
  • Rumrejser: Intensiv UV-B og UV-C kræver særlige materialer, især til rumdragterne og deres visirer til udendørs brug. Solceller placeret uden for “UV -filter” i jordens atmosfære er beskadiget og har en kortere levetid end på jorden.
  • Ved laser- og elektronstrålebehandling skal der tages hensyn til UV -emissionen med hensyn til arbejdsmiljø og sikkerhed.

interaktion

Ultraviolet stråling opfattes ikke af det menneskelige øje, fordi det på forhånd absorberes fuldstændigt af øjenlinsen . Overgangen fra violet til ultraviolet er individuelt flydende. Patienter, der havde mistet deres linser efter ulykker eller operationer, beskrev UV-lys som hvidligt, "mælkeagtigt" blåviolet. Den absorberende linse beskytter sandsynligvis nethinden mod skader, da den relativt langlivede person ellers kunne blive blind. En mærkbar ændring i opfattelsen i grænseområdet violet / UV kan bemærkes efter linseskiftet som følge af operationen på linsens grå stær gennem en intraokulær linse . Der synes også at være en forbindelse med synsskarphed: dyrearter, hvis linser tillader mindre UV -lys at trænge igennem, ser mere skarpt og mere præcist. [8] Nogle dyr (insekter, fugle, fisk, krybdyr) kan delvist opfatte dem. Ifølge undersøgelser i 2014 tillader linser til betydeligt flere dyr end tidligere antaget, at ultraviolet lys kan passere, herunder hunde og katte. Om de virkelig kan se ultraviolet stråling, skal undersøges i yderligere undersøgelser. [8.]

Under en bølgelængde på 200 nm er energien i en strålingskvantum høj nok til at frigive elektroner fra atomer eller molekyler , dvs. at ionisere dem . Som med gamma og røntgenstråler kaldes kortbølge ultraviolet stråling under 200 nm ioniserende stråling .

fysik

Kvartsglas (silicaglas) er gennemsigtigt for hele UV -området, der naturligt kommer fra solen op til omkring 250 nm på jordens overflade. Normalt glas (sodavandglas), især normalt vinduesglas , tillader ikke ultraviolet stråling under 320 nm at passere igennem. Borosilikatglas (som Jenaer Glas ) tillader UV-stråling at passere op til omkring 290 nm, højt borosilikatglas tillader UV-stråling at passere op til omkring 180 nm. Vinduesglas er gennemtrængeligt for UV-A. Stråling under 290 nm overføres gennem naturlige eller syntetiske kvartskrystaller . I UV-C-området mellem 100 nm og 250 nm er syntetisk kvartsglas og nogle borsilicatglas gennemsigtige [9] . På den anden side tillader naturligt kvarts og almindeligt silicaglas ikke at UV-stråling under 200 nm overføres på grund af deres titanindhold, hvorfor kvartsglas af høj renhed fremstillet af syntetisk siliciumdioxid bruges til afladningskar af UV-lamper der formodes at generere så korte bølgelængder. En sådan anvendelse er fotolitografi eller behandling af vand med høj renhed, hvor UV bruges til at oxidere de opløste organiske carbonforbindelser. Andre anvendelser til dette glas er optiske elementer til Ar F - excimer laserbølgelængden (193 nm). Imidlertid kortbølget, højintensitets ultraviolette skyer og optiske komponenter. Der stilles derfor høje renhedskrav til optik (f.eks. For excimerlasere). Ved kortere bølgelængder (op til 45 nm) bruges enkeltkrystallinsk calciumfluorid til linser, prismer eller vinduer.

På grund af sin korte bølgelængde er ultraviolet ofte excitationsbølgelængden for fluorescens i det synlige område. Imidlertid kan den UV-eksiterede fluorescensstråling selv være i det ultraviolette område. Den eksterne fotoeffekt forekommer med ultraviolet på alle metaloverflader. Det bruges i fotomultiplikatorerscintillationsdetektorer til at registrere ultraviolette strålingsimpulser ( neutrinodetektor , detektion og klassificering af ioniserende stråling ).

kemi

UV -stråling kan bryde organiske bindinger. Som følge heraf er det på den ene side livsfientligt på grund af ødelæggelsen af ​​biogene stoffer. Mange plastik er beskadiget af ultraviolet stråling gennem grumning, skørhed og forfald. Teknisk set kan UV-stråling med høj energi starte krydsbinding af monomerer for at producere specielle polymerer. [10]

