Ultraviolettstrahlung

Ultraviolettstrahlung sind elektromagnetische Wellen kurzer Wellenlänge von etwa 10 bis 380 nm bzw. hoher Frequenz von ca. 790 THz bis 30 PHz. Die Energie eines einzelnen Lichtquants liegt im Bereich von ca. 3,3 eV (380 nm) bis ca. 124 eV (10 nm). Das ultraviolette Licht wurde 1802 von Johann Wilhelm Ritter entdeckt.
Ultraviolettstrahlung ist nicht sichtbar. Sie zählt jedoch zur Gruppe der optischen Wellenlängen, weshalb häufig der irreführende Begriff "UV-Licht" anzutreffen ist. UV-Strahlung kann wie das Licht anderer Wellenlängen oder der langwelligen Infrarotstrahlung gebrochen, reflektiert, transmittiert, absorbiert und gebeugt werden.
Durch Fluoreszenz kann Ultraviolettstrahlung indirekt sichtbar gemacht werden.
In der sogenannten Höhensonne, in Solarien oder auch in sog. "Schwarzlichtlampen" (sie alle enthalten eine Quecksilberdampflampe als wesentlichen Bestandteil), lässt sich ultraviolette Strahlung auch künstlich erzeugen.

Unterhalb einer Wellenlänge von ca. 200 nm ist die Energie eines einzelnen ultravioletten Lichtquants ausreichend, Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu lösen, d.h. diese zu ionisieren. Wie auch Gamma- und Röntgenstrahlung bezeichnet man daher kurzwellige Ultraviolettstrahlung unterhalb ca. 200 nm als ionisierende Strahlung.
Obwohl sie die ionisierende Strahlung mit der geringsten Energie pro Lichtquant ist, ist sie für den Menschen gefährlich. Auch UV-Strahlung mit größerer Wellenlänge vermag bereits chemische Bindungen organischer Moleküle zu zerstören. Daher ist ein verantwortungsvoller Umgang mit Sonnenlicht (Sonnenschutz) angebracht, da Sonnenlicht einen hohen Anteil an Ultraviolettstrahlung enthält. Auch der übermäßige Besuch von Solarien ist aus diesem Grund umstritten.

Einteilung, Biologische Wirkung

Der UV-Anteil des Sonnenlichts teilt sich im allgemeinen wie folgt auf: Bildung einer Schutzschicht auf der Haut; dringt in tiefere Hautschichten vor, hohes Hautkrebsrisiko, hat einen stark erythemen Effekt -> Sonnenbrand

UV-B Licht dringt bis zur Oberhaut vor. UV-A bis zur Lederhaut.

Bildung des anti-rachitischen Calciferol (Vitamin D) in der Haut

Bereich	Wellenlänge	Biologische Wirkung	-	UV-A	320-400 nm	sofortige, kurze Bräunung; Hautalterung und Faltenbildung, theoretisch keine erytheme (Sonnenbrand erzeugende) Wirkung, praktisch schon.	-	UV-B	280-320 nm	langfristige Bräunung (s. Hautfarbe)	-	UV-C	200-280 nm	sehr kurzwellig, gelangt nicht bis zur Erdoberfläche, Absorption durch die obersten Luftschichten der Erdatmosphäre, unterhalb etwa 200 nm durch Photolyse des Luftsauerstoffs ozongenerierend. UV-C Strahlung (vor allem die sehr einfach durch Anregung bei niederem Dampfdruck mit hoher Ausbeute (30 - 40 %) der angelegten elektrischen Leistung anregbare Emissionslinie des Quecksilberdampfs bei 253,652 nm) findet in der physikalischen Entkeimungstechnik eine technische Anwendung. Während bei 280 nm (Absorptionsmaximum der meisten Proteine) die darin eingebaute Aminosäure Tryptophan das UV-Licht absorbiert, werden bei 265 nm Nukleinsäuren am stärksten geschädigt. Bei etwa 245 nm absorbieren vor allem die Nukleinsäuren, während Proteine hier ein relatives Absorptionsminimum zwischen dem Absorptionsmaximum um 280 nm durch aromatische Aminosäuren (Tryptophan, Tyrosin und Phenylalanin) und der Absorption durch die Peptidbindung zwischen den einzelnen Aminosäuren (Maximum bei etwa 220 nm) zeigen. Daher ist bei 253,7 nm auch die Bestrahlung von Proteinlösungen (z. B. Tierseren für die Zellkultur) zur Inaktivierung darin enthaltener Viren und Bakterien möglich

Die UV-Strahlung mit Wellenlängen unter 100 nm kommt im Sonnenlicht nur mit sehr geringer Intensität vor.

