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紫外线

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紫外线是电磁波谱中波长从 10nm~400nm 辐射的总称,不能引起人们的视觉。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,过多的紫外线进入体内会对人体造成皮肤癌

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 的紫外线被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

紫外线是位于日光高能区的不可见光线。紫外线根据波长分为:近紫外线(UVA),远紫外线(UVB)和超短紫外线(UVC)。紫外线对人体皮肤的渗透程度是不同的。紫外线的波长愈长,对人类皮肤危害越大。长波紫外线可穿过真皮,中波则可进入真皮。

短波

简称 UVC。是波长 280~100nm 的紫外线。UVC 对生物危害最大,但被臭氧层全部吸收。

中波

简称 UVB。是波长 315~280nm 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,不能再渗入皮肤内部。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。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。

长波

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

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。

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,而不考虑对长波紫外线的防护。这种观点已有所改变,由于认识到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:

名称

缩写

波长范围(nm)

光子能量

长波紫外

UVA

400 nm~315 nm

3.10~3.94 eV

近紫外

NUV

400 nm~300 nm

3.10~4.13 eV

中波紫外

UVB

315 nm~280 nm

3.94~4.43 eV

中紫外

MUV

300 nm~200 nm

4.13~6.20 eV

短波紫外

UVC

280 nm~100 nm

4.43~12.4 eV

远紫外

FUV

200 nm~122 nm

6.20~10.2 eV

真空紫外

VUV

200 nm~100 nm

6.20~12.4 eV

浅紫外

LUV

100 nm~88 nm

12.4~14.1 eV

超紫外

SUV

150 nm~10 nm

8.28~124 eV

极紫外

EUV

121 nm~10 nm

10.3~124 eV

1800 年英国物理学家赫谢尔在三棱镜光谱的红光端外发现了不可见的热射线-红外线。德国物理学家里特(Ritte)对这一发现极感兴趣,他坚信物理学事物具有两极对称性,认为既然可见光谱红端之外有不可见的辐射,那么在可见光谱的紫端之外也一定可以发现不可见的辐射。终于在 1801 年的一天,当时他手头正好有一瓶氯化银溶液。人们当时已知道,氯化银在加热或受到光照时会分解而析出银,析出的银由于颗粒很小而呈黑色。里特(Ritte)就想通过氯化银来确定太阳光七色光以外的成份,他用一张纸片蘸了少许氯化银溶液,并把纸片放在白光经棱镜色散后七色光的紫光的外侧。过了一会儿,他果然在纸片上观察到蘸有氯化银部分的纸片变黑了,这说明纸片的这一部分受到了一种看不见的射线照射。里特把紫光外附近的不可见光叫做"去氧射线",以强调是化学反应。不久之后,这个名词被简化为"化学光",并且成为当时广为人知的名词。直到 1802 年,化学光最终更名为"紫外线"。

太阳光谱包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、x 射线、γ 射线等几个波谱范围。其中到达地球表面的光线为紫外线 A、B;可视光线及红外线;但对人体最有影响、最有害的是紫外线,它的简称为 UV。

紫外线的特点有:有助于人体合成维生素、能杀死微生物、能使荧光物质发光。

化学:涂料固化,颜料固化,光刻。仪器分析:矿石,药物,食品分析。

工业

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,由短波长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。

在表面改性处理中的应用

一般工业或高科技领域使用的一些材料具有非常高的性能,对环境也非常的有好处,但这些材料的接着性、印涂性等一般都非常差。该公司提供的短波长紫外线(UV)表面清洗、表面改性技术,用清洁的高能紫外线光源,对上述材料进行处理后可得到极其清洁的表面和强力的表面接着性。

改性的基本的反应就是 UV 引起的氧化反应。UV 照射固体表面后,表面的污染物被氧化,而后被分解成 CO2和H2O 等易挥发性物质,最终挥发消失。并且表面形成有利表面接着的如 OHCOO、CO、COOH 等亲水性原子团,被改性的表面接着性得到飞跃性地提高。

UV 光源技术的进步保证了 UV/O3 表面改性技术充分发挥其突出的优越性。UV/O3 表面改性技术因能处理得到极高的清洁度与表面接着性,在固体表面处理中越来越得到广泛的应用。

