Ultravioletais spektrs: definīcija, viļņa garums un pielietojumi
Uzzini ultravioletā spektra definīciju, viļņa garumu, frekvences īpašības un pielietojumus zinātnē, medicīnā un tehnoloģijās.
Ultravioletais spektrs ir elektromagnētiskā spektra daļa, ko cilvēks parasti neredz — attēlā zemāk kreisajā pusē tas ir attēlots melnā krāsā, jo šādas īsas viļņa garuma (vai augstas frekvences) gaisma nepieder redzamā spektra laukam. Daudzi dzīvnieki, piemēram, daži kukaiņi, daži rāpuļi, krokodili, salamandras un mazi putni var redzēt vai uztvert ultravioletās gaismas signālus. Saīsinājums UV (no angļu ultraviolet) plaši lietots tehniskos un zinātniskos tekstos.
Kas ir ultravioletais starojums?
Ultravioletais starojums ir elektromagnētiskā starojuma veids ar lielāku frekvenci un īsāku viļņa garumu nekā redzamā violeta gaisma. Tas nes vairāk enerģijas par redzamo gaismu un var mijiedarboties ar materiāliem, izraisa ķīmiskas reakcijas vai bojājumus audiem atkarībā no intensitātes un viļņa garuma.
Viļņa garums, frekvence un enerģija
Ultravioletā starojuma viļņa garums parasti tiek dots nanometros (nm). Tas aptver apmēram no 10 nanometriem līdz 400 nanometriem. Atkarībā no avota un klasifikācijas šo joslu bieži iedala šādi:
- UVA (~315–400 nm) — zemākās enerģijas UV, iekļūst dziļāk ādas slāņos, saistīts ar ādas novecošanos un daļēji ar melanomas risku.
- UVB (~280–315 nm) — vidējas enerģijas UV, galvenais faktors saules apdegumos un D vitamīna sintēzē ādā; pārmērīga iedarbība palielina ādas vēža risku.
- UVC (~100–280 nm) — visaugstākas enerģijas UV, ļoti efektīvs mikroorganismu iznīcināšanā; lielākoties tiek absorbēts atmosfērā un uz zemes retāk sastopams.
- Vakuma UV (apmēram 10–200 nm) — ļoti īsi viļņi, ko gaisa molekulas absorbē; izmanto speciālā laboratoriju aprīkojumā.
Frekvence ν un viļņa garums λ saistīti ar gaismas ātrumu c attiecībā: ν = c/λ. Izmantojot viļņa garumu, var aprēķināt fotona enerģiju (bieži eV), piemēram, 400 nm atbilst apmēram 3.1 eV, bet 10 nm — apmēram 124 eV.
Galvenie avoti
- Saules radiācija — galvenais dabīgais UV avots uz Zemes; atmosfēra (jo īpaši ozona slānis) absorbē lielu daļu īsā viļņa UV, it īpaši UVC.
- Šķidrspalvas lampas, merkurija izlādes lampas un kvēlspuldzes īpašos pārklājumos — izmanto UV apgaismojumam, detektēšanai un dezinfekcijai.
- UV LED un lāzeri — mūsdienās populāri dažādām tehnoloģiskām un medicīniskām pielietošanām.
Ietekme uz dzīvajiem organismiem
- Fotosintēze un D vitamīna sintēze — UVB veicina D vitamīna ražošanu cilvēka ādā.
- DNS bojājumi — pārmērīga UV iedarbība var bojāt DNS, izraisot mutācijas un palielinot ādas vēža risku.
- Saules apdegumi un ādas novecošanās — galvenokārt UVB un UVA ietekme.
- Acu bojājumi — UV var veicināt kataraktas un acu virsmas apdegumus; nepieciešama acu aizsardzība.
- Daļu sugu spēja redzēt UV — daži kukaiņi un putni izmanto UV krāsu kontrastus, lai atrastu ziedus vai partnerus.
Pielietojumi
- Dezinfekcija un sterilizācija: UVC (apm. 254 nm) efektīvi inaktivē baktērijas, vīrusus un sporas; tiek lietots ūdens, gaisa un virsmu attīrīšanā.
- Medicīna: fototerapija (piem., šaurjoslas UVB ~311 nm) ādas slimību ārstēšanai, kā arī noteiktos gadījumos ādas slimību diagnostikā.
