فرابنفش

thumb
فرابنفش یا به اختصار UV ، موجی است در گستره امواج الکترومغناطیسی با طول موجی کوتاه‌تر از نور مرئی، ولی بلندتر از پرتو ایکس. کد hex فرابنفش #7f1ae5 می‌باشد. به بیانی دیگر انرژی آن کمتراز پرتو ایکس، ولی بیشتراز نور مرئی است. از پرتو فرابنفش برای ضد عفونی آب، مواد خوراکی، تجهیزات پزشکی و لوازم صنعتی و غیره می‌توان استفاده نمود.
نحوه کشف تابش
پرتو فرابنفش بگونه‌ای کاملا اتفاقی با مشاهده تغییر رنگ و تیرگی املاح نقره در مقابل نور مستقم آفتاب کشف گردید. در سال ۱۸۰۱ دانشمند آلمانی، یوهان ویلهلم ریتر بر اثر مشاهداتش توجه نمود که تابش‌های فرابنفش، که نامرئی هستند، عامل اساسی در تیرگی صفحات کاغذ آغشته به کلرید نقره می‌باشند. او در آن زمان این پدیده را «پرتوهای شیمیایی» نامید.
توزیع تابش
در بحث از تاثیر این پرتو غیر مرئی بر سلامت انسان و محیط زیست، می‌توان آن را به چند روش تقسیم کرد:
نام
علامت اختصاری
طول موج به نانومتر
مقدار انرژی به فوتون
توضیح
پرتو فرابنفش A
UVA
400 – 315 nm
3.10 – 3.94 eV
موج بلند یا نور سیاه که توسط لایه ازون جذب نمی‌شود
پرتو فرابنفش B
UVB
315 – 280 nm
3.94 – 4.43 eV
موج متوسط که بیشتر آن توسط لایه ازون جذب می‌شود
پرتو فرابنفش C
UVC
280 – 100 nm
4.43 – 12.4 eV
موج کوتاه که کاملا توسط لایه ازون و جو زمین جذب می‌شود
نام
علامت اختصاری
طول موج به نانومتر
مقدار انرژی به فوتون
توضیح
پرتو فرابنفش نزدیک
NUV
400 – 300 nm
3.10 – 4.13 eV
ظاهرا کم خطر
پرتو فرابنفش میانه
MUV
300 – 200 nm
4.13 – 6.20 eV
خطرناک
پرتو فرابنفش دور
FUV
200 – 122 nm
6.20 – 10.16 eV
بسیار خطرناک
نام
علامت اختصاری
طول موج به نانومتر
مقدار انرژی به فوتون
توضیح
پرتو فرابنفش خلاء یا Vacuum
VUV
200 – 10 nm
6.20 – 124 eV
عمدتا از طریق اکسیژن جو جذب شده ولی نیتروژن آن را منتقل می‌کند
پرتو فرابنفش تند یا Extreme
EUV
121 – 10 nm
10.25 – 124 eV
کاملا توسط جو زمین جذب می‌شود
نکات دانستنی
برخی دامنه‌ها از تابش‌های فرا بنفش، اصطلاحا به «نور سیاه» یا Black Light معروفند، به همان دلیل که مرئی نیستند ولی بدون باقی گذاردن هیچگونه اثر حرارتی یا سوختگی، (از آن نوعی که آفتاب سوختگی معمولی باعث آن است، مانند سرخ شدن یا تاول پوست و پوسته پوسته شدن آن)، قادرند تا اعماق زیادی در بافت‌ها نفوذ کرده و از پیری زودرس پوست، تخریب ساختار DNA سلول‌ها و احتمالا در حالات پیشرفته، تا سرطانی کردن آنان پیش بروند. ذیل این مقاله شرح داده خواهد شد که عامل چنین تخریبی می‌تواند بیشتر از ناحیه دامنه‌های ضعیف تابش فرابنفش باشد تا بخش‌های قوی‌تر و با نفوذ بالا.
برخی از جانداران از جمله پرندگان، خزندگان، حشرات، از جمله زنبورها قادر به دیدن امواج مرئی نزدیک به تابش UV هستند.
بسیاری از گیاهان، میوه‌ها، گل‌ها و بذرها قدرت مقاومت فوق‌العاده‌ای نسبت به قدرت انسان در مقابل این تابش نشان می‌دهند.
عقرب‌ها زیر پرتو UV به رنگهای سبز یا زرد می‌درخشند.
معدودی از پرندگان نقوشی بر پر دارند که تنها تحت تابش UV قابل مشاهده خواهند بود.
ادرار بعضی از حیوانات گوشتخوار از جمله «گربه» حتی در تاریکی مطلق نیز تحت تابش طول موج خاصی از UV قابل دیدن است.