Eine andere Einteilung des UV-Strahlungsspektrums ist die in nahes Ultraviolett (entspricht im wesentlichen UV-A), mittleres Ultraviolett (etwa UV-B), fernes Ultraviolett (Wellenlängen von 200 bis etwa 280 nm) und Vakuumultraviolett (Wellenlängen kleiner als 200 nm, Luft wird hier undurchsichtig).

Umstritten ist die biologische Wirkung von UV-Licht. Für manche ist es ein lebenswichtige Essenz ^* für andere die Quelle vieler Übel.

Vorsicht bei der Beurteilung biologischer Wirkungen der verschiedenen UV-Bereiche! Die Schädigung hängt nicht nur von der Energie des UV-Lichts ab, sondern auch von der Eindringtiefe und der Zeit der Bestrahlung des Gewebes. UV-C-Licht bei 253,7 nm wird durch verhornte Haut praktisch schon an der Oberfläche vollständig absorbiert und ist daher weniger effektiv bei der Schädigung tieferliegender Zellschichten als UV-B-Licht, das schwächer absorbiert bis in diese eindringt.

Langzeitschäden wie Hautalterung, Hautkrebs oder Katarakt können auch auftreten, wenn die Erythemschwelle zwar nicht überschritten wird, die Bestrahlung aber häufig erfolgt. Haut und Augen registrieren jede UV-Strahlung und nicht nur diejenige, die über der Erythemschwelle liegt. Auch auf Solarien soll hier noch einmal hingewiesen werden. Wenn Hautärzte bei bestimmten Hautkrankheiten eine sogenannte Phototherapie durchführen, so handelt es sich um kleine Dosen bei ganz bestimmten Wellenlängen. Der Hautarzt wiegt dabei das kleinere Übel gegen das größere ab, um eine Krankheit zu bekämpfen. Blässe hingegen ist keine Krankheit! Moderne Solarien verzichten mittlerweile fast vollständig auf UVB-Strahlung, die für den Sonnenbrand verantwortlich ist und Krebs hervorrufen kann. Aber auch die längerwellige UVA-Strahlung ist, wie man heute weiß, alles andere als harmlos. Sie dringt tiefer in die Haut ein, bewirkt ebenfalls DNA-Schäden, die wiederum Krebs verursachen können, und führt nebenbei auch noch zur vorzeitigen Hautalterung. Dabei hat UVA noch eine zusätzliche Tücke: der warnende Sonnenbrand bleibt nämlich aus, man merkt gar nicht, dass man sich einer Gefahr aussetzt und bleibt zu lange unter der Strahlenquelle (Vorsicht: Dies soll nicht heißen, dass man bis zu einem Sonnenbrand in der Sonne liegen kann, denn dieser wird oft erst dann bemerkt, wenn es schon zu spät ist). UV-Strahlung ist in der Lage, neben dem Hautkrebs eine Reihe anderer Hauterkrankungen hervorzurufen, wie z. B. die Sonnenallergie (polymorphe Lichtdermatose) und andere sogenannte Lichtdermatosen.

DNA-Schäden entstehen durch UV-Strahlung, wenn sich zwei benachbarte Thyminbasen kovalent miteinander verbinden, sodass sie ein Thymindimer bilden. Diese behindern die Replikation oder führen zu Mutationen. Häufig können solche Schäden jedoch von Reparaturenzymen behoben werden.