Opdelingen af iltmolekyler ved kortbølget UV-stråling under 200 nm i atomært oxygen er af særlig betydning. Rekombinationen fører til dannelse af ozon - et kendetegn ved interaktionen mellem UV -stråling og luft på grund af dets lugt. Et stort antal andre sekundære reaktioner finder sted i disse processer, f.eks. Dem, der finder sted i ozonlaget . Med disse processer i ozonlaget er jordens overflade beskyttet mod hård (kortbølge) UV -stråling fra solen gennem absorberingsreaktioner, som forhindrer skader på biologisk materiale - herunder mennesker - og dermed muliggør eksistens af liv.

biologi

Selvom ultraviolet stråling er det laveste energiniveau for ioniserende stråling, kan det være farligt for mennesker og andre organismer. UV -stråling med en længere bølgelængde kan ødelægge kemiske bindinger i organiske molekyler. Der skal udvises forsigtighed ved håndtering af sollys ( solbeskyttelse ) og tekniske UV -kilder. Den overdrevne brug af solarier er stadig kontroversiel.

Effekten af ​​UV -stråling kan opdeles i forskellige områder:

areal Bølgelængde [4] Biologisk effekt
UV-A 315-380 nm Lange UV -bølger med mindre energi end UV har en større indtrængningsdybde i spredt biologisk væv og når dermis
UV-B 280-315 nm kortbølge, højenergi, er stærkere spredt i biologisk væv
  • Forsinker dannelsen af ​​melanin i epidermis med 72 timer - indirekte pigmentering , forsinket , langvarig garvning (se under hudfarve ) med ægte lysbeskyttelse ;
  • penetrerer mindre dybt end UV-A, men med en stærk erytemeffekt ( solskoldning );
  • fører til dannelsen af ​​det anti- rachitiske cholecalciferol (vitamin D 3 ) i huden.
  • Ifølge epidemiologiske undersøgelser offentliggjort i 2008 kan produktionen af ​​D-vitamin ved UV-B forhindre mange former for kræft. Ingen randomiserede, kontrollerede undersøgelser af dette var tilgængelige før 2014, men kræftforekomsten, som varierer med geografisk breddegrad, giver epidemiologisk bevis for en sammenhæng. [11] [12]
UV-C 100-280 nm Meget kortbølge, meget høj energi, er stærkt spredt i biologisk væv
  • når ikke jordens overflade, absorption af de øverste lag af luft i jordens atmosfære, selv i området af ozonhullet

Generering af ozon under omkring 242 nm gennem fotolyse af atmosfærisk ilt.

  • trænger ikke særlig dybt ind i huden på grund af den stigende spredning med den kortere bølgelængde.

UV-C-stråling (især emissionslinjen for kviksølvdamp ved 253,652 nm, som kan stimuleres ved lavt damptryk med højt udbytte (30-40% af den anvendte elektriske effekt)) bruges i fysisk desinfektionsteknologi (se også kviksølvdamp lamper ). Mens den indbyggede aminosyre tryptophan ved 280 nm (maksimum absorption for de fleste proteiner ) absorberer den ultraviolette stråling, er nukleinsyrer mest beskadiget ved 265 nm. Ved omkring 245 nm er det primært nukleinsyrerne, der absorberer, mens proteiner viser et relativt absorptionsminimum mellem absorptionsmaksimum omkring 280 nm af aromatiske aminosyrer ( tryptophan , tyrosin og phenylalanin ) og absorptionen af peptidbindingen mellem den enkelte amino syrer (maksimum ved omkring 220 nm). Derfor er det ved 253,7 nm (primær stråling ved lavtryks kviksølvdampudledning) også muligt at bestråle proteinopløsninger (såsom dyresera til cellekultur) for at inaktivere vira og bakterier indeholdt deri. [14] [15]

UV -stråling med bølgelængder under 100 nm forekommer kun med meget lav intensitet i sollys. Skaden afhænger ikke kun af UV -strålingens energi, men også af dybden af ​​penetration og den tid, vævet blev bestrålet. For eksempel absorberes UV-C-stråling ved 253,7 nm praktisk talt fuldstændigt på overfladen af ​​keratiniseret hud og er derfor mindre effektiv til at beskadige dybere cellelag end UV-B-stråling, som absorberes mindre og trænger ind i dem. Solskoldning ved et uheld forårsaget af en UV-C lampe vil derfor aftage helt inden for en dag, mens øjets hornhinde vil være sløret på lang sigt.

Menneskekroppen er tilpasset til naturlig stråling ( hudtype ) eller kan i begrænset omfang reagere på strålingseksponering gennem beskyttelsesmekanismer (garvning, fortykkelse), der primært udløses af UV-B-stråling. På grund af reaktionstiden for reparations- og beskyttelsesmekanismerne er en langsom stigning i strålingsintensitet og dosis afgørende for balancen mellem fordel og fare. Specielt afhængigt af tidspunktet på dagen, sæsonen og placeringen (breddegrad, havniveau) og miljø (reflekterende overflader, sand, sne) i intervallet 10-60 minutter om dagen, klassificeres eksponering af voksne for naturlig solstråling som fordelagtig til sundhed, men over det som skadeligt. Der er dog stærke afvigelser hos unge, syge mennesker og forskellige hudtyper.