منبع طبیعی فرابنفش
خورشید ساطع‌کننده پرتو فرابنفش در هر سه باند UVA, UVB و UVC به مقدار فراوان است ولی به سبب ویژگی جذب UV در لایه اوزون اتمسفر، ۹۹٪ تابش فرابنفشی که به زمین می‌رسد از نوع باند (کمتر مضر)UVA است.
شیشه پنجره معمولی نسبت به دامنه ظاهرا کم نفوذ (UVA(300-400nm شفاف بوده و مقاومت چندانی درمقابل آن نشان نمی‌دهد اما نسبت به عبور طول موج‌های پایین‌تر از ۳۵۰nm حساس است به اندازه‌ای که ۹۰٪ تابش‌های UV کوتاه‌تر از ۳۰۰nm را از خود عبور نمی‌دهد.
Vacuum UV
هوای معمولی در مقابل طول موج‌های ۲۰۰nm و پایین‌تر از آن به صورت شیشه‌ای مات عمل کرده و آن‌ها را از خود عبور نمی‌دهد. علت این امر به لطف قابلیت بسیار بالای جذب تابش فرابنفش موج کوتاه توسط «اکسیژن» جو امکان‌پذیر شده‌است، در حالی که مثلا عنصری مانند نیتروژن کاملا برعکس، در برابر UV مانند شیشه‌ای شفاف عمل می‌کند.
در مجموع می‌توان گفت که هوا یا جو نسبت به عبور تابش امواج خیلی کوتاه و مضر فرابنفش، بسیار سختگیرانه عمل می‌نماید. همین واکنش است که کره خاکی را برای انسان‌ها و بسیاری از جانداران قابل سکونت ساخته‌است؛ و باز به همین دلیل، در صنایعی که نیاز به استفاده از تابش فرابنفش موج کوتاه زیر ۲۰۰nm باشد (مانند صنایع ساخت نیمه رساناها)، این عملکرد تنها در محیط‌های تخلیه شده از اکسیژن امکان‌پذیر خواهد بود.
EXTREME UV
مشخصه این دامنه بسیار موج کوتاه پرتو فرابنفش، دو تاثیر متفاوت آن‌ها با ماده‌است: طول موج‌های بلندتر از ۳۰nm اساسا با ویژگی‌ها و توان ترکیبی مواد در سطح الکترونی–شیمیایی سروکار دارند در حالی که طول موج‌های کوتاه‌تر از ۳۰nm پرتو فرابنفش تنها تعاملی دارند با اوربیتال‌های الکترونی و هسته اتم‌ها.
همانگونه که قبلا نیز اشاره شد، باند XUV به شدت توسط بسیاری ار عناصر شناخته شده متعارف قابل جذب اند، بنابراین فاقد اثر پایدارند، اما امروزه این امکان بوجود آمده که حتی بتوان تصاویر چند لایه‌ای که قادر به بازتاب حدود ۵۰٪ از تابش‌های XUV باشند را در شرایط آسان و عادی بدست آورد.
از تکنولوژی اخیر در ساختن تلسکوپهایی جهت تصویرپردازی خورشیدی که قبلا امکان ثبت آن‌ها با هیچ تلسکوپ دیگری وجود نداشت، استفاده می‌شود.. اکنون دو پدیده تلسکوپی SOHO/EIT و همچنین TRACE توانسته‌اند به برکت بکارگیری از تکنولوژی Extreme UV، تصاویر خیره‌کننده‌ای از خورشید و سایر سیارات و ستارگان و کهکشان‌های دور و نزدیک در دسترس آدمی قرار بدهند.
تاثیرات مثبت پرتو فرابنفش
از جمله اثرات مثبت قرار گرفتن در معرض تابش باند UVB، تحریک پوست جهت تولید "ویتامین D" است.
تخمین زده می‌شود که علت مرگ ناخواسته سالانه ده‌ها هزار شهروند آمریکایی؛ تنها به دلیل سرطان‌های ناشی از کمبود و اختلال درجذب ویتامین D بوده‌است.
دیگر تاثیر اختلال در جذب ویتامین D، پوکی استخوان و سایر عوارض متاثر از اختلال مغز استخوان که منجر به درد، عدم تحمل وزن شخص توسط خود، و نهایتا ایجاد ترک و شکستگی‌های ناخواسته به ویژه در خانم‌ها خواهد بود.
البته امروزه در برخی کشورها تاکید بسیاری بر غنی سازی مواد خوراکی با افزودن رژیم‌های ویتامین D و کلسیم می‌گردد که در مقایسه با اثرات محتمل سوء UVB بر پوست بدن انسان (سرطان)، بسیار پسندیده و مرجح می‌باشند.