Glas (Natron-Kalk-Glas) ist für Ultraviolettstrahlung unterhalb 350 nm undurchlässig, Borosilikatglas (Jenaer Glas) lässt dagegen UV-Licht bis etwa 290 nm durch, eisenfreies Borosilikatglas sogar noch UV-C-Licht bei 253,7 nm. Während natürlicher Quarz durch seinen Titangehalt kein Vakuum-UV-Licht unter 200 nm durchlässt, wird synthetisches hochreines Quarzglas für ozonisierende UV-Lampen (z. B. in der Aufbereitung hochreinen Wassers zur Oxidation der gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen) verwendet.

UV-B-Strahlung wurde früher auch Dorno-Strahlung nach Carl Dorno, der diese intensiv untersuchte, benannt. Sie bewirkt die photochemische Bildung des anti-rachitischen Calciferol (Vitamin D) in der Haut.

UV-Absorption

Normales Glas ist nur für UV-A-Strahlung gut durchlässig, für UV-Strahlung kürzerer Wellenlängen hingegen praktisch undurchsichtig. Quarzglas ist auch für kürzere Wellenlängen durchsichtig, je nach Reinheit auch bis in den Bereich des Vakuumultraviolett bis ca. 180 nm. Spezielle Materialien wie z. B. Calciumfluorid sind auch für noch kleinere Wellenlängen durchsichtig. Der Sauerstoff macht Luft unter Bildung von Ozon für UV-Strahlung mit weniger als 200 nm Wellenlänge undurchsichtig, mit reinem Stickstoff erreicht man Transparenz.

UV-Filter werden unterschieden in solche, die UV absorbieren (spezielle Glassorten, die ultraviolettes Licht abblocken, z.B. UV-Filter in der Fotografie) und solche, die nur UV durchlassen (z.B. für „Schwarzlichtlampen“).

UV-Index

Der UV-Index ist eine international festgelegte Messgröße. Er beschreibt die sonnenbrandwirksame solare Bestrahlungsstärke. In der Vorhersage und Warnung wird der UV-Index als maximal zu erwartender UV-Index (max UVI) angegeben. Abhängig von der geographischen Lage, der Höhe, sowie von Jahreszeit und Wetterlage kann er variieren.

Schwarzlicht

Dieser Begriff bezeichnet UV-Licht (ca. 365 nm) aus künstlichen Leuchtquellen (Leuchtstofflampen oder auch Glühlampen mit speziellem Glaskolben) und ist vor allem in Diskotheken und für Showeffekte üblich. "Schwarzlicht" regt fluoreszierende Stoffe (z.B. weißer Baumwollstoff oder Fluoreszenzfarbstoffe) zum Leuchten an. Anders als bei den Leuchtstofflampen fehlt hier die Leuchtschicht.

Man verwendet es auch für Schwarzlichttheater.

Anwendungen

Tageslichtunabhängige Beobachtung

Inspektion, Überwachung und Hinderniserkennung unabhängig von der Sonneneinstrahlung: UV-C-Strahlung wird durch die Atmosphäre geblockt, wodurch im UV-C-Bereich auf der Erde Dunkelheit herrscht. Für Messungen in diesem Wellenlängenbereich muss aktiv beleuchtet werden. Störende Einflüsse durch Sonneneinstrahlung (z.B. Schattenbildung, Reflexionen, Tag-Nacht-Effekt) wie im sichtbaren Bereich gibt es bei Messungen in diesem Bereich nicht. Aufgrund des fehlenden Tag-Nacht-Effekts kann ein Messsystem rund um die Uhr gleich funktionieren und muss nicht wie im sichtbaren Bereich entweder die Sonne überblenden oder bei Tag passiv und bei Nacht aktiv funktionieren.

Analyse der Zusammensetzung von Stoffen

Optischen Spektroskopie: UV/VIS-Spektroskopie
Zur Erkennung bzw. Klassifizierung von Beschichtungen (z.B. zur Erkennung von Öl in Wasser)
Gas-Analyse (NO,NO2,H2S,SO2)
Molekularbiologie: Sichtbarmachen von DNA
Sichtbarmachen von Sicherheitsmerkmalen, u.a. auf Dokumenten (z.B. Ausweispapiere) oder Zahlungsmitteln (z.B. EURO-Scheine).
Bestimmung der Fettungsdicke: Punkte, bei denen Reibung zwischen zwei Objekten entsteht, sind häufig gefettet. Mit Hilfe von UV-Strahlung lässt sich bestimmen, ob und wie dick eine Fettschicht auf den Objekten ist.
Bestimmung der Zinnseite von Floatglas
Neon-Stempel (als "Eintrittskarte" in ein Konzert)
Forensik: Sichtbarmachen von Blut. Dies wird z.B. bei der Aufklärung von Kriminalfällen eingesetzt, wenn Blutreste an Wänden nachgewiesen werden sollen.