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,从而维持贵方产品的高品质。

生物

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 254~257nm。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

医学

紫外线灭菌法、人体保健照射,诱杀害虫,油烟氧化,光触酶(二氧化钛)。

杀菌、脱臭

波长 200nm 以下的短波长紫外线能分解O2 分子,生成的 O 与O2 结合产生臭氧O3。紫外线和臭氧具有强的氧化分解包括恶臭在内的有机分子的能力,UV/O3 并用的相成作用在空气净化处理中发挥强大威力。

早在 1878 年人类就发现了太阳光中的紫外线具有杀菌消毒作用。1901 年和 1906 年人类先后发明了水银光弧这一人造紫外光源和传递紫外光性能较好的石英材质灯管,法国马赛一家自来水厂很快在 1910 年首次使用紫外线消毒工艺。人类对紫外线消毒技术在城市污水处理中的应用则始于 20 世纪 60 年代中叶,并于 70 年代到 80 年代初对紫外线消毒在城市污水处理中的应用进行了大量早期的研究,这主要是由于当时人们已认识到被广泛使用的加氯消毒工艺中的余氯对受纳水体中的鱼类等生物有毒,而且发现并确认了氯消毒等化学消毒方法会产生如三卤甲烷(THMs)等致癌、致基因畸变的副产物。这些发现促使人类寻求一种更好的消毒方法。加拿大安大略省水资源委员会于 1965 年和 1969 年对紫外线消毒技术应用于城市污水处理以及对受纳水体的影响进行了研究和评估。其他加拿大研究人员对紫外线消毒的效果、技术可行性、影响效果的水质因素、对受纳水体中鱼类的影响、消毒副产物以及与加氯消毒技术经济比较进行了大量先驱性的研究工作。这些研究结果表明,紫外线污水消毒技术可行,可达到和加氯相同甚至更好的消毒效果。对受纳水体中生物无毒副作用,不产生消毒副产物。以上研究为推动紫外线消毒在城市污水处理中的应用奠定了基础。

1982 年加拿大某公司发明了世界上第一套明渠式安装的紫外线消毒系统 2000,并引进了模块化紫外线消毒系统概念,即紫外线系统可由若干独立的紫外灯模块组成,且水流靠重力流动,不需要泵、管道以及阀门。系统维护可对单个模块进行,且紫外灯模块可轻易地从明渠中直接取出进行维护检修,维护时系统无需停机,可继续运行消毒,因而无需备用设备,如果需要对明渠进行清理也很方便。模块化明渠式消毒装置大大降低了紫外线污水消毒的成本并使得系统维护简单方便。同时,当污水处理厂在扩建或改造时,只需适当增加紫外灯模块的数量,而无需添购整套系统,可以节省设备投资,使用起来非常灵活。这一发明得到了污水处理厂的欢迎,大大推动了紫外线消毒技术在城市污水消毒处理中的应用。在世界各地已经有 3000 多家城市污水处理厂安装使用了紫外线污水消毒系统,其中 95% 以上的系统采用了明渠式模块化紫外线系统的创意。这些污水消毒系统规模小的每天处理数千 m,大的每天处理上百万 m。

当紫外线照射人体或生物体后,发生生理变化。不同波长的紫外线的生理作用不同。根据紫外线对生物作用,在医疗上把紫外线划分为不同的波段:黑斑紫外线(曲线 A)在 320~400 纳米波段;红斑紫外线或保健射线(曲线 B)在 280~320 纳米波段;灭菌紫外线(曲线 C)在 200~320 纳米波段;致臭氧紫外线(曲线 D)在 180~200 纳米波段。

色素沉着

紫外线的致黑斑作用:波长在 320~400 纳米的紫外线又叫长波紫外线。该波段的紫外线生物作用较弱,但它对人体照射后使皮肤变黑,皮肤有明显的色素沉着作用,这就是紫外线的黑斑作用。该波段的紫外线可强烈地刺激皮肤,使皮肤新陈代谢加快、皮肤生长力加强和使皮肤加厚。A 波紫外线是治疗皮肤病的重要波段,像牛皮癣、白癜风等疾病。