Der skal udvises særlig forsigtighed ved udsættelse af øjnene. Ultraviolet forårsager konjunktivitis og uklarhed i hornhinden. Ved manuel lysbuesvejsning er en "svejsemaske" påkrævet på grund af kortbølget UV-stråling. Buer og gnistgab skaber et bredt spektrum af intens UV -stråling, der, hvis den bruges ubeskyttet (udsatte kropsdele), forårsager en forbrænding af huden svarende til en solskoldning efter få minutter. Huden føles "tør" og begynder at "stramme". Første grads forbrændinger (rødme) til anden grad (blærer) forekommer.

Langsigtet skade såsom hudaldring, hudkræft eller grå stær kan også forekomme, hvis erytemgrænsen ikke overskrides, men strålingen udføres hyppigt. Huden og øjnene registrerer al UV -stråling og ikke kun dem, der er over erytem -tærsklen.

UV -fotoner skader DNA (dette er mekanismen for direkte DNA -skade ).

DNA -skader er forårsaget af UV -stråling, når to tilstødende thyminbaser kombineres kovalent med hinanden, så de danner en thymindimer . Disse hindrer replikation eller fører til mutationer . Ved hjælp af enzymet fotolyase og lys kan disse dimerer spaltes igen, og DNA'et kan repareres. I alle placentater, inklusive mennesker, blev fotolyasens funktion overtaget i løbet af udviklingen af ​​nucleotide excision repair system (NER). [16] Børn med sygdommen xeroderma pigmentosum har en defekt i reparationsenzymerne i NER. Dette resulterer i en absolut intolerance over for naturlig solstråling ("måneskinbørn"). Når de udsættes for naturlig UV -stråling, udvikler patienter meget ondartede hudtumorer meget hurtigere end mennesker uden lignende enzymfejl.

UV-B-stråling blev tidligere også kaldet Dorno-stråling efter Carl Dorno , der undersøgte det intensivt. Det forårsager den fotokemiske dannelse af det anti-rachitiske calciferol (D- vitamin ) i huden.

UV -indekset er et internationalt etableret mål. Det beskriver solens stråling, der er effektiv til solskoldning. I prognosen og advarslen er UV -indekset angivet som det maksimalt forventede UV -indeks (maks. UVI). Det varierer afhængigt af den geografiske placering, geografiske højde samt sæson og vejrforhold.

Yderligere mulig skade på organisk materiale gennem UV -stråling er:

  • Denaturering af celleprotein
  • Høje niveauer af UV -stråling kan genaktivere herpes labialis .
  • Ødelæggelse af vegetation : Planter har næsten ingen beskyttelse i UV-C-området. Blade bliver alvorligt beskadiget eller dræbt, når de udsættes for stråling i dette område. Sidstnævnte kan også føre til hele plantens død. UV-A og UV-B tolereres forskelligt af planter, høje intensiteter fører til døden, og jordplanter kan "vænne sig" til UV-A.
  • Ultraviolet stråling genererer ozon fra forstadier (fortrinsvis udstødningsgasser), når de udsættes for høje niveauer af solstråling, selv nær jorden, hvilket i smog er skadeligt for lungerne og planterne.
  • Skader på plast, farvepigmenter og maling. Organiske farver falmer, plast bliver uklar og bliver sprød (eksempel: nedbrydning af polyethylenfilm under påvirkning af dagslys, skørhed og misfarvning af plast i armaturer til gasudladningslamper). Beskyttelse er mulig gennem resistente pigmenter eller et passende materialevalg.

Ansøgninger

Oversigt over det elektromagnetiske spektrum inden for UV -stråling med anvendelsesområder
betegnelse bølgelængde frekvens Fotoner - energi Generation / excitation Teknisk engagement
UV -stråler 0 10… 380 nm > 789 THz > 5,2 · 10 −19 år
> 3,3 eV
Desinfektion , spektroskopi
200 ... 380 nm > 789 THz > 5,2 · 10 −19 år
> 3,3 eV
Gasudladning , synkrotron ,
Excimer laser
Sort lys fluorescens , phosphorescens ,
Kontrol af sedler , fotolitografi
0 50… 200 nm > 1,5 PHz > 9,9 · 10 −19 år
> 6,2 eV
Gasudladning , synkrotron ,
Excimer laser
Fotolitografi
XUV 0 10… 0 50 nm 6 ... 30 PHz 2,0 · 10 −17 … 5,0 · 10 −18 år
20 ... 100 eV
XUV -rør , synkrotron EUV litografi , røntgenmikroskopi ,
Nanoskopi

Fluorescens excitation

Et mineral under dagslys og under UV -stråling

dagslys

Den naturlige UV -komponent i dagslys bruges i rengøringsmidler ved at tilføje optiske lysere . Disse får grå [17] eller gulnede [17] tekstiler til at fremstå "hvidere end hvide" på grund af kalkaflejringer, fordi de omdanner UV -lyset til synligt blåt lys, hvilket som en blandet farve med tekstilernes gulning resulterer i hvidt [17 ] . Derudover udsendes mere synligt lys end med et normalt reflekterende objekt.

