紫外线 编辑

频率介于可见光和X射线之间的电磁波
紫外线

紫外线(Ultraviolet,UV)是电磁波谱中频率为750THz~30PHz,对应真空中波长为400nm~10nm辐射的总称,不能引起人们的视觉。它是频率比蓝紫光高的不可见光。紫外线英文名其中的ultra-意为“高于,超越”。

它的名称是因为在光谱中电磁波频率比肉眼可见的紫色还要高而得名,又俗称紫外光。1801年德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光,因而发现了紫外线的存在。紫外线可以用来灭菌,过多的紫外线进入人体会造成皮肤癌。紫外线是在阳光中发现的,并且在电弧和专门的灯,像是黑光灯,也会并发出紫外线。它可以造成化学反应,并导致许多物质发光或产生萤光。大多数紫外光被归类为非电离辐射。能量较高的紫外线光谱,大约在150纳米(真空紫外线)是电离的,但这种类型的紫外线不具穿透力,会被空气阻挡住。

由于紫外线具有较高的光子能量,虽然所占的比例最少,但是对皮肤的损伤却是最大的。当太阳光通过大气层时,波长短于290nm的光线绝大多数被臭氧吸收,因此自然光线中紫外线主要是波长在290nm-400nm的部分,这部分光线根据波长又分为中波紫外线(UVB:290nm-320nm)和长波紫外线(UVA:320-400nm)。大致总结一下,中波紫外线能量高,会导致皮肤晒伤;长波紫外线穿透能力强,主要的危害是加速皱纹、色斑形成,导致皮肤衰老。而更为严重的是,长期高剂量的紫外线暴露会增加皮肤癌的发病风险。

紫外线消毒灯的正确使用方法:1.对物品表面的消毒:可采用便携式紫外线消毒器近距离移动照射,也可采取紫外线灯悬吊式近距离照射。对小件物品可放紫外线消毒箱内照射消毒。2.对室内空气的消毒:⑴间接照射法:选高强度紫外线空气消毒器,不仅消毒效果可靠,而且可在室内有人活动时使用,一般开机消毒30分钟即可达到消毒合格。⑵直接照射法:在室内无人条件下,可采取紫外线灯悬吊式或移动式直接照射。采用室内悬吊式紫外线消毒时,室内安装紫外线消毒灯的数量为平均每立方米不少于1.5W,照射时间不少于30分钟。

紫外线位于光谱中紫色光之外,为不可见光。太阳光中含有丰富的紫外线,当适量紫外线照射人体时,能促使人体合成维生素D,以防止患佝偻病。紫外线还具有杀菌作用,医院里的病房就利用紫外线消毒。大气中的氧气和高空中的臭氧层,对紫外线都有很强的吸收作用,能吸收掉太阳光中的大部分紫外线,因此能保护地球上的生物,使它们免受紫外线伤害。另外,紫外线能激发化学反应,使荧光物质发光,让照相底片感光。钱币的防伪就是利用了紫外线的这一功能。

目录

    1 基本信息 2 形成原因 3 主要影响 4 观测发现 5 研究利用

      基本信息

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      中文名:紫外线

      拼音:zǐ wài xiàn

      来源:自然界的主要紫外线光源是太阳

      发现时间:1801年

      本质:电磁波

      外文名:Ultraviolet

      释义:物理学光学的一种电磁波

      波长:400nm~10nm(真空中)

      发现人:里特

      频率:750THz~30PHz

      形成原因

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      含义

      紫外线是阳光中波长为400~10纳米(nm)的光线。英语为ultraviolet,ultra-意为高于,超越。太阳光谱上紫外线的频率高于可见光线。可以分为UVA(紫外线A,波长400~320纳米,低频长波)、UVB(波长320~280纳米,中频中波)、UVC(波长280~100纳米,高频短波)、EUV(100~10纳米,超高频)4种。

      其中,UVA的致癌性最强,晒红及晒伤作用是UVB的1000倍。UVC则一般会被臭氧层阻隔。IR(Infrared)是红外线,可造成晒红、微血管扩张、皮肤炎,并促进紫外线的致癌性。紫外线照射会让皮肤产生大量自由基,导致细胞膜的过氧化反应,使黑色素细胞产生更多的黑色素,并往上分布到表皮角质层,造成黑色斑点。紫外线可以说是造成皮肤皱纹、老化、松弛及黑斑的最大元凶。

      紫外线照射人体时,能促进人体合成维生素D,以防止患佝偻病,经常让小孩晒晒太阳就是这个道理。紫外线还具有杀菌作用,医院里的病房就利用紫外线消毒。但过强的紫外线会伤害人体,应注意防护。

