Promieniowanie ultrafioletowe - jego atrybuty i zalety
W widmie elektromagnetycznym promieniowanie ultrafioletowe (UV) jest klasyfikowane jako promieniowanie o długości fal od 100nm do 400nm. Jego fale są krótsze niż fale światła widzialnego i dłuższe niż fale promieniowania rentgenowskiego.
Trochę historii
W roku 1801 niemiecki fizyk Johann Wilhelm Ritter odkrywa promieniowanie ultrafioletowe (UV). Zaobserwował on przyspieszone ciemnienie papieru nasączonego chlorkiem srebra po wystawieniu go na działanie niewidzialnych promieni o zakresie tuż poza zakresem światła widzialnego od strony koloru fioletowego. Aby odróżnić te promienie od „promieni cieplnych” (podczerwień, IR) odkrytych przez siebie rok wcześniej na drugim końcu widma światła widzialnego, nazywa promieniowanie UV terminem „promienie utleniające”, który podkreśla zaobserwowaną przez niego reaktywność chemiczną. Termin ten został szybko zastąpiony terminem „promienie chemiczne”, który cieszył się popularnością przez resztę XIX wieku. Ostatecznie terminy „promienie chemiczne” i „promienie cieplne” zostały zastąpione przez obecnie powszechnie stosowane terminy, odpowiednio „promieniowanie ultrafioletowe” i „promieniowanie podczerwone”.
Czym jest promieniowanie ultrafioletowe (UV)?
W widmie elektromagnetycznym promieniowanie ultrafioletowe (UV) jest klasyfikowane jako promieniowanie o długości fal od 100nm do 400nm. Jego fale są krótsze niż fale światła widzialnego i dłuższe niż fale promieniowania rentgenowskiego. Istnieją trzy rodzaje światła UV: UVA o długości fal od 315 do 400nm, UVB o długości fal od 280 do 315nm oraz UVC o długości fal od 100 do 280nm.
Nasze słońce emituje promieniowanie UV w zakresie od 100 do 400nm. Na skraju atmosfery ziemskiej światło słoneczne składa się z około 50% promieniowania podczerwonego (IR), 40% światła widzialnego i 10% światła ultrafioletowego (UV). Światło słoneczne, docierając do powierzchni Ziemi, gdy słońce znajduje się w najwyższym punkcie, składa się w 53% z promieniowania podczerwonego, w 44% ze światła widzialnego i w 3% ze światła ultrafioletowego. W tych 3% promieniowania UV, które dociera do powierzchni Ziemi, około 95% to UVA, a 5% to UVB. Oczywiście te wartości procentowe różnią się nieco w zależności od zachmurzenia i innych warunków atmosferycznych.
Większość fal UVC jest pochłaniana przez tlen w górnej części atmosfery, na skutek czego w warstwie ozonowej powstaje ozon. Warstwa ozonowa blokuje większość promieniowania UVB oraz pozostałą część promieniowania UVC, która nie została jeszcze wchłonięta przez tlen.
Ilustracja 1: Fale UV mają długości bezpośrednio poniżej długości fal widocznych dla ludzkiego oka. (Ilustracja dzięki uprzejmości W.S. Badger Company, Inc.)
Sztuczne emitery UV
Słońce nie jest jedynym źródłem promieniowania UV. Istnieje szereg urządzeń wykonanych przez człowieka, które również generują te fale.
Ilustracja 2: typowe fluorescencyjne lampy światła czarnego emitują fale UVA
Lampy światła czarnego
Najbardziej znanymi generatorami UV są lampy światła czarnego (ilustracja 2). Typowe lampy światła czarnego generują fale UVA oraz minimalną ilość światła widzialnego. Na przykład fluorescencyjne lampy światła czarnego emitujące fale UVA zamiast światła widzialnego wykorzystują warstwę fosforową na wewnętrznej stronie szklanej rury. Mocniejsze rtęciowe lampy światła czarnego wykorzystują tę samą zasadę do emitowania promieniowania UVA na większą skalę, głównie na potrzeby koncertów i efektów teatralnych.
Lampy światła czarnego znajdują zastosowanie głównie tam, gdzie zewnętrzne światło widzialne jest niepożądane podczas obserwacji zjawiska fluorescencji spowodowanego ekspozycją określonych substancji na działanie światła UV.
Krótkofalowe lampy UV
Krótkofalowe lampy UV zawierają fluorescencyjne rury bez powłoki fosforowej. Promieniowanie UV o skrajnych długościach fal 185nm i 253,7nm, również w paśmie UVC, jest emitowane głównie dzięki zawartości rtęci w rurze. Jednak przez rurę ze szkła kwarcowego przechodzi tylko promieniowanie o długości fali 253,7nm, podczas gdy fale o długości 185nm są całkowicie blokowane. Lampy te charakteryzuje zazwyczaj sprawność od 30% do 40% oraz moc UVC w zakresie od dwukrotności do trzykrotności mocy konwencjonalnych lamp fluorescencyjnych.
Podstawowym zastosowaniem tych lamp jest dezynfekcja powierzchni laboratoryjnych, powierzchni przeznaczonych do przetwórstwa żywności i instalacji wodociągowych.
Lampy wyładowcze UV
W lampach wyładowczych znajdują się różne gazy emitujące promieniowanie UV w określonych prążkach widmowych. Lampy te znajdują zastosowanie w specjalistycznych laboratoriach naukowych. Lampy tego typu są głównie używane w urządzeniach spektroskopii UV wykorzystywanych do analiz chemicznych.
Lasery
Lasery mogą być produkowane specjalnie do wytwarzania światła UV. Lasery, odpowiednio dobrane pod kątem technologii (gazowy, diodowy lub półprzewodnikowy) i użytych materiałów, są w stanie pokryć całe pasmo UV.
Lasery UV mają wiele zastosowań, m.in. grawerowanie laserowe, dermatologia, keratektomia, chemia, łączność, pamięci optyczne i produkcja układów scalonych.
Diody elektroluminescencyjne
Diody elektroluminescencyjne (LED) są produkowane specjalnie do wytwarzania światła UV. Urządzenia te są obecnie stosowane do utwardzania światłem ultrafioletowym, sterylizacji, leczenia skóry, a także w chemii do identyfikacji składników mieszanek.