Digi-Key Electronics
Avtor: Rich Miron
2017_256_17
Nemški fizik Johann Wilhelm Ritter je UV-sevanje odkril leta 1801. Opazil je pospešeno temnenje papirja, potopljenega v srebrov klorid, ko ga je izpostavil nevidnim žarkom tik za vijoličnim delom vidnega spektra. Da bi te žarke ločil od »toplotnih žarkov« (IR), ki so bili odkriti leto prej na drugem delu vidnega spektra, je UV-sevanje poimenoval »oksidirajoči žarki«, da bi poudaril kemijsko reakcijo, ki jo je opazil. To poimenovanje je kmalu nadomestil izraz »kemijski žarki«, ki je ostal v uporabi do konca 19. stoletja. Sčasoma sta bila izraza kemijski in toplotni žarki nadomeščena z danes razširjenima izrazoma ultravijolični in infrardeči žarki.
Kaj je UV?
V elektromagnetnem spektru je ultravijolično (UV) sevanje opredeljeno z valovno dolžino od 10 NM do 400 NM. Te valovne dolžine so krajše od valovnih dolžin vidne svetlobe in daljše od valovnih dolžin rentgenskih žarkov. Obstajajo tri vrste UV-svetlobe: UVA ima valovne dolžine med 315 in 400 NM, UVB med 280 in 315 NM ter UVC med 100 in 280 NM.
Naše sonce oddaja UV-sevanje v spektru od 10 do 400 NM. Na robu Zemljine atmosfere je sončna svetloba sestavljena iz približno 50 % infrardeče (IR), 40 % vidne in 10 % UV-svetlobe. Ko je sonce v zenitu, je svetloba, ki doseže površje Zemlje, sestavljena iz 53 % infrardeče, 44 % vidne in 3 % UV-svetlobe. Od teh 3 % UV svetlobe, ki doseže tla, je približno 95 % UVA in 5 % UVB. Ti odstotki se nekoliko razlikujejo glede na oblačnost in druge atmosferske pogoje.
Večji del valovnih dolžin UVC absorbira kisik v zgornjem delu atmosfere, iz katerega nato nastane ozon v ozonski plasti. Ozonska plast zaustavi večino žarkov UVB in preostanek žarkov UVC, ki jih kisik ne absorbira.
Umetni oddajniki UV-žarkov
Sonce ni edini vir UV-sevanja. Ustvarjajo ga namreč tudi številne naprave, ki jih je ustvaril človek.
Črne sijalke
Najbolj znani viri UV-svetlobe so črne sijalke (slika 2). Običajne črne sijalke oddajajo valove UVA z zelo malo vidne svetlobe. Pri fluorescentnih črnih sijalkah je na primer notranjost steklene cevi premazana s fosforjem, kar omogoča, da sijalke oddajajo valove UVA namesto vidne svetlobe. Močnejše črne sijalke z živosrebrno paro, ki se uporabljajo na večjih prizoriščih, na primer koncertih in gledaliških predstavah, uporabljajo isto načelo za oddajanje sevanja UVA.
Črne sijalke se največ uporabljajo pri opazovanju fluorescence, ki je posledica izpostavljenosti določenih snovi UV-svetlobi, ko zunanja vidna svetloba ni zaželena.
Kratkovalovne UV-sijalke
Kratkovalovne UV-sijalke so sestavljene iz fluorescentnih cevi, ki niso premazane s fosforjem. UV-svetlobo z vrhovoma v pasu UVC pri 253,7 NM in 185 NM oddajajo predvsem zaradi živega srebra v cevi. Vendar skozi cev iz kremenovega stekla prehajajo samo žarki valovne dolžine 253,7 NM, medtem ko so žarki valovne dolžine 185 NM zaustavljeni. Običajna učinkovitost teh sijalk je od 30 do 40-odstotna, oddajajo pa od dva- do trikrat več žarkov UVC od običajnih fluorescentnih sijalk.
Uporabljajo se predvsem za razkuževanje površin v laboratorijih, površin za predelavo hrane in vodnih virov.
Plinske UV-sijalke
Plinske sijalke vsebujejo različne pline, ki proizvajajo UV-sevanje pri določenih spektralnih črtah, in se uporabljajo za posebne znanstvene namene. Te sijalke se v glavnem uporabljajo v UV-spektroskopski opremi, ki se uporablja pri kemijski analizi.
Laserji
Laserje je mogoče posebej izdelati za proizvajanje UV-svetlobe. Odvisno od laserske tehnologije (plinski laserji, laserske diode ali polprevodniški laserji) in uporabljenih materialov je mogoče izdelati laserje, ki zajemajo celoten pas UV-svetlobe.
Laserji se uporabljajo za različne namene, na primer pri laserskem graviranju, keratektomiji, komunikacijah, optičnih shrambah in izdelavi integriranih vezij ter v dermatologiji in kemiji.
Svetleče diode
Proizvajalci izdelujejo svetleče diode (LED) posebej za proizvajanje UV-svetlobe. Te naprave se trenutno uporabljajo pri zdravljenju z UV-žarki, sterilizaciji in zdravljenju kože ter v kemiji za prepoznavanje sestavin zmesi.
Vpliv na zdravje
UV-sevanje ima številne koristne, a tudi škodljive vplive na zdravje ljudi. Prevelika izpostavljenost UV-žarkom je lahko škodljiva, medtem ko lahko zmerna izpostavljenost pozitivno vpliva na zdravje.
Škodljivi vplivi
Prevelika izpostavljenost UV-sevanju lahko škoduje očem, koži in imunskemu sistemu.