- Rūpniecība un ražošana: UV saķeres cietināšana līmēm un pārklājumiem, fotolitogrāfija mikroelektronikai.
- Krāpšanas un forenzika: dokumentu un naudas derīguma pārbaude, slēpto traipu un bioloģisko paraugu atklāšana.
- Bioloģiskie pētījumi un spektroskopija: izmantošana molekulārajā analīzē, fluorescences noteikšanai.
- Komunikācija un optika: speciāli lāzeri un sensori UV spektrā.
- Praktiskais ikdienā: “black light” dekoratīvai apgaismošanai, insektu pievilināšanai dažos apstākļos.
Drošība un aizsardzība
- Izmantojiet krēmus ar piemērotu SPF un plaša spektra (UVA/UVB) aizsardzību, sevišķi ilgstošas saules iedarbības laikā.
- Valdiet aizsargbrilles ar UV filtrāciju, ja strādājat ar intensīviem UV avotiem (īpaši UVC).
- Rūpīgi strādājiet ar UVC lampām — tieša iedarbība var radīt tūlītējus audu bojājumus; daudzās iekārtās izmanto drošības ierobežotājus un sensorus.
- Atcerieties, ka ozona slāņa stāvoklis un atrašanās vieta ietekmē saules UV intensitāti; augstākos platumos un vasarā UV indekss parasti ir augstāks.
Mērīšana un vienādojums
UV starojuma parametrus mēra ar spektrometriem, radiometriem vai speciālām UV lampu skalām. Viļņa garumu parasti norāda nanometros (nm), frekvenci hercos (Hz), bet fotona enerģiju — elektronvoltos (eV). Attiecību starp frekvenci ν, viļņa garumu λ un gaismas ātrumu c izsaka vienādojums: ν = c/λ.
Apkopojot — ultravioletais spektrs ir spēcīgs un daudzpusīgs rīks gan dabā, gan tehnoloģijā; tā izmantošana prasa izpratni par viļņa garumiem, avotiem un drošības prasībām, lai gūtu labumu, vienlaikus mazinot riskus.
Ultravioletais starojums
Ultravioletā gaisma ir jonizējošā starojuma veids. Tas var bojāt vai nogalināt šūnas. Jebkurš elektromagnētiskais starojums (gaisma), kura viļņa garums ir īsāks par 450 nm, var radīt problēmas. Tāpēc cilvēki, kas dzīvo vietās, kur ir vairāk ultravioletās gaismas, ir pielāgojušies, iegūstot tumšāku ādu. Pigmenti absorbē ultravioleto starojumu, tāpēc tas nenokļūst caur ādu, lai nogalinātu vai ievainotu tajā esošās šūnas. Ultravioletā starojuma radītos ādas bojājumus sauc par "saules apdegumiem".
Violetā un ultravioletā gaisma atšķiras ar viļņa garumu, frekvenci un kvantu enerģiju. Ultravioletā gaisma un rentgena stari arī atšķiras ar viļņa garumu, frekvenci un kvantu enerģiju. Elektromagnētiskajā spektrā ultravioletais spektrs ir aiz violetā, rentgena stari ir aiz ultravioletā, bet gamma stari ir aiz rentgena stariem.
Elektromagnētiskos viļņus ar viļņa garumu no aptuveni 400 nanometriem līdz aptuveni 10 nanometriem parasti sauc par ultravioleto starojumu. To raksturīgā fotonu enerģija ir aptuveni 3 līdz 124 elektronvolti.
Lai gan Zemes gaiss ir caurspīdīgs plašam ultravioletā starojuma diapazonam, daļu ultravioletās saules gaismas ļoti lielā augstumā absorbē ozona slānis. Nesenā un joprojām notiekošā ozona iznīcināšana lielā augstumā, ko izraisījusi cilvēka ietekme - galvenokārt rūpniecisko ķimikāliju un gaisa ceļojumu rezultātā -, ir ievērojami palielinājusi ultravioletās gaismas daudzumu, kas sasniedz Zemes virsmu. Tas, savukārt, ir palielinājis ādas vēža risku cilvēcei, un šis risks ar laiku tikai pieaugs, ja ozona slānis netiks labāk aizsargāts.
