Ultraviolettisäteily (UV) – ominaisuudet, aallonpituudet ja vaikutukset
Ultraviolettisäteily (UV): opi ominaisuuksista, aallonpituuksista (10–400 nm), terveys- ja ympäristövaikutuksista sekä tehokkaista suojautumisvinkeistä.
Ultravioletti on sähkömagneettisen spektrin osa, joka näkyy alla olevan kuvan vasemmalla puolella mustana, koska ihminen ei voi nähdä näin lyhyen aallonpituuden (tai korkean taajuuden) valoa. Monet eläimet, kuten jotkin hyönteiset, jotkin matelijat, krokotiilit, salamanterit ja pikkulinnut, voivat nähdä asioita, jotka heijastavat tätä valoa. UV on yleinen lyhenne sanoista ultravioletti, jota käytetään pääasiassa teknisissä yhteyksissä.
Ultravioletti on taajuudeltaan, aallonpituudeltaan ja energialtaan näkyvän violetin valon yläpuolella. Sen aallonpituudet ovat noin 10 nanometrin (nm) ja noin 400 nanometrin välillä. Taajuus ja aallonpituus liittyvät läheisesti toisiinsa. Yhtälö, joka osoittaa tämän suhteen, on: ν = c/λ . Sanomalla, että jollakin on lyhyt aallonpituus, voidaan sanoa, että sillä on korkea taajuus.
Ultraviolettivalon alueet ja niiden ominaisuuksia
- UVA (315–400 nm) – pitkäaaltoisin UV-alue. Penetroi ihon pintakerrosten läpi syvemmälle kuin UVB. Liittyy ihon ennenaikaiseen ikääntymiseen (photoaging) ja voi edistää ihosyövän syntyä yhdessä UVB:n kanssa.
- UVB (280–315 nm) – aiheuttaa pääosin auringonpolttamaa (erythema) ja suoraan vaurioittaa DNA:ta. UVB on tärkeä myös elimistön D-vitamiinituotannolle.
- UVC (100–280 nm) – energiarikkain ja biologisesti haitallisin UV-alue, mutta suurin osa UVC-säteilystä imeytyy ilmakehän (happi ja otsoni) toimesta eikä normaalisti saavuta maanpintaa. Tekoälylähteitä (esim. sterilisointilamput) käytetään UVC:n desinfioiviin ominaisuuksiin.
- Vacuum UV (≈10–200 nm) – hyvin lyhytaaltoinen UV, jota ilma ja otsoni imevät voimakkaasti; käytännössä esiintyy vain tyhjiössä tai hyvin ohutilmakohteissa.
Energia ja fysikaalinen tausta
Photonin energia liittyy aallonpituuteen kaavalla E = h·ν = h·c/λ, jossa h on Planckin vakio ja c valon nopeus tyhjiössä. Käytännöllinen arvio energiasta elektronivoltteina on E(eV) ≈ 1240 / λ(nm). Esimerkiksi 400 nm vastaa noin 3,1 eV:n energiaa, kun taas 100 nm vastaa noin 12,4 eV:ia.
Lähteet ja ilmakehän vaikutus
- Auringon säteily on suurin luonnollinen UV-lähde maan pinnalla. Ilmakehä (erityisesti otsonikerros) absorboi merkittävän osan korkeampi-energiaisesta UV-säteilystä, erityisesti UVC:n ja osan UVB:stä.
- Tekniset ja teolliset lähteet: UV-lamput (UVA/UVC), röntgenputket, kaasupurkauslamput, LEDit ja lasersäteilijät. UVC:tä käytetään yleisesti pintojen ja veden desinfiointiin.
Vaikutukset terveyteen ja elämään
- Iho – UVB aiheuttaa palovammoja; sekä UVA että UVB vaurioittavat solujen DNA:ta ja lisäävät ihosyövän riskiä. UVA edistää myös ihon ikääntymistä (ryppyjä, pigmenttimuutoksia).
- D-vitamiini – UVB-säteily käynnistää ihossa D-vitamiinin esiasteen muodostumisen, mikä on tärkeää kalsiumaineenvaihdunnalle ja luuston terveydelle. Sopiva altistus on tarpeen, mutta ylikehoaltistus on haitallista.
- Silmät – voimakas UV voi vaurioittaa silmän pintakudoksia (fotokeratiitti), iiristä ja myötävaikuttaa kaihin kehittymiseen. Suojaavat aurinkolasit estävät UVA- ja UVB-säteitä.