Sevanje UVA nima neposrednih vplivov na zdravje oziroma so ti zelo omejeni, vendar žarki na začetku pasu UVB (315 NM) že povzročajo fotokeratitis (bolezen oči, ki povzroča bolečine) in rdečico kože (svetlejše polti so bolj občutljive na rdečico), pri čemer se škodljivi vplivi sevanja hitro povečujejo, ko se valovne dolžine približujejo 300 NM. UV-sevanje v pasu UVC v razponu od 265 do 275 NM najbolj škoduje očem in koži.
Prevelika izpostavljenost žarkom UVB lahko povzroči opekline in nekatere oblike kožnega raka.
Koristni vplivi
Čeprav je prevelika izpostavljenost UV-žarkom lahko zelo škodljiva, ima zmerna izpostavljenost številne zdravstvene koristi. Izpostavljenost UV-žarkom proizvaja vitamin D, izboljšuje počutje in nam daje energijo.
Vitamin D
Zmerna izpostavljenost UV-sevanju je bogat vir vitamina D, ki pomaga uravnavati metabolizem kalcija, izločanje inzulina, krvni pritisk, imunost in celično rast. Ugotovljena je bila povezanost višjih ravni vitamina D z nižjimi možnostmi za srčna obolenja, kap in sladkorno bolezen ter tendenco k nižjemu krvnemu tlaku.
Bolezni kože
Nekatere bolezni kože je mogoče zdraviti z UV-sevanjem. Z moderno fototerapijo je dandanes mogoče zdraviti ekceme, dermatitis, rahitis, atopijsko in lokalno sklerodermijo, zlatenico, luskavico ter vitiligo.
Bolezni srca in ožilja ter povišan krvni tlak
Raziskave so pokazale, da lahko izpostavljenost sevanju UVB zniža krvni tlak pri bolnikih z visokim krvnim tlakom in pomanjkanjem vitamina D. Drugi medicinski poskusi in študije so pokazali, da ima UV-sevanje izmerljive zdravstvene koristi, ki so neodvisne od vitamina D.
Serotonin
Vitamin D pospešuje ustvarjanje serotonina, njegova pridelava pa je sorazmerna z izpostavljenostjo telesa UV-sevanju. Spremembe ravni serotonina vplivajo na počutje in obnašanje. Vpliv serotonina na človeško telo ni v celoti znan, toda predvideva se, da povzroča občutke ugodja, vedrosti in sreče.
Melanin
Zmerna izpostavljenost UV-žarkom povečuje količino temnega pigmenta melanina v koži, kar povzroča porjavelost. Melanin absorbira sevanje UVA in UVB ter ju oddaja kot toploto. To ščiti kožo pred neposrednimi in posrednimi poškodbami DNK-ja.
Uporaba
Koristne vplive UV-sevanja je mogoče na različne načine uporabiti za izboljšanje zdravja in počutja ljudi. Dandanes se UV-žarki uporabljajo predvsem za uničevanje mikrobov in odstranjevanje kontaminantov.
Čiščenje zraka
Kontaminanti v notranjih prostorih so večinoma organske spojine na osnovi ogljika, ki pri izpostavljenosti visokointenzivnemu sevanju UVC v razponu od 240 do 280 NM razpadejo. Sevanje UVC lahko uniči tudi DNK in mikroorganizme. Oddajniki žarkov UVC, kot so diode LED UV RayVio RVXE-280 in RVXP-280, lahko tako pomagajo pri čiščenju krožečega zraka v prostoru, kjer so nameščeni. Te diode LED UVC z nazivno valovno dolžino 280 NM so na voljo kot enote Star Board ali naprave za površinsko montažo z običajnim izhodnim sevanjem 4 mW (naprave RVXE), 16 mW (naprave RVXP1) in 50 mW (naprave RVXP4) ter so primerne za različne uporabe, vključno s čiščenjem zraka.
Sterilizacija in razkuževanje
Diode LED UVC se lahko uporabljajo za sterilizacijo in razkuževanje. V medicinskih in bioloških laboratorijih se sevanje UVC v povezavi z drugimi tehnikami uporablja za sterilizacijo orodja in delovnih površin.
Druge pogoste uporabe sevanja UVC vključujejo obdelavo odpadne vode in občinske pitne vode. Uporabljajo ga tudi polnilci izvirske vode za sterilizacijo svojih izdelkov. Poleg tega se sevanje UVC uporablja tudi za uničevanje mikroorganizmov v živilskopredelovalni industriji. Sadne sokove se na primer lahko pasterizira z žarki UVC, tako da se jih izpostavi viru sevanja UVC.
Zdravljenje
UV-sevanje se ne uporablja samo za čiščenje in sterilizacijo, temveč tudi kot pomoč pri zdravljenju kožnih bolezni, kot so luskavica in vitiligo (bolezen, pri kateri deli kože izgubijo pigment). V teh primerih se namesto žarkov UVC uporablja žarke UVB. Tudi za te namene ima družba RayVio na voljo popolne diode LED. Njihove diode LED z valovno dolžino 310 NM (kmalu na voljo pri podjetju Digi-Key) so lahko osnova, na kateri so zasnovane naprave za zdravljenje kože. Te naprave so na voljo z istimi možnostmi montaže in istimi ravnmi izhodnega sevanja, kot prej omenjene diode LED UVC.
Zaključek
UV-sevanje ima tako škodljive kot tudi koristne vplive na človeka. Z ustrezno zasnovo je mogoče koristne vplive žarkov UVB in UVC uporabiti za zaščito pred okužbami in zdravljenje bolezni kože. V ta namen družba RayVio ponuja diode LED, ki so popolne za te vrste uporabe in s katerimi je lažje oblikovati končne izdelke kot z drugimi viri UV-svetlobe.