灭菌作用

紫外线灭菌作用,短波紫外线对微生物的破坏力极强,当该波段的紫外线照射细菌体后,细胞的核蛋白和脱氧核糖核酸(DNA)强烈地吸收该波段的能量,它们之间的链被打开断裂,从而使细菌死亡。如用紫外线汞灯或金属卤化物灯对空气和食品灭菌。

保健作用

紫外线对人体的保健作用。波长在 280~320 纳米的月波紫外线照射人体后,能引起皮肤肌体的光化学过程和光电反应,使皮肤产生许多活性物质,从而起到健康保健的作用。采用紫外线照射调节高级神经的功能、改善睡眠、降低血压。经常接受紫外线照射能加强白血球的吞噬能力,增强人的免疫功能。

生物诱变

紫外线生物效应的另一应用是生物诱变育种。决定生物传宗接代的物质是脱氧核糖核酸。微生物的DNA 吸收光谱正是在 200~300nm 之间,当微生物 DNA 吸收紫外线之后,结构将发生很大变化,将引起微生物的遗传性的改变。用这种方法可以在短期内使微生物的特性大幅度地变异。

促进产生维生素 D

晒太阳是提供维生素 D 的一种来源。其另一种来源就是食物。比如说:阳光中的紫外线是促进蘑菇产生维生素 D 的重要因素。无论是采摘后的蘑菇还是没采摘的,都有此项功能。所以鲜蘑菇要晒晒,补维生素 D 效果好。

紫外线照射时,眼睛受伤的程度和时间成正比,与照射源的距离平方成反比,并和光线的投射角度有关。

紫外线强烈作用于皮肤时,可发生光照性皮炎,皮肤上出现红斑、痒、水疱、水肿、眼痛、流泪等;严重的还可引起皮肤癌。

紫外线作用于中枢神经系统,可出现头痛、头晕、体温升高等。作用于眼部,可引起结膜炎角膜炎,称为光照性眼炎,还有可能诱发白内障,在焊接过程中产生的紫外线会使焊工患上电光性眼炎(可以治愈)。

虽然紫外线在一年四季都存在,冬季太阳光显得比较温和且北方多雾,但紫外线仅仅比夏天弱约 20%,仍然会对人体皮肤和眼睛等部位造成很大危害,所以冬季仍需避免紫外线照射。长期紫外线照射最易造成皮肤产生各种色斑。所以,即使是在寒冷的冬天,户外活动时也应涂抹隔离霜防晒霜。当然,SPF 指数在 15 就足够了。 如果是外出进行滑雪运动或在雪地里长时间停留时,最好还是戴上护眼镜,以防止紫外线和雪地强白光对眼睛的刺激。

大量化学物质破坏了大气层中的臭氧层,破坏了这道保护人类健康的天然屏障。据国家气象中心提供的报告显示,1979 年以来中国大气臭氧层总量逐年减少,在 20 年间臭氧层减少了 14%。而臭氧层每递减 1%,皮肤癌的发病率就会上升 3%。北京市气象局发布了北京市的紫外线指数,以帮助人们适当预防紫外线辐射。

北京市气象局提醒人们当紫外线为最弱(0~2 级)时对人体无太大影响,外出时戴上太阳帽即可;紫外线达到 3~4 级时,外出时除戴上太阳帽外还需备太阳镜,并在身上涂上防晒霜,以避免皮肤受到太阳辐射的危害;当紫外线强度达到 5~6 级时,外出时必须在阴凉处行走;紫外线达 7~9 级时,在上午 10 时至下午 4 时这段时间最好不要到沙滩场地上晒太阳;当紫外线指数大于等于 10级时,应尽量避免外出,因为此时的紫外线辐射极具有伤害性。

紫外线具有一定的杀菌作用,但过度照射紫外线对人体是有害的。请不要相信通过摄入紫外线可以弥补孩子所缺的维生素 D 和钙。由于人工化学物质 CFC(氟利昂)等持续破坏着臭氧层。紫外线对人类的威胁日益增加。即使在阴天紫外线的含量也高达晴天时的 90%。为了给孩子们打造更加美好的生活环境,我们强烈建议家里对紫外线进行遮蔽。根据最新知识,我们体内一天所需的维他命 D,脸部和手暴露在紫外线下 10 分钟就可以满足,我们日常出门照射的已经足够了。