- Eläimet ja kasvit – monet lajit havaitsevat UV-valoa ja käyttävät sitä esimerkiksi ravinnon löytämiseen tai parittelukäyttäytymiseen. Kasvit voivat kärsiä liiallisesta UV:stä, mutta niillä on myös suojamekanismeja (esim. UV-absorboivat pigmentit).
- Materiaalit – UV voi hajottaa polymeerejä ja väriaineita, aiheuttaen haalistumista ja rakenteellista heikkenemistä (fotodegredaatio).
Suojaus ja käytännön ohjeet
- Käytä leveähattua suojaa, pitkähihaisia vaatteita ja aurinkolaseja, joiden merkintä kertoo UVA/UVB-suojan (esim. UV400).
- Käytä laajakirjoista (broad-spectrum) aurinkovoidetta, joka suojaa sekä UVA:lta että UVB:ltä. Aurinkovoiteen suoja kerrotaan yleensä SPF-arvolla, joka kuvaa erityisesti UVB-suojaa.
- Seuraa paikallista UV-indeksiä ja rajoita altistusta erityisesti keskellä päivää, kun UV-säteily on voimakkaimmillaan.
- Vältä solariumeja ja keinotekoista UV-altistusta; ne lisäävät ihosyövän riskiä.
Mittaaminen ja sovellukset
- UV-säteilyä mitataan usein säteilytehona (W/m²) tai fotometrisina mittareina. Yleisessä käytössä UV-indeksi antaa helpon tavan arvioida päivän UV-riskin.
- Sovelluksia: desinfiointi (UVC), valokovettuminen ja liimaukset, spektroskopia, forensiikka, kasvien kasvunohjaus, biologinen tutkimus ja teolliset prosessit.
Yhteenveto
Ultraviolettisäteily on näkyvän valon energiapitoisempaa osaa sähkömagneettisessa spektrissä, ja sen vaikutukset vaihtelevat hyödyllisistä (D-vitamiini, desinfiointi) haitallisiin (ihovauriot, silmävauriot, materiaalien vaurioituminen). Otsonikerros ja ilmakehä suojaavat maapalloa suurimmalta osalta vaarallisinta UV-säteilyä, mutta ihmisen toiminnalla (esim. otsonikadon myötä) ja käyttäytymisvalinnoilla on suuri merkitys ihmisten ja ympäristön altistumiseen.
Ultraviolettisäteily
Ultraviolettivalo on eräänlaista ionisoivaa säteilyä. Se voi vahingoittaa tai tappaa soluja. Kaikki sähkömagneettinen säteily (valo), jonka aallonpituus on lyhyempi kuin 450 nm, voi aiheuttaa ongelmia. Siksi ihmiset, jotka asuvat paikoissa, joissa on enemmän ultraviolettivaloa, ovat sopeutuneet siihen hankkimalla tummemman ihon. Pigmentit imevät ultraviolettisäteilyä, joten se ei pääse ihon läpi tappamaan tai vahingoittamaan sen sisällä olevia soluja. Ultraviolettisäteilyn aiheuttamaa ihon vahingoittumista kutsutaan "auringonpolttamaksi".
Violetti valo ja ultravioletti valo eroavat toisistaan aallonpituuden, taajuuden ja kvanttienergian suhteen. Ultraviolettivalon ja röntgensäteilyn väliset erot ovat myös aallonpituus, taajuus ja kvanttienergia. Sähkömagneettisessa spektrissä ultravioletti on violettia, röntgensäteet ultraviolettia ja gammasäteet röntgensäteitä pidemmällä.
Sähkömagneettisia aaltoja, joiden aallonpituus on noin 400 nanometristä noin 10 nanometriin, kutsutaan yleisesti ultravioleteiksi. Niille ominainen fotonien energia on noin 3-124 elektronivolttia.
Vaikka maapallon ilma on läpinäkyvää laajalle ultraviolettisäteilyalueelle, osa ultraviolettiauringonvalosta absorboituu hyvin korkealla sijaitsevaan otsonikerrokseen. Viimeaikainen ja jatkuva ihmisen vaikutuksesta - lähinnä teollisuuskemikaalien ja lentoliikenteen aiheuttama - tapahtuva otsonin tuhoutuminen korkealla sijaitsevissa paikoissa on lisännyt huomattavasti maapallon pinnalle pääsevän ultraviolettivalon määrää. Tämä puolestaan on lisännyt ihmiskunnan ihosyöpäriskiä, ja tämä riski vain kasvaa ajan myötä, ellei otsonikerrosta suojella paremmin.