      物理来源

      紫外线是由原子的外层电子受到激发后产生的。自然界的主要紫外线光源是太阳,太阳光透过大气层时波长短于 290nm的紫外线为大气层中的臭氧吸收掉。

      人工的紫外线光源有多种气体的电弧(如低压汞弧、高压汞弧),紫外线有化学作用能使照相底片感光,荧光作用强,日光灯、各种荧光灯和农业上用来诱杀害虫的黑光灯都是用紫外线激发荧光物质发光的。紫外线还可以防伪,紫外线还有生理作用,能杀菌、消毒、治疗皮肤病和软骨病等。紫外线的粒子性较强,能使各种金属产生光电效应。

      生理效应

      紫外线紫外线

      紫外线根据波可分为近紫外线UVA,远紫外线UVB和超短紫外线UVC。

      高频短波UVC

      短波紫外线简称UVC,是波长280~200nm的紫外线。短波紫外线在经过地球表面同温层时被臭氧层吸收,不能到达地球表面。短波紫外线对人体可产生重要作用,因此,对短波紫外线应引起足够的重视。

      中频中波UVB

      中波紫外线简称UVB,是波长320~280nm的紫外线。中波紫外线对人体皮肤有一定的生理作用。此类紫外线的极大部分被皮肤表皮所吸收,不能渗入皮肤内部。但由于其阶能较高,对皮肤可产生强烈的光损伤,被照射部位真皮血管扩张,皮肤可出现红肿、水泡等症状。长久照射皮肤会出现红斑、炎症、皮肤老化,严重者可引起皮肤癌。由此中波紫外线又被称作紫外线的晒伤(红)段,是应重点预防的紫外线波段。

      低频长波UVA

      简称UVA。是波长400~315nm的紫外线。长波紫外线对衣物和人体皮肤的穿透性远比中波紫外线要强,可达到真皮深处,并可对表皮部位的黑色素起作用,从而引起皮肤黑色素沉着,使皮肤变黑,起到了防御紫外线,保护皮肤的作用。因而长波紫外线也被称做“晒黑段”。长波紫外线虽不会引起皮肤急性炎症,但对皮肤的作用缓慢,可长期积累,是导致皮肤老化和严重损害的原因之一。

      UVA细分

      UVA可再细分为UVA-2(340nm~320nm)与UVA-1(400nm~340nm)。

      UVA-1穿透力最强,可达真皮层使皮肤晒黑,对皮肤的伤害性最大,但也是对它最容易忽视的,特别在非夏季时UVA-1强度虽然较弱,但仍然存在,会因为长时间累积的量,造成皮肤伤害。特别是皮肤老化松弛、皱纹、失去弹性、黑色素沉淀;UVA-2则与UVB同样可到达皮肤表皮,它会引起皮肤晒伤、变红发痛、日光性角化症(老人斑)、失去透明感。

      超高频EUV

      超高频紫外线EUV,又称极紫外线,EUV的频率极高,波长极短,能量极高。由于其波长极短,分辨率高,可以用于光刻机,生产极短制程的CPU和各种电子芯片,紫外光刻是电子工业的重要生产技术之一。

      阳光紫外线

      由此可见,防止紫外线照射给人体造成的皮肤伤害,主要是防止紫外线UVB的照射;而防止UVA,则是为了避免皮肤晒黑。在欧美,人们认为皮肤黝黑是健美的象征,所以反而在化妆品中要添加晒黑剂,而不考虑对低频长波紫外线的防护。这种观点已有所改变,由于认识到低频长波紫外线对人体可能产生的长期的严重损害,所以人们开始加强对低频长波紫外线的防护。

      在限定太阳辐射照度的国际标准草案中将紫外光谱的范围划分如下表:在限定太阳辐射照度的国际标准草案中将紫外光谱的范围划分如下表:

      在限定太阳辐射照度的国际标准草案中将紫外光谱的范围划分

      名称

      英文缩写

      (真空中)波长范围λ

      光子能量ε

      低频紫外/长波紫外

      UVA

      400nm~315nm

      3.10eV~3.94eV

      中频紫外/中波紫外

      UVB

      315nm~280nm

      3.94eV~4.43eV

      高频紫外/短波紫外

      UVC

      280nm~100nm

      4.43eV~12.4eV

      近紫外

      NUV

      400nm~300nm

      3.10eV~4.13eV

      中紫外

      MUV

      300nm~200nm

      4.13eV~6.20eV

      远紫外

      FUV

      200nm~122nm

      6.20eV~10.2eV

      真空紫外

      VUV

      200nm~100nm

      6.20eV~12.4eV

      浅紫外

      LUV

      100nm~88nm

      12.4eV~14.1eV

      超紫外

      SUV

      150nm~10nm

      8.28eV~124eV

      极紫外

      EUV

      121nm~10nm

      10.3eV~124eV

      主要影响

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      UV固化技术

      UV固化技术是用UV光线(主要波长365nm,特殊场合254nm)照射在含有光重合性预聚体、光重合性单体、光开始剂的涂料、接着剂或油墨等UV硬化树脂后,以秒单位快速硬化、干燥的技术。而通常的热干燥法、二液混合法中的重合反应法对树脂的干燥普通需要数分到数小时。

