Ultraviolettstrahlung sind elektromagnetische Wellen der Wellenlänge von etwa 380 bis 10 nm oder einer 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).
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 Infrarot-Strahlung 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 organische Bindungen 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:
| Bereich | Wellenlänge | Biologische Wirkung |
|---|---|---|
| UV-A | 315-380 nm | sofortige, kurze Bräunung; Hautalterung und Faltenbildung, praktisch keine erytheme (Sonnenbrand erzeugende) Wirkung |
| UV-B | 280-315 nm | langfristige Bräunung (s. Hautfarbe);
Bildung einer Schutzschicht auf der Haut; dringt in tiefere Hautschichten vor, hohes Hautkrebsrisiko, hat einen stark erythemen Effekt -> Sonnenbrand |
| UV-C | 100-280 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 kleiner als 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).
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 so genannte 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 das man bis zu einem Sonnenbrannd 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, ein Reihe anderer Hauterkrankungen hervorzurufen, wie z.B. die Sonnenallergie (polymorphe Lichtdermatose) und andere so genannte 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 Reperaturenzymen 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.
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-Index
Der UV-Index ist eine international festgelegte Messgröße. Er gibt den zu erwartenden Tageshöchstwert der Sonnen UV-Strahlung an. Abhängig von der geographischen Lage, sowie von Jahreszeit und Wetterlage kann er variieren.
UV-Filter in der Fotografie
UV-Filter sind spezielle Glasscheiben, die ultraviolettes Licht abblocken. Sie werden bei der Fotografietechnik sehr oft verwendet, da sie für mehr Kontrast sorgen und zugleich bei Digitalkameras die hochempfindlichen Sensoren (beispielsweise CCD) vor den UV-Strahlen schützen. Dieses für das Auge unsichtbare Licht wird, da Objektive nur für sichtbares Licht korrigiert sind, infolge chromatischer Aberration (d.h. Licht unterschiedlicher Farbe trifft sich nicht in einem Punkt) unscharf auf dem Film abgebildet, wo es zur Belichtung der blauempfindlichen Schicht führt. Dies hat nach Angaben der Filterhersteller einen blauen Farbstich und Bildunschärfen zur Folge. In der Praxis benötigt man UV-Filter für diesen Zweck jedoch nicht, weil erstens das in Summe dicke Glas der Objektive (kaum eines hat weniger als 6 Linsen, oft sind es deutlich mehr) UV-Strahlung bereits ausreichend sperrt und zweitens moderne Filme als erste Schicht eine UV-Schutzschicht besitzen.
Dass ein UV-Filter trotzdem sinnvoll sein kann, hat einen ganz anderen Grund: Er schützt die Frontlinse des möglicherweise sehr teuren Objektivs vor Beschädigung. Der Austausch einer zerkratzten oder durch aggressive Flüssigkeiten (zum Beispiel Meerwasser) beschädigten Frontlinse ist oft so teuer, dass er nicht lohnt. Ein guter Filter ist zwar vor allem bei einem großen Durchmesser nicht gerade billig, kostet im Vergleich zu einem neuen Objektiv aber sehr wenig Geld. Fotopuristen, die in der Regel auch die Verwendung von Zoom-Objektiven ablehnen, werden das Einbringen einer zusätzlichen Glasfläche in den Strahlengang oft aus Prinzip ablehnen. Der theoretisch denkbare bildverschlechternde Einfluss kann bei hochwertigen Filtern jedoch vernachlässigt werden.
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.
Man verwendet es auch für Schwarzlichttheater.
Verwendung von UV-Strahlung
- Halbleiterindustrie: zur Belichtung der Wafer bei der Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs)
- Druckindustrie: zur Härtung ("Trocknung") von speziellen, lösemittelfreien, UV-empfindlichen Druckfarben.
- Physikalischen Desinfektionstechnik: UV-Entkeimung
- Elektronik: Löschen von EPROM-Speichern (253,7 nm)
- Sichtbarmachen von Sicherheitsmerkmalen, u.a. auf Dokumenten (z.B. Ausweispapiere) oder Zahlungsmitteln (z.B. EURO-Scheine).
- Reflexion durch bestimmte Pflanzen: Anlocken von Tieren
- Optischen Spektroskopie: UV/VIS-Spektroskopie, Photolumineszenzspektroskopie
- Gas Analyse (NO,NO2,H2S,SO2)
- Zahnheilkunde: Lichthärtende Materialien
- Bestimmung der Zinnseite von Floatglas
- Aushärten strahlenhärtender Klebstoffe
- Manuels Krankheit behandeln !
Siehe auch
Sonnenbrennerbasalt, EUV-Strahlung, VUV-Strahlung, Dorno-Strahlung UV Behandlung bei Hauterkrankungen (Psoriasis, Vitilligo, Neurodermitis), Sonnenbad, Ultraviolettastronomie