Alle 200 nanometrin ultraviolettiaallonpituuksia, röntgen- ja gammasäteilyä kutsutaan yhdessä ionisoivaksi säteilyksi, koska minkä tahansa tällaisen valokvantin energia on riittävän suuri "potkaistakseen" elektronin ulos atomista. Tämän vuoksi nämä säteilylajit ovat vaarallisia elämälle. Ultraviolettivalo jaetaan kolmeen pääkaistaan. UV-C-alueella on lyhimmät aallonpituudet, ja se on vaarallista ionisoivaa säteilyä. Typpi ja happi absorboivat auringon säteilyn UV-C:tä. UV-B:llä on keskipitkä aallonpituus ja se on eläville olennoille vähemmän vaarallista. Maapallon otsonikerros absorboi suurimman osan siitä. Auringon UV-A pääsee kokonaan ilmakehän läpi. Sen aallonpituus on lähes yhtä pitkä kuin näkyvän valon, ja monet eläimet voivat nähdä sen, mutta ihmiset eivät.
Tavallinen lasi ei päästä läpi säteilyä, jonka aallonpituus on alle 200 nanometriä, joten se toimii suojana ultraviolettivalon vaarallisemmalta alueelta, mutta jotkin erikoislasityypit, kuten monet auton ikkunat, eivät suojaa yhtä hyvin.
Yksi ultraviolettisäteilyn käyttötapa on rusketus. Rusketuslaitteiden käyttö voi aiheuttaa ihosyöpää, koska ultraviolettisäteily läpäisee ihon ja tuhoaa soluja aiheuttaen auringonpolttamia.
Ultraviolettivalon tuhovoiman vuoksi sitä voidaan käyttää bakteerien tappamiseen. Auringonvalo on voimakas desinfiointiaine.
Ihmiset tarvitsevat jonkin verran ultraviolettivaloa muuttaakseen kolesterolia D-vitamiiniksi.
Sisäilman solarium
Ultraviolettilamppu
Ultraviolettilamppu on lamppu, joka säteilee pääasiassa ultraviolettivaloa. Näitä itämyrkkyjä tappavia lamppuja käytetään usein mikrobien (bakteerien) tappamiseen. Ne voivat olla hyvin voimakkaita, joten niiden läheisyydessä työskentelevien henkilöiden on ehkä käytettävä suojalaseja ja pidettävä iho peitettynä loukkaantumisen välttämiseksi.
Kuvassa olevassa laboratoriossa ultraviolettivalot on kytketty päälle, kun työntekijät ovat poissa, jotta kaikki pöydän pinnalla oleva kuolee. Ultraviolettivalon lisäksi, joka muodostaa suurimman osan näiden lamppujen tuottamasta valosta, on myös hieman violettia ja sinistä valoa. Näin ihmiset tietävät, milloin ultraviolettilamput ovat päällä.
Ultraviolettilamppu
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on ultravioletti?
V: Ultravioletti on sähkömagneettisen spektrin osa, jota ihminen ei voi nähdä, koska sen aallonpituus on lyhyt ja taajuus korkea. Se on taajuudeltaan, aallonpituudeltaan ja energialtaan näkyvän violetin valon yläpuolella, ja sen aallonpituus vaihtelee 10 nanometristä 400 nanometriin.
K: Mitä tarkoittaa UV-valo?
V: UV tarkoittaa ultraviolettia, jota käytetään pääasiassa teknisissä yhteyksissä.
K: Onko olemassa eläimiä, jotka voivat nähdä ultraviolettivaloa?
V: Kyllä, jotkut hyönteiset, matelijat, krokotiilit, salamanterit ja pienet linnut voivat nähdä asioita, jotka heijastavat tätä valoa.
K: Miten taajuus ja aallonpituus liittyvät toisiinsa?
V: Taajuus ja aallonpituus liittyvät läheisesti toisiinsa; yhtälö ν = c/λ osoittaa tämän suhteen. Jos sanotaan, että jonkin asian aallonpituus on lyhyt, se on sama kuin jos sanotaan, että sen taajuus on suuri.
K: Mille alueelle ultraviolettien aallonpituudet kuuluvat?
V: Ultraviolettien aallonpituudet vaihtelevat 10 nanometristä 400 nanometriin.
K: Onko ultravioletti ihmiselle näkyvä?
V: Ei, ihmiset eivät näe näin lyhyen aallonpituuden tai korkean taajuuden valoa, joten ultravioletti ei näy meille.
Etsiä