کاربرد اشعه فرابنفش در گندزدایی
طول موجهای کوتاه اشعه فرابنفش می‌تواند باکتری‌ها و سایر ارگانیسمهای کوچک را منهدم کند. به همین دلیل برای ضد عفونی کردن سطوح مانند اتاقهای بیمارستانها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از پرتو فرابنفش برای ضد عفونی آب، مواد خوراکی، تجهیزات پزشکی و لوازم صنعتی و غیره می‌توان استفاده نمود.
دلایل پذیرش اشعه فرابنفش: نیاز به حمل و نقل و انبار مواد شیمیایی ندارد، با تغییرات PH و دما، کارایی آن چندان تغییر نمی‌کند، فراورده جانبی به وجود نمی‌آورد، ایجاد طعم و بوی شیمیایی نمی‌کند، زمان تماس لازم برای گندزدایی بسیار کوتاه می‌باشد و روی گروه هوازی اثر فوق‌العاده دارد.
معایب ضدعفونی اشعه: باقی نماندن تاثیر ضدعفونی کنندگی، نبود دانش فنی درباره چگونگی عمل سیستم‌های UV در شرایط مختلف، برای مواد آلی مناسب نیست، برای سطوح غیرقابل دید مثل زوایا و خلل و فرج مناسب نیست و روی بعض از اشیا اثر کمتری دارد مثلا اشعه می‌تواند سطوح آلومینیوم و شیشه را استریل کند ولی روی چوب و لاستیک و کاغذ را نمی‌تواند استریل کند.
موارد حفاظتی
اصل کلی: در مورد انسان، حضور طولانی در مقابل تابش فرابنفش، می‌تواند احتمال ابتلاء به آسیب‌های حاد و مزمن پوستی، بینایی و حتی تخریب کل سیستم ایمنی بدن را به دنبال داشته باشد.
فوتون‌های پرتو فرابنفش به خصوص در باند UVB، به هر نوع مولکول DNA متعلق به ارگان‌های زنده، به اشکال گوناگون حمله‌ور می‌شوند.
در شایع‌ترین حالت، حمله علیه نزدیک‌ترین ترکیب "باز تیمین یا Thymine Bases" در حلقه DNA اتفاق می‌افتد. در این حالت "بازهای تیمین یا Thymine Bases" همپایه، به عوض نگهداری تعادل پله‌ای DNA «یا به عبارتی»LADDER BASE BOND"، به همپایه خویش پیوسته و باعث بوجود آمدن نوعی DNA «معیوب» می‌گردند.
دراین صورت زنجیره DNA با از دست دادن کد رمزی اصلی خود، به نوعی کد با رمز دیگری تبدیل و معنای اولیه ساختار هسته سلولی خود را از دست داده که عملا حاصل، سلولی با عملکرد غیر مشخص ویا تخریب شده سرطانی است.
همه پرتوهای UVA,UVB ویا UVC قادرند که از عمر سلول‌های اساسی بدن از جمله بافت‌های فیبروزی پروتئینی موجود در بدن از جمله پوست، استخوان، غضروف و هرگونه بافت پیوندی بکاهند.
قابلیت خود حفاظتی طبیعی بدن
جهت حفاظت از اثرات مخرب پرتو فرابنفش، بدن انسان گاهی (با توجه به نوع پوست و نژاد)، از خود نوعی رنگدانه یا پیگمنت قهوه‌ای رنگ بنام ملانین Melanin آزاد می‌کند که این عمل با جلوگیری از نفوذ تابش به نسوج عمقی می‌تواند سودمند باشد.
در غیر اینصورت، می‌توان از محصولات جلوگیری‌کننده از نفوذ تابش UV به بدن مانند لوسیون‌های ضدآفتاب یا suntan lotions که بیشتر به نام Sun blocks معروفند، استفاده شود.
امروزه بعضی از محصولات به اصطلاح Sunscreen دارای ترکیباتی از قبیل دی اکسید تیتانیوم TiO۲ و اکسید دوزنگ یا Zinc Oxide و آووبنزون Avobenzone می‌باشند که کمک بزرگی جهت حمایت بدن درمقابل انواع تابش فرابنفش هستند.
- اکثر کرم‌های ضدآفتاب با اعلام درجه اندازه‌گیری مقاومت خویش بر اساس معیار SPF، ظاهرا تنها قادر به محافظت پوست از باند UVB هستند که همین نکته می‌تواند شما را به اشتباه بیندازد زیرا دگرباره لازم به تکرار است که که باند UVA که توسط این‌گونه لوسیون‌ها پوشش داده نمی‌شوند، به علت قدرت نفوذ بسیار بالا در نسوج بدن، عامل اصلی و اولیه سرطان پوست در انسان شناخته شده‌اند.