Lyskilder

Ultraviolet er den primære emission i lysstofrør , effektive hvide lyskilder, hvor den ultraviolette emission af en gasudladning af kviksølvdamp bruges til at excitere fosfor, der fluorescerer i det synlige spektrale område.

Andre gasudladningslamper indeholder også nogle gange fosfor for at forbedre farvegengivelsen ved at spændende dem med den ultraviolette strålingskomponent i udladningen. Såkaldte dagslyslamper og fuldspektrumrør (og lignende navne, afhængigt af producenten) udsender et lysspektrum , der ligner mest muligt sollys, herunder UV og infrarød , for at muliggøre naturlig belysning (især indendørs, se også ergonomi ); her er mængden af ​​UV -emission ufarlig for helbredet.

Lysemitterende dioder (LED), der udsender lys, der forekommer hvidt for mennesker, bruger en blå lysemitterende diode indeni, lavet af materialer som indiumgalliumnitrid eller galliumnitrid . Lysemitterende dioder, der udsender UV-stråling, består af aluminiumnitrid eller aluminiumgalliumnitrid og bruges som en direkte UV-strålingskilde uden en fluorescerende belægning. UV -lysdioder kan implementeres op til bølgelængder lige under 250 nm.

Endotelceller kan ses under mikroskopet, hvis cellekerner, mikrotubuli, antistoffer og aktinfilamenter farves med forskellige fluorescerende farvestoffer.
Endotelceller under mikroskopet. Cellekernerne er markeret blå med DAPI. Mikrotubuli blev markeret grønt under anvendelse af et antistof. Aktinfilamenterne var markeret med rødt fluorescerende phalloidin.

Biologisk analyse

Nogle farvestoffer, såsom DAPI, der bruges inden for biovidenskaben, er begejstrede for UV-stråling og udsender længerebølget, hovedsageligt synligt lys. Fluorescerende stoffer bruges blandt andet til at markere biologiske molekyler (f.eks. DNA ) for at observere deres adfærd i biologiske systemer. [18]

I retsmedicin bruges fluorescens af blod og sæd til at synliggøre spor af ofre eller gerningsmænd. [19] [20] Denne metode bruges til efterforskning af straffesager, når biologiske spor (blod, sæd, spyt) på vægge eller i tekstiler skal påvises. Fluorescensen af ​​organiske stoffer bruges også i medicin. For eksempel kan pigmentforstyrrelser i huden gøres mere synlige ved hjælp af UV -lamper (" Trælamper "). Visse hudkim ( Corynebacterium minutissimum ) er også synlige ved hjælp af disse diagnostiske lys ved at udløse en rødlig fluorescens ( porphyrindannelse ).

En anden anvendelse er oprindelsesanalysen af ​​hønseæg. Dette drager fordel af det faktum, at rullende efterlader karakteristiske spor på hønseægskallen, som kan påvises ved hjælp af fluorescens. På denne måde kan det kontrolleres, om æggene er fra staldæg eller fra at lægge batterier.

Sort lys

Fluorescerende lamper i sort lys

Sort lys er den almindelige betegnelse for UV-A-stråling, som genereres af specielle lamper med UV-A-filtre. Den sædvanlige kilde er gasudladningsrør udstyret med specielle fosforer til udsendelse af ultraviolet stråling ved 350 nm eller 370 nm med kun en lille mængde synligt lys. Andre almindelige sorte lyskilder er lysemitterende dioder (LED'er) baseret på de sammensatte halvledere aluminiumnitrid eller aluminiumgalliumnitrid . Sidstnævnte er en legering af aluminiumnitrid med galliumnitrid og gør det muligt at indstille den specifikke bølgelængde i det ultraviolette område via blandingsforholdet mellem disse to stoffer. Sort lys kan også produceres med dårlig effektivitet af glødelamper med en glaspære med et nikkeloxidlag, der absorberer synligt lys.

"Sort lys" bruges ofte til visningseffekter i mørke rum, såsom diskoteker, ved magiske begivenheder eller til teatre med sort lys. Strålingen stimulerer fluorescerende stoffer til at lyse, og da stærkt lys undgås, har lyseffekterne en særlig effekt, som det er mærkbart med tekstiler, papir, kunstige tænder og andre materialer med optiske lysere.

