UV- oder ultraviolettes Licht ist eine unsichtbare Form elektromagnetischer Strahlung, die eine kürzere Wellenlänge hat als das Licht, das der Mensch sehen kann. Es trägt mehr Energie als sichtbares Licht und kann manchmal Bindungen zwischen Atomen und Molekülen aufbrechen, wodurch die Chemie der ihm ausgesetzten Materialien verändert wird. UV-Licht kann auch dazu führen, dass einige Substanzen sichtbares Licht emittieren, ein Phänomen, das als Fluoreszenz bekannt ist. Diese Form von Licht, die im Sonnenlicht vorhanden ist, kann der Gesundheit zuträglich sein, da sie die Produktion von Vitamin D anregt und schädliche Mikroorganismen abtöten kann, aber eine übermäßige Exposition kann Sonnenbrand verursachen und das Hautkrebsrisiko erhöhen. UV-Licht hat viele Anwendungen, einschließlich Desinfektion, Leuchtstofflampen und in der Astronomie.
Der Begriff „Ultraviolett“ bedeutet „jenseits von Violett“. Im sichtbaren Teil des Spektrums nimmt die Wellenlänge ab – und die Energie der elektromagnetischen Wellen nimmt zu – von Rot über Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett ab, sodass UV-Licht eine kürzere Wellenlänge und mehr Energie hat als violettes Licht. Wellenlängen werden in Nanometern (nm) oder Milliardstel Meter gemessen, und ultraviolette Wellenlängen liegen zwischen 10 nm und 400 nm. Es kann nach abnehmender Wellenlänge in UV-A, UV-B oder UV-C eingeteilt werden. Eine alternative Klassifizierung, die in der Astronomie verwendet wird, ist „nah“, „mittel“, „weit“ und „extrem“.
Die Sonne produziert ultraviolettes Licht aller Kategorien; die kürzeren, energiereicheren Wellenlängen werden jedoch von Sauerstoff in der Atmosphäre und insbesondere von der Ozonschicht absorbiert. Daher besteht das Ultraviolett, das die Oberfläche erreicht, hauptsächlich aus UV-A, mit etwas U-VB. Für Sonnenbrand ist UV-B verantwortlich. Das Sonnenlicht, das die Erdoberfläche erreicht, hat sowohl Vorteile als auch Gefahren.
Vorteile
Ultraviolettes Licht, insbesondere UV-B, ist erforderlich, damit die Haut Vitamin D herstellen kann. Es wandelt eine in der Haut befindliche Chemikalie in eine Vorstufe des Vitamins um, die dann das Vitamin selbst bildet. Dieses Vitamin ist für die menschliche Gesundheit unerlässlich und ein Mangel wurde mit Erkrankungen des Immunsystems, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Bluthochdruck und verschiedenen Krebsarten in Verbindung gebracht. Ein schwerer Mangel führt zu einer Knochenerkrankung namens Rachitis. Mangel an Sonnenlicht ist die Hauptursache für Vitamin-D-Mangel, und Sonnenschutzmittel verhindert seine Bildung.
Es gibt andere Vorteile im Zusammenhang mit ultraviolettem Licht, die unabhängig von der Vitamin-D-Produktion zu sein scheinen. Häufige Exposition gegenüber mäßigen Mengen an Sonnenlicht, dh Mengen, die nicht ausreichen, um einen Sonnenbrand zu verursachen, kann einen gewissen Schutz vor Hautkrebs bieten. Es gibt Hinweise darauf, dass Menschen mit Outdoor-Berufen weniger anfällig für die Krankheit sind. Kinder, die viel Zeit mit Outdoor-Aktivitäten verbringen, scheinen auch ein geringeres Risiko zu haben, später im Leben an Hautkrebs zu erkranken. Andere mögliche positive Wirkungen sind eine verringerte Inzidenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, eine Verbesserung einiger Hauterkrankungen und eine Verbesserung der Stimmung.
Viele potenziell schädliche Mikroorganismen werden durch die Einwirkung von UV-Licht schnell abgetötet oder inaktiviert. Durch die Luft übertragene Virusinfektionen wie Influenza werden im Allgemeinen über Tröpfchen übertragen, die durch Husten und Niesen ausgeschieden werden. Viruspartikel in diesen Tröpfchen überleben nicht lange, wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt werden, und daher können sich diese Krankheiten bei sonnigen Bedingungen möglicherweise nicht so leicht ausbreiten.
Hauptgefahr
Auch die Fähigkeit von ultraviolettem Licht, chemische Veränderungen hervorzurufen, birgt Gefahren. Das energiereichere UV-B ist für Sonnenbrand verantwortlich, kann zu vorzeitiger Hautalterung führen und die DNA so verändern, dass es zu Hautkrebs wie Melanomen kommen kann. Es kann auch die Augen schädigen und Katarakte verursachen. UV-Licht stimuliert die Produktion des Pigments Melanin, weshalb Menschen sich bewusst starker Sonneneinstrahlung aussetzen können, um eine gebräunte Haut zu erhalten. Die mit dieser Lichtform verbundenen Effekte können durch die Popularität von Sonnenstudios und Solarien verschlimmert werden, die künstlich erzeugtes ultraviolettes Licht verwenden, um die Bräunung zu bewirken.