紫外线对健康的危害:

简介

一定强度和波长的紫外线,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。

黑光灯诱虫

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

280~320nm 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。

油烟氧化 光解氧化技术

用紫外光来改变其油脂的分子链,同时这种紫外光与空气中的氧反应后产生臭氧,将油脂分子冷燃生成二氧化碳和水,油烟中的有机物被光解氧化,异味也随之消除。

光触媒

在建筑材料或家用电器材料表面加入(或涂覆)少量的纳米级二氧化钛粉末,可以吸附挥发性有机物 VOC (如甲醛,甲苯、乙醇、氯仿等),用紫外线照射后可分解这些有机物。

夏天炎热,强烈的阳光会给你带来"麻烦",不光容易被晒黑,如果暴露的时间长了,还容易被晒伤。专家发现,除了使用一些防晒手段以外,对食品"讲究"一些,也能让阳光的"副作用"减少很多。

番茄

这是最好的防晒食物。番茄富含抗氧化剂番茄红素,每天摄入 16 毫克番茄红素可将晒伤的危险系数下降 40%。熟番茄比生吃效果更好。同时吃一些土豆或者胡萝卜会更有效,其中的 β 胡萝卜素能有效阻挡 UV。

西瓜

西瓜含水量在水果中是首屈一指的,所以特别适合补充人体水分的损失。此外,它还含有多种具有皮肤生理活性的氨基酸,易被皮肤吸收,对面部皮肤的滋润、营养、防晒、增白效果较好。

柠檬

含有丰富维生素 C 的柠檬能够促进新陈代谢、延缓衰老现象、美白淡斑、收细毛孔、软化角质层及令肌肤有光泽。据研究,柠檬能降低皮肤癌发病率,每周只要一勺左右的柠檬汁即可将皮肤癌的发病率下降 30%。

橙子

橙子中含丰富的维生素 C、维生素 P,能增强机体抵抗力,增加毛细血管的弹性,降低血中胆固醇,可防治高血压、动脉硬化,确保夏日里的身体健康。

猕猴桃

猕猴桃含有 VC、VE、VK 等多种维生素,属营养和膳食纤维丰富的低脂肪食品,对减肥健美、美容有独特的功效。猕猴桃含有抗氧化物质,能够增强人体的自我免疫功能。

黑枸杞

黑枸杞含丰富的花青素,花青素是天然的阳光遮盖物,能够阻止紫外线侵害皮肤,如果用花青素加以保护,则大约有 85% 的皮肤细胞可以幸免于难。

夏季紫外线防止指南

紫外线强度分为 5 级:1 级最弱,通常表现为下雨;2 级较弱,通常表现为阴天;3 级中等,通常表现为多云,偶尔能从云中看见一点太阳;4 级较强,通常表现为晴天;5 级最强,通常表现为天气特别晴朗。4 月到 9 月是紫外线照射最强的季节;上午 10 点至下午 2 点是紫外线照射最强的时段;正午是紫外线照射高峰。

紫外线指数

紫外线指数一般用 0~15 表示。

通常规定,夜间紫外线指数为 0,在热带或高原地区、晴天无云时,紫外线最强,指数为 15。可见紫外线指数值越大,表示紫外线辐射对人体危害越大,也表示在较短时间内对皮肤的伤害愈强。

有时又可将紫外线指数分 为 5级发布,即指数值为 0、1、2 时,为 1 级,表示太阳辐射中紫外线量最小,对人体基本没有什么影响;紫外线指数为 3、4 时,为 2 级,表示太阳辐射中的紫外线量比较低,对人体的影响比较小;紫外线指数为 5、6 时,可称 3 级,表示紫外线辐射为中等强度,对人体皮肤有一定程度的伤害;紫外线指数为 7、8、9 时,可视为 4 级,表示紫外线辐射较强,对人体危害较大,应注意预防,外出应戴太阳帽、太阳镜或遮阳伞,也可涂擦一些防晒霜(SPF 指数应大于 15)。当紫外线指数 ≥10 时,可视为 5 级,表示紫外线辐射最强,对人体危害最大,人们应减少外出时间(特别是中午前后),或采取积极的防护措施。

防晒系数

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 15×20=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。

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