Inspektion

Inspektion von Glas(scheiben): Durch die geringere Wellenlänge im Gegensatz zu sichtbarem Licht, wird UV-Strahlung an der Oberfläche von Glas fast vollständig reflektiert. Mit Hilfe dieser Eigenschaft kann man Sprünge oder Unebenheiten in Glasoberflächen erkennen.
Inspektion von Öl-Schläuchen: Aufgrund der unterschiedlichen spektralen Kennlinien von Wasser und Öl im UV-Bereich kann Öl von Wasser unterschieden werden. Dies kann beispielsweise zum Aufspüren defekter Öl-Schläuche herangezogen werden.
Halbleiterindustrie: zur Belichtung der Wafer bei der Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs)
Inspektion von Oberleitungsanlagen und Hochspannungsleitungen: Bei defekten Isolatoren oder angerissenen Kabeln kommt es zu dem sog. Corona-Effekt. Dabei wird UV-C-Strahlung an den defekten stromdurchflossenen Hochspannungskomponenten emittiert. Diese UV-C Strahlung kann von Spezialkameras erfasst werden.

Modifikation von Stoffen / Objekten

Druckindustrie: zur Härtung ("Trocknung") von speziellen, lösemittelfreien, UV-empfindlichen Druckfarben. (Vor allem beim Offsetdruck)
Autoindustrie und Autolackierereien: zur Aushärtung frisch aufgetragener Lacke
Zahnheilkunde: Lichthärtende Materialien
Aushärten strahlenhärtender Klebstoffe
Elektronik: Löschen von EPROM-Speichern (253,7 nm), Belichtung von fotobeschichteten Leiterplatten
Brennen von BlueRay-Disks

Biologische Modifikationen

Physikalische Desinfektionstechnik: UV-Entkeimung
Zur Inaktivierung von Viren bei 254 nm UVivatec
Zerstörung von Vegetation: Im UV-C Bereich haben Pflanzen fast keinen Schutz. Blätter werden bei Bestrahlung in diesem Bereich schwer beschädigt oder abgetötet. Letzteres kann auch zum Absterben der gesamten Pflanze führen.
Chemie, Pharmazie: Photochemie, z. B. Synthese von Calciferol (Vitamine D₂ und D₃)
Wellness: Bräunung der Haut Solarium
weitere Anwendungen in der Medizin: Therapie mit UV-Strahlung -UV-A, UV-B, UV-C.

Die natürliche Lichtbehandlung enthält Strahlung ohne UV-C. Wirkung: Erythembildung an der Haut, Pigmentation, Vitamin D Bildung, Denaturierung von Zelleiweiß sowie Anregung des Zentralnervensystems, je nach Dosierung.

Lockmittel

Reflexion durch bestimmte Pflanzen: Anlocken von Tieren (UV-Male)
Verschiedene Insekten, wie z.B. Bienen können ebenfalls im UV-Bereich sehen. Im UV-Bereich haben verschiedene Blüten zwischen innen und außen eine andere Reflektivität. Dadurch finden Bienen auch bei im sichtbaren Bereich einfarbig aussehenden Blüten das Zentrum.
Lichtfallen für den Insektenfang. (vgl. Schädlingsbekämpfung)

Siehe auch

EUV-Strahlung
Dorno-Strahlung
Sonnenbad
Sonnenbrennerbasalt
Ultraviolett-Photoelektronen-Spektroskopie (UPS)
Ultraviolettastronomie
UV-Behandlung bei Hauterkrankungen (Psoriasis, Vitilligo, Neurodermitis)
VUV-Strahlung

Weblinks

http://www.trojanuv.com
http://www.sterilair.com/de/inf/uvc/grundlagen1.html
http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/strahlenmedizin/uv_strahlung.html

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