Właściwości nadfioletu
Nadfiolet jest promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fal 10-400 nm, cechującym się dużą energią promieniowania (rzędu energii wiązań chemicznych) oraz wysoką aktywnością biologiczną. Promienie UV zostały odkryte w 1801 r. niezależnie przez niemieckiego fizyka Johanna Wilhelma Rittera oraz brytyjskiego chemika Williama Hyde’a Wollastona.Nadfiolet jest niewidoczne dla człowieka. Niektóre zwierzęta mają zdolność odbierania nadfioletu (np. pszczoły, ptaki); ponadto część kręgowców (np. ryby, płazy, gady, ptaki) posiada dodatkowy rodzaj czopków wrażliwych na nadfiolet.
Zakres nadfioletu w zależności od długości fali dzieli się na:
- nadfiolet skrajny (EUV, ang. extreme ultraviolet), o długości fali 10-121 nm;
- nadfiolet daleki (FUV, ang. far ultraviolet), o długości fali 122-200 nm;
- nadfiolet pośredni (MUV, ang. middle ultraviolet), o długości fali 200-300 nm;
- nadfiolet bliski (NUV, ang. near ultraviolet), o długości fali 300-400 nm.
Zakres nadfioletu w zależności od aktywności biologicznej dzieli się na:
- nadfiolet A (UVA), o długości fali 315-400 nm, o niskiej szkodliwości dla organizmów żywych;
- nadfiolet B (UVB), o długości fali 280-315 nm, o pośredniej szkodliwości dla organizmów żywych;
- nadfiolet C (UVC), o długości fali 100-280 nm, o wysokiej szkodliwości dla organizmów żywych.
- nadfiolet o najkrótszych długościach fali oraz najwyższej energii fotonów rzędu 10,25–124 eV (skrajny nadfiolet) wykazuje zdolność pośredniej jonizacji atomów lub cząsteczek ośrodka materialnego (promieniowanie jonizujące).
Nadfiolet jest promieniowaniem o wysokiej aktywności biologicznej; dzięki dużej energii fotonów promieniowanie UVB (o energii fotonów 3,94–4,43 eV) oraz promieniowanie UVC (o energii fotonów 4,43-12,4 eV) pochłaniane przez daną substancję może znacząco wpływać na jej właściwości fizyczne i chemiczne.
Nadfiolet wywołuje fotoluminescencję, zjawisko fotoelektryczne, reakcje fotochemiczne (utlenianie, redukcję, rozkład, polimeryzację), syntezę pigmentu (melaniny) w skórze (UVA) i przemianę ergosterolu w witaminę D2 (UVB). Promieniowanie UVC wykazuje silne działanie bakteriobójcze; zmiana struktury białek cytoplazmatycznych oraz kwasów nukleinowych skutkuje zaburzeniami w metabolizmie komórki drobnoustroju, co w konsekwencji prowadzi do jej zniszczenia. Promienie UVB i UVC wykazują działanie mutagenne, mogą bezpośrednio uszkadzać DNA.
Nadmierna ekspozycja na nadfiolet u człowieka może prowadzić do niszczenia włókien kolagenowych w skórze (przyspieszenie procesów starzenia), chorób oczu (np. zaćmy), stanów zapalnych skóry (np. oparzeń, rumienia), alergii oraz nowotworów (np. czerniaka, raka płaskonabłonkowego).
Zakres promieniowania nadfioletowego, źródło: shutterstock
Źródła nadfioletu
Naturalnym źródłem nadfioletu jest Słońce (ok. 10% całkowitego promieniowania słonecznego). Do powierzchni Ziemi dociera głównie promieniowanie UVA, które nie jest pochłaniane przez warstwę ozonową oraz znikoma część promieniowania UVB, które w większości pochłaniane jest przez ozonosferę. Promieniowanie UVC jest całkowicie absorbowane przez warstwę ozonową oraz atmosferę ziemską. Promieniowanie o falach najkrótszych (10-200 nm), tzw. promieniowanie nadfioletowe próżniowe, jest silnie pochłaniane przez tlen atmosferyczny w górnych warstwach atmosfery.Nadfiolet może być również emitowane przez źródła sztuczne, do których zalicza się lampy wyładowcze świecące przez wyładowania elektryczne w oparach metali (rtęci) i gazów (neonu, argonu), np. lampy rtęciowe (rtęciówki), lampy fluorescencyjne (świetlówki); lampy luminescencyjne (np. lampy światła czarnego emitujące UVA) oraz diody elektroluminescencyjne (diody LED) emitujące promieniowanie w zakresie ultrafioletu, światła widzialnego i podczerwieni.
Przenikanie promieni UV w warstwy ludzkiej skóry. Promienie UVB nie wnikają głęboko w skórę, ponieważ są blokowane przez naskórek. Promienie UVA wnikają głęboko w skórę, uszkadzając w ten sposób włókna kolagenowe, źródło: shutterstock
Zastosowanie nadfioletu
Nadfiolet wykorzystywany jest w celach badawczych, m.in. w badaniach nieniszczących (dostarczających informacji o strukturze i właściwościach danego materiału), analizie luminescencyjnej minerałów (umożliwiającej ich identyfikację w warunkach terenowych lub kopalnianych), w biologii w mikroskopowych badaniach komórek i tkanek.Nadfiolet ma zastosowanie w przemyśle (przyspieszanie procesów polimeryzacji tworzyw sztucznych) oraz w technice oświetleniowej (świetlówki, diody LED).
Promieniowanie UVA wykorzystywane jest w leczeniu niektórych chorób skóry (np. egzemy, łuszczycy, bielactwa, atopowego zapalenia skóry), promieniowanie UVB – w leczeniu krzywicy. Promieniowanie UVC ma zastosowanie w medycynie, przemyśle spożywczym oraz branży kosmetycznej do sterylizacji pomieszczeń; wykorzystywane jest także do uzdatniania wody pitnej.
Lampy UV stosowane są w kryminalistyce do lokalizacji i identyfikacji płynów ustrojowych na miejscu przestępstwa (np. śliny, krwi), a także do sprawdzania autentyczności pieniędzy oraz dokumentów.
Bioluminescencyjny skorpion w świetle lampy UV, fot. shutterstock
Bibliografia
- Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. VIII”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1999.;
- Steven Beeson, James W. Mayer, ; “Patterns of Light. Chasing the Spectrum from Aristotle to LEDs”; Springer New York 2010.;
- David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker ; “Podstawy fizyki T. 4”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.;
- Lambert M. Surhone, Miriam T. Timpledon, Susan F. Marseken, ; “Radiation”; Betascript Publishers 2009;
- Ryszard Cach, Antoni Ciszewski, Jan Kołaczkiewicz; “Słownik Fizyka”; Europa, Poznań 2017;
- promil