Ultravioletā starojuma viļņu garumu, kas mazāks par 200 nanometriem, rentgena un gamma starus kopā sauc par jonizējošo starojumu, jo jebkura šāda gaismas kvanta enerģija ir pietiekami liela, lai "izsviestu" elektronu no atoma. Tāpēc šie starojuma veidi ir bīstami dzīvībai. Ultravioleto gaismu iedala trīs galvenajās joslās. UV-C ir īsākais viļņu garums, un tas ir bīstams jonizējošs starojums. Slāpeklis un skābeklis absorbē saules starojuma UV-C starojumu. UV-B starojumam ir vidējs viļņa garums, un tas ir mazāk bīstams dzīvām būtnēm. Zemes ozona slānis absorbē lielāko tā daļu. Saules UV-A starojums pilnībā izkļūst cauri atmosfērai. Tā viļņa garums ir gandrīz tikpat liels kā redzamajai gaismai, un daudzi dzīvnieki to var saskatīt, bet cilvēki ne.
Parasts stikls nelaiž cauri starojumu, ja tā viļņa garums ir mazāks par 200 nanometriem, tāpēc tas darbojas kā vairogs pret bīstamāko ultravioleto staru diapazonu, taču daži īpaši stikli, tostarp daudzi automašīnu logi, neaizsargā tik labi.
Viens no ultravioletā starojuma izmantošanas veidiem ir sauļošanās. Solārija ierīču lietošana var izraisīt ādas vēzi, jo ultravioletais starojums iziet cauri ādai un izraisa šūnu bojājumus, izraisot saules apdegumus.
Tā kā ultravioletā gaisma ir iznīcinoša, to var izmantot mikrobu iznīcināšanai. Saules gaisma ir spēcīgs dezinfekcijas līdzeklis.
Cilvēkiem ir nepieciešama ultravioletā gaisma, lai holesterīns pārvērstos D vitamīnā.
Iekštelpu solārijs
Ultravioletā lampa
Ultravioletā lampa ir lampa, kas izstaro galvenokārt ultravioleto gaismu. Šīs baktericīdās lampas bieži izmanto mikrobu (mikrobu) iznīcināšanai. Tās var būt ļoti spēcīgas, tāpēc cilvēkiem, kas strādā to tuvumā, kad tās ir ieslēgtas, var būt nepieciešams lietot aizsargbrilles un nosegt ādu, lai izvairītos no traumām.
Attēlā redzamajā laboratorijā ultravioletā gaisma tiek ieslēgta, kad darbinieki ir prom, lai viss, kas atrodas uz galda virsmas, tiktu nogalināts. Bez ultravioletās gaismas, kas veido lielāko daļu šo lampu radītās gaismas, ir arī nedaudz violetās un zilās gaismas. Tas ļauj cilvēkiem zināt, kad ultravioletās lampas ir ieslēgtas.
Ultravioletā lampa
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir ultravioletais?
A: Ultravioletais starojums ir elektromagnētiskā spektra daļa, ko cilvēki nevar saskatīt, jo tam ir īss viļņa garums un augsta frekvence. Pēc frekvences, viļņa garuma un enerģijas tā ir aiz redzamās violetās gaismas, un tās viļņa garums ir no 10 nanometriem līdz 400 nanometriem.
J: Ko apzīmē UV starojums?
A: UV nozīmē ultravioleto starojumu, ko galvenokārt izmanto tehniskos kontekstos.
J: Vai ir dzīvnieki, kas redz ultravioleto gaismu?
A: Jā, daži kukaiņi, rāpuļi, krokodili, salamandras un mazi putni var redzēt lietas, kas atstaro šo gaismu.
J: Kā ir saistīts frekvences un viļņa garums?
A: Frekvence un viļņa garums ir cieši saistīti; šo sakarību parāda vienādojums ν = c/λ. Teikt, ka kaut kam ir īss viļņa garums, ir tas pats, kas teikt, ka tam ir augsta frekvence.
J: Kādā diapazonā ietilpst ultravioletais viļņa garums?
A: Ultravioleto viļņu garums ir no 10 nanometriem līdz 400 nanometriem.
J: Vai ultravioletais starojums ir redzams cilvēkiem?
A: Nē, cilvēki nevar saskatīt tik īsa viļņa garuma vai augstas frekvences gaismu, tāpēc ultravioletais mums nav redzams.
Meklēt