Verwendung
Desinfektion und Sterilisation
Die Auswirkungen von UV-Licht auf Viren, Bakterien und Parasiten haben dazu geführt, dass es zur Desinfektion von Trinkwasserversorgungen verwendet wird. Es hat den Vorteil, dass es wenig Wartung erfordert, den Geschmack des aufbereiteten Wassers nicht beeinträchtigt und keine potenziell schädlichen Chemikalien zurücklässt. Der Hauptnachteil besteht darin, dass es im Gegensatz zu einigen chemischen Methoden – wie der Chlorierung – nach der Behandlung nicht vor Kontamination schützt. UV wird auch zur Sterilisation von Lebensmitteln und in mikrobiologischen Labors verwendet.
Fluoreszenz
Einige Substanzen emittieren, wenn sie UV-Licht ausgesetzt werden, Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, ein Phänomen, das als Fluoreszenz bekannt ist. Herkömmliche Leuchtstofflampen werden beispielsweise mit UV-Licht betrieben, das durch Ionisierung von Niederdruck-Quecksilberdampf erzeugt wird. Dieses Licht wird von einer speziellen fluoreszierenden Beschichtung absorbiert, die wiederum sichtbares Licht erzeugt. Leuchtstofflampen sind energieeffizienter als herkömmliche Glühbirnen.
Ultraviolettes Licht wird häufig in der Sicherheit verwendet. Sensible Dokumente wie Geldscheine, Führerscheine, Kreditkarten und Reisepässe sind mit unsichtbaren Symbolen versehen, die nur unter UV-Licht aufleuchten. Diese sind für Fälscher schwer zu kopieren.
Biologen und Zoologen mögen ultraviolettes Licht sehr, da es ihnen hilft, nächtliche Organismenuntersuchungen im Feld durchzuführen. Bestimmte Vögel, Reptilien und Wirbellose, wie Insekten, fluoreszieren unter UV-Licht und ein schnelles Blitzen eines Lichts über einen kleinen Bereich kann es Beobachtern ermöglichen, die ungefähre Anzahl von Organismen eines bestimmten Typs zu zählen. Dies ist sehr hilfreich, da viele dieser Tiere hauptsächlich nachtaktiv sind und tagsüber selten, wenn überhaupt, gesehen werden.
Auch viele Textilien, die in Kleidung verwendet werden, fluoreszieren, und die in Nachtclubs und auf Partys oft verwendeten „Schwarzlichter“ nutzen diese Tatsache aus, indem sie Kleidung im Dunkeln leuchten lassen. Diese Lichter erzeugen hauptsächlich Licht im UV-Anteil des Spektrums, aber sie erzeugen auch ein leichtes violettes Leuchten. Spezielle Poster oder andere Kunstwerke können auch mit dem ausdrücklichen Zweck erstellt werden, unter Schwarzlicht auf eine bestimmte Weise zu fluoreszieren.
Insektenfallen
Viele Insekten können ultraviolettes Licht sehen und werden davon angezogen, daher wird das Licht oft in Insektenfallen verwendet. Diese können von Entomologen verwendet werden, um die Insektenpopulation in einem bestimmten Lebensraum zu untersuchen oder lästige Insekten in Lebensmittelgeschäften von Restaurants zu fangen und zu töten.
Astronomie
Die Kartierung der Milchstraße und anderer Galaxien im ultravioletten Licht ermöglicht es Astronomen, sich ein Bild davon zu machen, wie sich Galaxien im Laufe der Zeit entwickeln. Junge Sterne produzieren mehr UV-Strahlung als ältere Sterne wie die Sonne. Außerdem produzieren sie am äußersten Ende des Spektrums einen höheren Anteil ihres ultravioletten Lichts. Gebiete, in denen sich neue Sterne bilden, leuchten daher im UV heller, sodass Astronomen diese Gebiete identifizieren und kartieren können.
andere Verwendungen
Es gibt eine Reihe von anderen Anwendungen für UV-Licht:
Spektrophotometrie — zur Analyse chemischer Strukturen.
Analyse von Mineralien – Fluoreszenz unter ultraviolettem Licht kann zwischen Mineralien unterscheiden, die unter sichtbarem Licht gleich aussehen.
Mikroskopie – die kürzere Wellenlänge des ultravioletten Lichts kann Details auflösen, die zu klein sind, um mit einem gewöhnlichen Lichtmikroskop gesehen zu werden.
Chemische Marker – Substanzen, die im UV-Licht fluoreszieren, wie das grün fluoreszierende Protein (GFP) können verwendet werden, um biologische Prozesse zu untersuchen.
Photochemotherapie – wird zur Behandlung von Psoriasis und einigen anderen Hauterkrankungen verwendet.
Photolithographie mit sehr feiner Auflösung — diese wird bei der Herstellung von Halbleiterkomponenten in der Elektronikindustrie verwendet.
Überprüfung der elektrischen Isolierung – „Corona-Entladung“, bei der eine beschädigte Isolierung an elektrischen Geräten zu einer Ionisierung der Luft führt, kann durch die Emission von ultraviolettem Licht erkannt werden.
Aushärtung von Klebstoffen und Beschichtungen – einige Substanzen polymerisieren und härten unter UV-Licht aus.