
紫外线是一种电磁辐射,它使黑色的海报发光,并负责夏季晒黑和晒黑。但是,暴露于紫外线辐射会损害生命组织。
电磁辐射来自太阳,并在不同的波长和频率下以波浪或颗粒传输。这种广泛的波长被称为电磁(EM)光谱。频谱通常按降低波长和增加能量和频率的顺序分为七个区域。常见的名称是无线电波,微波,,,,红外线的(ir),可见光,紫外线(UV),X射线和伽马射线。
紫外线(UV)光落在可见光和X射线之间的EM光谱范围内。它的频率约为8×1014到3×1016每秒循环或赫兹(Hz)和大约380纳米的波长(1.5×10-5英寸)至约10 nm(4×10-7英寸)。根据美国海军的“紫外线辐射指南,“紫外线通常分为三个子兰:
- UVA,或附近的UV(315–400 nm)
- UVB或中紫外线(280–315 nm)
- UVC或远紫外线(180–280 nm)
该指南继续说:“从10 nm到180 nm波长的辐射有时称为真空或极端紫外线”。这些波长被空气阻塞,它们仅在真空中传播。
电离
紫外线辐射具有足够的能量来打破化学键。由于它们的能量较高,紫外光子可能导致电离,电子脱离原子的过程。所得的空缺影响原子的化学特性,并导致它们形成或破坏它们否则不会的化学键。这对于化学加工可能很有用,也可能会损害材料和生物组织。例如,在消毒表面上,这种损害可能是有益的,但也可能是有害的,尤其是对皮肤和眼睛,这些皮肤和眼睛受到高能UVB和UVC辐射的不利影响。
紫外线效应
人们遇到的大多数天然紫外线都来自阳光。但是,只有大约10%的阳光是紫外线,只有大约三分之一的阳光穿透了大气即可到达地面。国家毒理学计划(NTP)。在达到赤道的太阳能紫外线能量中,有95%是UVA,而5%是UVB。没有太阳辐射的可测量UVC到达地球表面,因为上层大气中的臭氧,分子氧和水蒸气完全吸收了最短的UV波长。尽管如此,根据NTP的第13号,“宽光谱紫外线辐射[UVA和UVB]是对生物的最强和最具破坏性的东西”有关致癌物的报告。”
晒斑
晒黑是对暴露于有害UVB射线的反应。从本质上讲,晒黑是由人体的自然防御机制启动的。这是由一种称为黑色素的颜料组成的,该颜料是由皮肤中的细胞在称为黑素细胞中产生的。黑色素吸收紫外线并将其散发为热量。当身体感觉到太阳损伤时,它会使黑色素进入周围的细胞,并试图保护它们免受更多损害。颜料会导致皮肤变暗。
“黑色素是一个天然防晒霜,“塔夫茨大学医学院皮肤病学助理教授加里·昌(Gary Chuang)在2013年的一次采访中告诉现场科学。但是,持续接触紫外线辐射会淹没人体的防御。晒斑。紫外线会损害人体细胞中的DNA。身体会感觉到这种破坏,并充满血液以帮助治愈过程。痛苦的炎症也会发生。通常在过度沉迷于阳光的半天之内,晒伤的典型的红lobster外观开始使自己知道并感觉到。
有时,由太阳射线突变的DNA的细胞会变成问题的细胞,这些细胞不会死亡,但会随着癌症而逐渐增殖。 Chuang说:“紫外线会在DNA和DNA修复过程中随机损害,从而使细胞获得避免死亡的能力。”
结果是皮肤癌,这是美国最常见的癌症形式。反复晒伤的人的风险要高得多。最致命形式的风险皮肤癌,叫黑色素瘤根据皮肤癌基金会的说法,对于收到五个或更多晒伤的人来说,这是双倍的。
其他UV来源
已经设计了许多人工来源来产生紫外线辐射。根据健康物理学会,“人工资源包括晒黑摊,黑灯,固化灯,杀菌灯,汞蒸气灯,卤素灯,高强度排放灯,荧光和白炽灯源以及某些类型的激光。”
产生紫外线的最常见方法之一是通过汽化的汞或其他一些气体将电流传递给电流。这种灯通常用于晒黑摊位和消毒表面。这些灯也用于黑灯中,导致荧光涂料和染料发光。发光二极管(LED),激光和电弧灯也可以作为具有各种波长用于工业,医学和研究应用的紫外线来源。
荧光
许多物质(包括矿物质,植物,真菌和微生物以及有机和无机化学物质)都可以吸收紫外线辐射。吸收会导致材料中的电子跳至更高的能级。然后,这些电子可以在一系列较小的步骤中返回到较低的能级,从而将其吸收能量的一部分作为可见光。在阳光下用作涂料或染料中表现出这种荧光的颜料的材料在阳光下显得更明亮,因为它们吸收了隐形的紫外线并在可见的波长下重新发射。因此,它们通常用于标志,安全背心和其他高知名度很重要的应用。
荧光也可用于定位和识别某些矿物质和有机材料。根据Thermo Fisher科学,生命技术,“荧光探针使研究人员能够检测具有精致的敏感性和选择性的复杂生物分子组件(例如活细胞)的特定成分。”
在用于照明的荧光管中,“生产具有254 nm波长的紫外线辐射以及当电流通过汞蒸气时发出的蓝光,”内布拉斯加州大学。 “这种紫外线辐射是看不见的,但包含比发出的可见光更多的能量。紫外线的能量被荧光灯内的荧光涂层吸收,并重新发射为可见光。”由于紫外线辐射的电离效应可杀死大多数细菌,因此没有相同的荧光涂层发射紫外线的类似试管可用于消毒表面。
黑光管通常使用汞蒸气产生长波UVA光,从而导致某些染料和颜料荧光。玻璃管涂有深紫色滤镜材料,以阻断大多数可见光的光,从而使荧光灯显着。对于消毒等应用,不需要此过滤。
紫外天文学
除了太阳外,还有许多紫外线辐射的天体来源。非常大的年轻明星大部分光线紫外线波长, 根据NASA。由于地球的大气阻止了大部分紫外线辐射,尤其是在较短的波长下,因此使用高空气球和配备有专门成像传感器和过滤器的轨道望远镜进行观测,以在EM光谱的紫外线区域观察。
根据密苏里州立大学天文学教授罗伯特·帕特森(Robert Patterson)的说法,大多数观察是使用电荷耦合设备(CCD)进行的,该检测器旨在对短波长光子敏感。这些观察结果可以确定最热恒星的表面温度,并揭示地球和类星体之间的中间气云的存在。
癌症治疗
虽然暴露于紫外线会导致皮肤癌,但有些可以使用紫外线治疗皮肤状况根据英国癌症研究。在一种称为牛皮岩紫外线光治疗(PUVA)的程序中,患者服用药物或涂乳液以使皮肤对光敏感。然后,紫外线在皮肤上发光。 PUVA用于治疗淋巴瘤,湿疹,牛皮癣和白癜风。
用同样的东西治疗皮肤癌似乎是违反直觉的,但是由于紫外线对皮肤细胞的产生影响,PUVA可能很有用。它减慢了在疾病发展中起着重要作用的增长。
生命起源的关键?
最近的研究表明紫外线可能发挥了关键作用在地球生命的起源,尤其是RNA的起源。在2017年《天体物理学杂志》上的一篇文章中,研究的作者指出,红色矮人恒星可能没有足够的紫外线来启动形成核糖核酸所需的生物学过程,这对于地球上所有形式的生命都是必不可少的。该研究还表明,这一发现可能有助于寻找宇宙其他地方的生活。