Ansøgninger er også visualisering af sikkerhedsfunktioner på dokumenter såsom identitetspapirer eller billetter, ægthedskontrollen af ​​betalingsmidler og "neonstemplet" på bagsiden af ​​hånden som en "billet" til en koncert eller som ejermærkning på en kunstgenstand (mod tyveri).

Das Wort Schwarzlicht wird im Zusammenhang mit der Verkehrs- Geschwindigkeitsüberwachung auch für Identifizierungstechnik im nichtsichtbaren Spektralbereich benutzt. [21] Dabei handelt es sich allerdings nicht um den Ultraviolettbereich, sondern um Infrarotfotografie . [22]

Schulungen

UV-Strahlung wird in Schulungen zur Visualisierung von mit Fluoreszenzfarbstoffen markierten Substanzen eingesetzt:

  • Applikationskontrolle von Hautschutzmitteln bei der Persönlichen Schutzausrüstung (PSA)
  • Demonstration von Kreuzkontamination (Keimübertragung) innerhalb von Hygiene -Schulungen
  • Visualisierung bei der Händehygieneschulung (Waschkontrolle und Applikation von Handdesinfektionsmittel)

Analysen

Eine Sammlung verschiedener Minerale fluoresziert in verschiedenen Farben bei Bestrahlung mit UV-A-, UV-B- und UV-C-Strahlung.

Da es sich bei UV-Licht um eine elektromagnetische Welle handelt, kann für dieses Licht auch eine optische Spektroskopie durchgeführt werden. Zu nennen wären hier die UV/VIS-Spektroskopie und die Ultraviolettphotoelektronenspektroskopie (UPS). Eine weitere Anwendung sind Chromatogramme in der Dünnschichtchromatographie . UV-Licht kann zur Gas - Analyse eingesetzt werden zum Beispiel für die Gase NO , NO 2 , H 2 S , SO 2 . In der Molekularbiologie wird UV-Licht verwendet, um Nukleinsäuren mit Hilfe von Ethidiumbromid sichtbar zu machen. Spezielle Anwendungen ist die Bestimmung der Fettungsdicke. Mit Hilfe von UV-Strahlung lässt sich die Dicke einer Fettschicht auf den Objekten bestimmen. Weiterhin kann die Zinnseite von Floatglas , welches in der Photovoltaik bei Dünnschicht-Solarzellen eingesetzt wird, ermittelt werden. [23]

Materialprüfung

UV-Licht kommt in der Materialprüfung bei der Inspektion von Glas(scheiben) zum Einsatz. Anhand von Fluoreszenz an Störungen kann man Sprünge oder Fehler in Glasoberflächen erkennen. Es können Qualitätsprüfungen ausgeführt werden wie beispielsweise die Qualitätsprüfung von Ölschläuchen. Aufgrund der unterschiedlichen spektralen Kennlinien von Wasser und Öl im UV-Bereich kann Öl von Wasser unterschieden werden. Das kann beispielsweise zum Aufspüren defekter Ölschläuche verwendet werden. Gemäß dem gleichen Prinzip lässt sich Öl in Wasser detektieren. Die Bahn detektiert UV-Licht zur Inspektion von Oberleitungs - und Hochspannungsanlagen, da es bei defekten Isolatoren oder angerissenen Kabeln zu sogenannten Koronaentladungen kommt. Dabei wird an den defekten hochspannungsführenden Komponenten UV-Strahlung emittiert. Diese kann von Spezialkameras erfasst werden. Viele Materialien sind einer beständigen UV-Belastung ausgesetzt. Mithilfe moderner Testsysteme ist möglich, die natürliche UV-Einstrahlung so zu verstärken, dass innerhalb von 12 Monaten 63 Jahre natürlicher UV-Einstrahlung simuliert werden. [24] Bei der Prüfung von dünnen Metallen (zum Beispiel im Flugzeugbau) werden diese mit UV-Licht durchleuchtet; mit Hilfe spezieller UV-empfindlicher Filme wird dabei überprüft, ob Haarrisse im Metall vorhanden sind.

Aushärtung (Vernetzung) von Polymeren

Intensive UV-Strahlung wird in der Industrie für die Aushärtung spezieller Materialien verwendet. Zu nennen sind hier spezielle, lösemittelfreie, UV-empfindliche Druckfarben, vor allem beim Offsetdruck . Es gibt UV-härtbare Materialien wie Lacke, strahlenhärtender Klebstoffe , Aushärtung von Brillengläsern, lichthärtende Kunststoffe für das Modellieren künstlicher Fingernägel und UV-härtbare Materialien für die Zahnheilkunde. Ein weiterer Einsatz ist die Scheibenreparatur des Verbundglases bei Automobilen.

