Ultraviolet

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Zie het artikel Voor de gelijknamige film, zie Ultraviolet (film).

Ultraviolet (afgekort uv, ook wel ultraviolette straling, black light of uv-licht genoemd) is elektromagnetische straling net buiten het deel van het spectrum dat met het menselijk oog waarneembaar is (zie ook: licht). De golflengte van ultraviolette straling ligt tussen 10 en 400 nanometer, dus 'voorbij het violet', wat ook de letterlijke betekenis is van 'ultraviolet'. Doordat ultraviolet licht een kortere golflengte heeft dan zichtbaar licht, is het energierijker; het kan zelfs het ionisatiepotentiaal van organische moleculen bereiken en daarmee chemische reacties in gang zetten. Dat is tevens de reden dat een (overmaat van) ultraviolette straling schadelijk is voor vele organismen (waaronder de mens).

In verband met de effecten van ultraviolet licht op mens en milieu wordt onderscheid gemaakt tussen uv A, uv B en uv C. Uv A is ultraviolette straling met een golflengte tussen ca. 315 en 400 nm ("lange golven"). Uv B heeft een golflengte tussen 280 en 315 nm. Uv C heeft een golflengte tussen 100 en 280 nm ("kortgolvige straling").[1] Straling met een golflengte tussen ruwweg 10 en 100 nm noemt men extreem ultraviolet (EUV of XUV). Deze straling dringt niet ver door in de atmosfeer.

Ultraviolette straling is in 1801 door Johann Wilhelm Ritter ontdekt toen hij met zilverchloride werkte. Ultraviolette straling laat zilverchloride snel van kleur veranderen.

Ultraviolette straling in de natuur[bewerken]

Zon[bewerken]

Naast het "gewone" zichtbare licht straalt de zon ook ultraviolette straling uit. Weliswaar is het menselijk oog ook gevoelig voor dit licht, maar de ooglens laat het niet door en beschermt daardoor het netvlies. De ooglens zelf ontwikkelt na langdurige of frequente bestraling met te veel ultraviolette straling staar als ouderdomsverschijnsel. Bijen zien ultraviolette straling wél, daardoor zien zij sommige voor mensen onopvallende bloemen veel beter.[2]

Effecten op de huid[bewerken]

De intensiteit van de ultraviolette straling in zonnestraling wordt uitgedrukt in de zogenoemde uv-index. Bij een hoge uv-index is meer ultraviolette straling aanwezig dan bij een lage. Door een teveel aan ultraviolette straling (uv B) kan de huid rood kleuren of verbranden, het kan zelfs huidkanker veroorzaken. Uv A-straling veroorzaakt melanoom, de dodelijkste vorm van huidkanker. Uv B veroorzaakt diverse andere, minder agressieve, vormen van huidkanker. Uv C wordt door de atmosfeer tegengehouden.

Alleen uv B veroorzaakt bruin worden of verbranden. Zonnebrandcrèmes of -lotions bevatten daarom stoffen die bedoeld zijn om uv B-straling te blokkeren. Slechts enkele bevatten ook stoffen die tegen het minstens zo gevaarlijke uv A beschermen. In tegenstelling tot uv B gaat uv A grotendeels door kleding en glas. Mensen en vooral kinderen (zeker als ze die overgevoelig zijn voor uv-straling) zijn niet beschermd tegen uv A als ze buiten een T-shirt aanhebben of binnen in de serre gaan zitten.