- طبق استاندارد UPF، نوع پوشش یا لباس هم درزمینه قدرت جلوگیری از تابش‌های باند UVA و UVB موثر بوده و بر حسب توان مقاومتشان، دسته‌بندی می‌شوند، پس نوع لباس پوشیدن ما هم در حمایت از نسوج بدن در مقابل UV قابل توجه و اهمیت است.
حفاظت از چشم
تابش UVB قدرت بالا برای چشمان بسیار مخرب ومی تواند باعث آب مروارید Cataract و اختلال مزمن قرنیهPterygium یا کوری موقت و دائم گردد.
پوشش حفاظتی چشمان برای کسانی که به مدت طولانی در معرض تابش فرابنفش و بخصوص از نوع طول موج کوتاه آن قویا توصیه می‌گردد، مثلا کوهنوردان و اسکی بازان که به جهت اقامت‌های طولانی در ارتفاعات بالا، عملا با رقیق شدن هوا، عامل اصلی مقاومت در مقابل تابش فرابنفش را ازدست می‌دهند.
گر چه عینک‌های آفتابی معمولی به میزان کمی در مقابل تابش فرابنفش مقاومند، اما توصیه می‌گردد که حتی المقدور از لنزهای پلاستیکی (ترجیحا از جنس پلی کربنات Polycarbonate) بجای لنزهای شیشه‌ای استفاده گردد زیرا همانگونه که اشاره شد، شیشه معمولی در مقابل UVA فاقد مقاومت بوده و آن را به راحتی از خود عبور می‌دهد. عینک‌ها باید قادر باشند از ورود تابش‌های فرابنفش از کناره‌ها و بالا و پایین آن نیز جلوگیری کنند.
اثرات شیمیایی پرتو فرابنفش بر سایر مواد
تنزل کیفی مواد پلیمری،
رنگدانه‌ها، رنگهای نساجی وصنعتی Degradation of Polymers, Pigments and Dyes
اکثر مواد پلیمری صنعتی یا موارد مصرفی، به توسط تخریب انواع تابش‌های فرابنفش و به علت تنزل کیفی، نیاز به پایدارکننده‌هایی جهت کند کردن روند حمله به ساختار خود دارند. و…
کاربردهای پرتو فرابنفش
نورهای سیاه
thumb
نور سیاه به لامپی اطلاق می‌گردد که قادر است با تابش امواج بلند فرابنفش که به صورت مرئی به سختی دیده می‌شوند، با نوعی تابش شبه فلور سنتی، به‌عنوان یک علامت ضد تقلب، بر روی اسنادی حساس به طول موجی خاص، چون کارتهای اعتباری، گذرنامه و گواهینامه رانندگی و غیره بکار گرفته شود.
امروزه گذرنامه‌ها و اسکناس‌های اغلب کشورها، آغشته به مرکب‌های حساس به UV و بعضا مجهز به نوارهای امنیتی‌اندUV sensitive threads.
لامپ‌های فلورسنت
لامپ‌های فلورسنت قادرند که با یونیزه نمودن بخار جیوه، پرتو فرابنفش تولید کنند.
لایه‌ای فسفری در داخل تیوپ همراه با جذب تابش فرا بنفش است که آنرا تبدیل به نور مرئی می‌نماید.
ستاره‌شناسی
در دانش ستاره‌شناسی اجرام بسیار حجیم، قاعدتا قادر به صدور تابش عظیمی از امواج فرابنفش به اطرافند.
همچنانکه ذکر گردید، لایه اوزون بخش قابل توجهی از این نوع امواج که می‌بایستی توسط تلسکوپ‌های مستقر روی زمین دریافت گردند، جذب خواهد کرد؛ بنابراین هر مشاهده‌ای در این زمینه باید خارج از جو کره زمین محقق شود.
کنترل حشرات
تله‌های فرا بنفش جهت از بین بردن حشرات پرنده ریز جثه که شبانه میل به نزدیکی تابش UV دارند.
فیزیوتراپی
thumb
به دلیل خاصیت ضد عفونی‌کننده و همچنین تحریک زایش پوستی بعضی از انواع فرابنفش(UV)در فیزیوتراپی جهت درمان بیماران استفاده می‌شود.
این نوع امواج در دو دسته کلی لامپ‌های سرد و لامپ‌های گرم تقسیم می‌گردند.
عفونت‌های پوستی، جوان‌سازی پوست، زخم‌های بستر، پسوریازیس و بسیاری از بیماریهای دیگر با این روش مورد درمان قرار می‌گیرند. در بعضی از موارد جهت تسریع در رسوب کلسیم در استخوانها از این روش استفاده می‌گردد.