Elektronik

In der Elektronik wird UV-Strahlung vor allem bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen und Schaltkreisen sowie entsprechenden Geräten eingesetzt. So erfolgt beispielsweise die Herstellung von Leiterbahnen auf Leiterplatten durch eine Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht auf den Leiterplatten mit einer Quecksilberdampflampe . Dabei wird durch die UV-Strahlung eine fotochemische Reaktion im Fotolack ausgelöst. Das gleiche Prinzip wird auch bei der Herstellung integrierter Schaltkreise ( Waferbelichtung ) angewendet, vgl. Fotolithografie (Halbleitertechnik) . Hierbei kamen früher ebenfalls Quecksilberdampflampen – vor allem die g-Linie (434 nm) und die i-Linie (365 nm) – zum Einsatz. Später KrF- und ArF-Excimerlaser (248 nm und 193 nm). Der Trend, immer kürzere Wellenlängen zu nutzen, ist dabei der fortwährenden Skalierung der Transistorstrukturen geschuldet.

Neben dem Einsatz in der Herstellung wird in der Elektronik UV-Strahlung auch für weitere Anwendungen genutzt. Ein Beispiel ist das Löschen von EPROM -Speicher mit einer Quecksilberdampflampe (253,7 nm). Hierbei bewirkt die UV-Strahlung eine Freisetzung von Ladungsträgern im Floating-Gate aus Polysilizium , die freiwerdenden Elektronen haben genug Energie, um die Potentialbarriere des Siliziumdioxid-Dielektrikums zu überwinden und abzufließen.

Biologische Modifikationen

Desinfektion und Virusinaktivierung

Eine Niedrigdruck-Quecksilberdampfröhre ist in einer Sterilbank montiert und entkeimt so die bestrahlten Flächen mit kurzwelliger UV-Strahlung.

Ultraviolette Strahlung wird zur Behandlung von Wasser, Luft und Oberflächen eingesetzt. Aufgrund der Geschwindigkeit der Reaktion – Mikroben werden bei ausreichender Dosis innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde inaktiviert – können UV-Strahler nicht nur zur Desinfektion von Oberflächen, sondern auch zur Desinfektion von Wasser, Luft oder sogar in Klimakanälen geführten Luftströmen eingesetzt werden. Vor der Entwicklung von Laminar-Strömungs -Anlagen für Reinräume sowie dem heute üblichen und massiven Einsatz von Desinfektionsmitteln waren daher in Krankenhäusern im Dauerbetrieb arbeitende schwache Ultraviolettstrahler üblich, um die Keimzahl gering zu halten. Die zunehmende Antibiotika-Resistenz krankenhausspezifischer Keime könnte dabei in naher Zukunft zu einer Wiederkehr der altbekannten Technik führen, da sich bei der UV-Desinfektion keine mutationsbedingten Resistenzen entwickeln können.

Eine heute bereits recht verbreitete Methode ist die Trinkwasseraufbereitung mit UV-Strahlung. Dabei wird die Keimzahl im Wasser zuverlässig und in Abhängigkeit zur Dosis stark reduziert. Eine Zugabe von Chemikalien ist grundsätzlich nicht erforderlich. Gerade chlorresistente Krankheitserreger, wie Kryptosporidien , können mit UV-Strahlung inaktiviert werden. Geschmack, Geruch oder der pH-Wert des Mediums werden nicht beeinflusst. Das ist ein wesentlicher Unterschied zur chemischen Behandlung von Trink- oder Prozesswasser. Im Heimbereich werden entsprechende Geräte auch als „ UV-Filter “ bezeichnet.

Im Allgemeinen kommen bei der UV-Desinfektion Niederdruck-Quecksilberdampflampen zum Einsatz (ggf. auch Mitteldruckstrahler), welche Strahlung der Wellenlänge 254 nm emittieren. Kürzere Wellenlängen (kleiner 200 nm) können alle in Wasser befindlichen organischen Stoffe ( TOC ) zerlegen und werden zur Herstellung hochreinen Wassers benutzt.

Bei SODIS wird länger einwirkende UV-A-Strahlung der Sonne zusammen mit der Wärme zur einfachen Wasserentkeimung auf Haushaltsebene in Entwicklungsländern genutzt.