      UV表面杀菌装置广泛应用于食品、电子、半导体、液晶显示器、等离子电视、水晶振动子、精密器件、化工、医学、保健、生物、饮料、农业等等广泛领域。UV光源照射食品、材料等表面,具有快速高效、无污染的杀菌效果,从而维持产品的高品质。

      电子领域

      紫外线可用于光刻设备,用于生产电子芯片,如EUV光刻机采用的是EUV超高频紫外线(极紫外线),由于其波长极短,分辨率高,可以用于光刻机,生产极短制程的CPU和各种电子芯片,紫外光刻是电子工业的重要生产技术之一。

      化学领域

      涂料固化,颜料固化,光刻。仪器分析:矿石,药物,食品分析。

      工业领域

      在表面清洗处理中的应用

      由于大功率超高功率低气压UV放电管开发的进展,以及随着微电子等产品的超微细化,在微电子、超精密器件等产品的制造过程中,由高频短波紫外线及其产生的臭氧对其产品的表面进行超精密清洗或改善其表面的接着性、附着性的干式光表面处理技术的实用化进展得很快。需要提高成品率的半导体器件、液晶表示元件、光学制品等制造中,紫外线UV和O3臭氧并用的干式光表面处理技术已成不可缺少的技术手段。作为氟利昂的替代技术,光表面清洗技术将逐渐取代湿式的传统技术。

      生物领域

      促进植物生长,诱杀蚊虫。

      细菌中的脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和核蛋白的吸收紫外线的最强峰在257nm~254nm。细菌吸收紫外线后,引起DNA链断裂,造成核酸和蛋白的交联破裂,杀灭核酸的生物活性,致细菌死亡。快速便利,因无物理接触无二次污染。

      紫外线对常见细菌病毒的杀菌效率(辐射强度:30000μW/cm²)。

      细菌种类杀灭对象秒(s)
      细菌类炭疽杆菌0.3
      破伤风杆菌0.3
      痢疾杆菌1.5
      大肠杆菌0.4
      葡萄球菌属1.3
      结核杆菌0.4
      病毒流感病毒0.3
      脊髓灰质炎病毒0.8
      乙肝病毒0.8
      嗜菌胞病毒0.2
      霉菌孢子黑曲霉0.3-6.7
      毛霉菌属4.6
      青霉菌属0.9-3.0
      水藻类兰绿藻10-40
      线虫卵3.4
      绿藻1.2
      原生动物类4.0-6.7
      鱼类病白斑病2.7
      感染性胰坏死4
      病毒性出血病1.6

      观测发现

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      防晒系数

      紫外线紫外线

      SPF是防晒系数(又叫防晒指数,Sun Protection Factor)的英文缩写,表明防晒用品所能发挥的防晒效能的高低。它是根据皮肤的最低红斑剂量来确定的。皮肤在日晒后发红,医学上称为“红斑症”,这是皮肤对日晒作出的最轻微的反应。最低红斑剂量,是皮肤出现红斑的最短日晒时间。使用防晒用品后,皮肤的最低红斑剂量会增长,那么该防晒用品的防晒系数SPF则为:

      SPF=最低红斑剂量(用防晒用品后)/最低红斑剂量(用防晒用品前)

      SPF值越高,防护时效越长。一般人没有任何防备地站在阳光下面暴晒,15分钟皮肤开始出现红斑,如果你选择的是SPF20的防晒霜,你在日晒下的安全时间就是15分钟×20=300分钟。

      日晒会造成光老化,使皮肤产生黑斑、雀斑等等。防晒产品能有效的抵抗紫外线UVA和UVB对皮肤的损害。若要找出防晒品对你提供多长的保护时间,则应先知道你在完全不使用防晒的情况下,需先在阳光中待多久的时间,你的皮肤才会稍微变成淡红色;然后将所需的时间与SPF的值相乘,即可得到防晒品的保护时间。

      SPF虽然是防晒的重要指标,但并不表示SPF值越高,保护力就越强。例如SPF15有93%的保护能力,而SPF34却只有97%的保护能力,但是,SPF值越大,其通透性越差,会妨碍皮肤的正常分泌与呼吸。根据皮肤科专家的研究,最适当的防晒系数是介于SPF15到SPF30之间即可。

      研究利用

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      仪器测试

      一定强度和频率的紫外线,照射物质(部分物质需要加入荧光染料)时,物质元素会发出荧光(光致发光)。根据荧光的颜色,即可判断出该元素的含量。如铅、汞等重金属,农药残留物等都可用此种方法检测。日光灯就是利用这种原理。

      黑光灯

      大部分昆虫的复眼对365nm紫外线特别敏感,在晚上,点亮一只紫外线灯,对昆虫来说犹如光明世界一样。

      人体保健照射

      320nm~280nm的紫外线称为保健紫外线。照射皮肤后,使皮肤内的7-脱氢麦角胆固醇,转化为维生素D3和D2,防止佝偻病和职业病(矿工等)。

      市面已有保健型紫外线灯供应。

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