Neben der Mikroben-Desinfektion wird UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm auch zur Virusinaktivierung eingesetzt. Dabei wird ausgenutzt, dass die 254-nm-Strahlung bevorzugt auf die Virus nukleinsäure und weniger auf die Proteine wirkt. Strahlung der Wellenlänge 235 nm wirkt jedoch auch stark zerstörend auf Proteine. [25]

Im Zuge der COVID-19-Pandemie wird eine Technik in der Praxis erprobt, die Bakterien, Schimmelpilze und Viren auf Rolltreppen -Handläufen durch UV-Strahlung unschädlich machen soll. [26] [27] Bisher gibt es allerdings wenige Untersuchungen zur Alterung von Kunststoffen durch die eingesetzte UV-Strahlung. [28]

Weitere Anwendungen

Überdies wird UV-Strahlung zu medizinischen und kosmetischen Zwecken eingesetzt. So wirkt vor allem UV-A-Strahlung auf die Pigmentation ( Melaninbildung ) der menschlichen Haut, was im Wellness-Bereich zur Bräunung der Haut in einem Solarium angewendet wird. Therapeutisch kann UV-B-Strahlung (bei geeigneter Dosierung) zur Anregung der Vitamin-D-Bildung oder des Zentralnervensystems eingesetzt werden.

In der Chemie wird UV-Strahlung bei der Synthese und der Zersetzung unterschiedlicher Stoffe eingesetzt. Ein Beispiel aus der Photochemie ist die von Synthese von Vitamin D 2 und D 3 . Beispiel für die Zersetzung von Stoffen sind die chlorfreie Bleichung von Zellstoff und der Abbau von Chloraminen bei der Wasseraufbereitung im Schwimmbad . Hierbei wird UV-Licht der Wellenlänge 185 nm verwendet.

Lockmittel

Gauklerblumen aufgenommen in sichtbarem Licht (links) und UV-Licht (rechts). Die Abbildung zeigt das für Bienen, nicht aber für Menschen auffällige Saftmal

Pflanzen nutzen bestimmte Blütenteile ( UV-Male ), um Insekten anzulocken, die, wie Bienen und Hummeln , UV-Strahlung wahrnehmen können. Die UV-Male der Blüten entstehen durch unterschiedliche Reflektivität für ultraviolettes Licht bestimmter Blütenteile, beispielsweise der Innen- und Außenseite. Dadurch finden Bienen auch bei im sichtbaren Bereich einfarbig aussehenden Blüten das Zentrum. Bei komplizierteren Blütenformen oder schwerer auszubeutenden Blüten kann der Weg zur Nahrungsquelle durch UV-Licht absorbierende Saftmale markiert sein.

Straßenlampen mit hohem Blau- und Ultraviolettanteil ( Quecksilberdampflampen ) locken Insekten an und beeinflussen das biologische Gleichgewicht. Von umherfliegenden Insekten werden Fledermäuse angelockt und sie können dadurch im Straßenverkehr verunglücken. Die Beeinflussung des Verhaltens durch UV-Licht wird auch in Lichtfallen für den Insektenfang, in den UV-reiche Lichtquellen eingesetzt werden, ausgenutzt. Sie werden zur Schädlingsbekämpfung und zur Zählung/Artbestimmung in der Forschung eingesetzt.

UV-Strahlung am Arbeitsplatz

Treten UV-Strahlungsexpositionen an Arbeitsplätzen auf, müssen geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen werden, um Schädigungen der Augen oder der Haut zu vermeiden. Beispiele hierfür sind UV-Strahlung absorbierende Fenster von Fahrzeugen, Unterstellmöglichkeiten wie Sonnenschirme oder eine Verlegung der Arbeitszeit zu früheren oder späteren Stunden. [29] Kann die Exposition nicht vermieden werden, und ist von Interesse, wie hoch die Belastung während einer bestimmten Tätigkeit ist, so kann mittels geeigneter Datenlogger die Höhe der Exposition aufgenommen werden. Ziel ist der Informationsgewinn über die Belastung, um geeignete Arbeitsschutzmaßnahmen treffen zu können sowie eine mögliche Korrelation mit Krebserkrankungen feststellen zu können. [30] Um eine komplette Übersicht zur Belastung der Bevölkerung durch die UV-Strahlung der Sonne zu erstellen und eine umfassende Prävention zu erreichen, finden weiterhin gezielte Messungen der UV-Belastung bei verschiedenen Freizeitaktivitäten statt. [31]

Weblinks

Commons : Ultraviolettstrahlung – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise

  1. Navigium Latein-Deutsch Wörterbuch
  2. PE Hockberger: A history of ultraviolet photobiology for humans, animals and microorganisms . In: Photochem. Photobiol . Band   76 , 2002, S.   561–579 , PMID 12511035 .
  3. Innsbrucker Nachrichten, 15. Februar 1902
  4. a b c Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlängenbereiche. DIN 5031 Teil 7, Januar 1984.
  5. Stanford Solar Center: UV Light.
  6. ISO 21348 1. Mai 2007. Space environment (natural and artificial) — Process for determining solar irradiances.
  7. Weltgesundheitsorganisation (Hrsg.): Global Solar UV Index: A Practical Guide. 2002 ( PDF; 620 kB ).
  8. a b Lukas Wieselberg: Hund und Katz können UV-Licht wahrnehmen. In: science.ORF.at. 19. Februar 2014, abgerufen am 2. April 2014 .
  9. SCHOTT – Glass Tubing Explorer. In: www.schott.com. Abgerufen am 11. Juli 2016 .
  10. Chemie der UV-Oxidation (mit industrieller Anwendung), Menüsystematik: UV-Oxidation > Oxidation organischer Inhaltsstoffe, Firma Enviolet GmbH, abgerufen 2014
  11. J. Moan, AC Porojnicu ua: Addressing the health benefits and risks, involving vitamin D or skin cancer, of increased sun exposure. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 2008, S. 668–673, doi:10.1073/pnas.0710615105 . PMC 2206594 (freier Volltext)
  12. Vitamin D and Cancer Prevention , National Cancer Institute 2013, abgerufen am 12. März 2014
  13. UV-Strahlung und Hautkrebs , Institut für Prävention und Arbeitsmedizin der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung IPA 2011, abgerufen am 12. März 2014
  14. Dennis Tesch: UVC-Desinfektion . In: Bahn-Media Institut für Management, Qualität und Verkehrsmittelreinigung UG (Hrsg.): SAUBER - Magazin für Verkehrsmittel-Reinigung . Nr.   3/2020 . Bahn-Media Verlag GmbH & Co. KG, September 2020, ISSN 2196-7431 , S.   14 .
  15. Ingo Jensen: Mit UVC-Licht gegen Corona-Aerosole . In: Bahn-Media Institut für Management, Qualität und Verkehrsmittelreinigung UG (Hrsg.): SAUBER - Magazin für Verkehrsmittel-Reinigung . Nr.   3/2020 . Bahn-Media Verlag GmbH & Co. KG, September 2020, ISSN 2196-7431 , S.   15 .
  16. Powerful Skin Cancer Protection by a CPD-Photolyase Transgene . In: Current Biology, Vol. 15, Issue 2 . 2006, S.   105–115 , PMID 15668165 .
  17. a b c Thomas Meyer zur Capellen: Lexikon der Gewebe. ISBN 3866412584 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  18. Fluorochrome. In: Spektrum.de. Spektrum Akademischer Verlag, abgerufen am 14. Januar 2019 .
  19. Anja Fiedler, Jessica Rehdorf, Florian Hilbers, Lena Johrdan, Carola Stribl, Mark Benecke: Detection of Semen (Human and Boar) and Saliva on Fabrics by a Very High Powered UV-/VIS-Light Source . In: Open Forensic Science Journal 1 . 2008, S.   12–15 , doi : 10.2174/1874402800801010012 ( PDF – Forensischer Artikel zur Anwendung von UV-Strahlung zur Erkennung von Sperma).
  20. RW Woods: - . In: J. de Physique Theor. et Appl. Band   59 , 1919, S.   77–90 .
  21. Schwarzlicht-Blitzer in Tunneln – Die unsichtbare Radar-Kontrolle , Verlag Deutsche Polizeiliteratur
  22. Schwarzlichtblitzer: Ist Infrarot beim Blitzer der neueste Trend in Deutschland? , Verband für bürgernahe Verkehrspolitik eV
  23. Christian Schittich, Gerald Staib, Dieter Balkow, Matthias Schuler, Werner Sobek: Glasbau Atlas . Hrsg.: Birkhäuser. 3. Auflage. 2006, ISBN 978-3-7643-7632-1 , S.   91   ff . (391 S.).
  24. 63 Years of UV Exposure in 1 Year ( Memento vom 19. Januar 2012 im Internet Archive )
  25. Michael Rolle, Anton Mayr: Medizinische Mikrobiologie, Infektions- und Seuchenlehre . Georg Thieme Verlag, 2007, ISBN 978-3-8304-1060-7 , S.   79 .
  26. UV-Licht gegen Keime: Bestrahlung soll Rolltreppen in München desinfizieren. In: rnd.de. 20. August 2020, abgerufen am 24. September 2020 .
  27. Matilda Jordanova-Duda: Startups: Rückenwind durch Corona. In: dw.com. 28. März 2020, abgerufen am 24. September 2020 .
  28. Kunststoffoberflächen für UV-C-Desinfektion optimieren. In: plastverarbeiter.de. 24. September 2020, abgerufen am 24. September 2020 .
  29. Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM): Schutzmaßnahmen. Abgerufen am 8. Juli 2019 .
  30. Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA): Strahlung – GENESIS. Abgerufen am 8. Juli 2019 .
  31. Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA): Messungen der UV-Belastung in der Freizeit. Abgerufen am 12. Mai 2020 .