Bestraling van de huid met ultraviolette straling is de belangrijkste vermijdbare oorzaak van alle vormen van huidkanker: melanoom, basaalcelcarcinoom en plaveiselcelcarcinoom. Ook veroudert de menselijke huid sneller naar mate hij in het verleden meer aan ultraviolette straling is blootgesteld; de huid wordt dunner en er ontstaan rimpels door beschadiging van het dieper gelegen elastisch bindweefsel. Deze gevolgen zijn blijvend, de schade wordt opgeteld. Kinderen lopen daardoor het meeste risico op de lange termijn. Baby's en heel jonge kinderen kunnen daarom het beste zo veel mogelijk uit de zon gehouden worden.[3]

Wie wel in de zon komt doet er goed aan de blootstelling te beperken. Het dragen van een gewoon T-shirt beschermt maar ongeveer een factor 15. Er is daarom ook speciale uv-werende kleding te koop en zelfs een wasmiddeltoevoeging ("UV WASH"), die gewone kleren een beschermingsfactor 50 geeft. Daarnaast is het aan te raden een goede zonnebril en zonnebrandcrème met voldoende hoge beschermingsfactor te gebruiken. Een teveel aan uv-licht dient voorkomen te worden. Het massaal zonnebaden, de gewoonte veel minder/lichtere dunnere kleren aan te hebben en de opkomst van huizen en kantoren met veel en grote ramen heeft sinds de Tweede Wereldoorlog de kans op een melanoom met 2000% doen toenemen.[4]

In de huid wekt ultraviolette straling de productie van vitamine D3 op, maar daarvoor is maar ongeveer 15 minuten zonlicht per dag nodig.[5] De normale voeding bevat nauwelijks genoeg vitamine D, vandaar dat het aan verschillende voedingsmiddelen (onder andere margarine) wordt toegevoegd om de gebreksziekte rachitis te voorkomen. Desondanks is zonlicht de belangrijkste bron van deze vitamine, zodat het ook weer niet gewenst is om helemaal geen zonlicht op de huid te krijgen. Mensen met rood haar hebben vaak weinig melanine in hun huid, die daardoor heel licht is. Deze huid verbrandt heel snel, maar door de lage hoeveelheid melanine wordt vitamine D wel gemakkelijker opgenomen. Roodharigen hebben daardoor de laagste kans om rachitis te ontwikkelen.

Uv A (320-420 nm)[bewerken]

  • Uv A vormt 98,7% van de uv-straling die de aarde bereikt. De ozonlaag heeft hierop weinig invloed.
  • Veroorzaakt huidveroudering.
  • Gaat grotendeels door glas en kleding. Veroorzaakt het verkleuren van stoffen en verf.
  • Veroorzaakt melanoom, de dodelijkste vorm van huidkanker.

Uv B (280-320 nm)[bewerken]

  • Uv B vormt 1,3% van de uv-straling die de aarde bereikt. De ozonlaag heeft hierop een grote invloed.
  • Zet zuurstof om in ozon en herstelt zo langzaam de ozonlaag.
  • Veroorzaakt zonnebrand en bruin worden.
  • Gaat niet door glas.
  • Veroorzaakt andere vormen van huidkanker.
  • 270-300 nm zijn de beste golflengtes voor de vorming van vitamine D.

Uv C (< 280 nm)[bewerken]

  • Deze dodelijke uv-straling wordt volledig door de atmosfeer tegengehouden.
  • Zet zuurstof om in ozon en herstelt zo langzaam de ozonlaag.
  • Is zeer destructief voor huidcellen. Veroorzaakt binnen korte tijd laesies.

Meting[bewerken]

Op het KNMI in De Bilt wordt de hoeveelheid ultraviolette straling continu gemeten. Hoeveel ultraviolette straling de aarde bereikt hangt vooral af van hoe hoog de zon aan de hemel staat. In de zomer, als de zon veel hoger staat dan in de winter, is het ultraviolet licht zeker tien keer zo sterk. In de zomer bereikt de zon het hoogste punt om ongeveer half twee 's middags en gemiddeld is dan de hoeveelheid ultraviolette straling het grootst. Ook op een hoogte, dus in de bergen, is de intensiteit hoger, doordat er minder lucht tussen zit om een deel door verstrooiing uit te schakelen. Op het water (meer of zee) is de ultravioletstraling ook feller door de weerkaatsing op het water.

De hoeveelheid ultraviolette straling is ook afhankelijk van de bewolking. Wolken houden niet alleen het zichtbare licht gedeeltelijk tegen, maar ook uv. In het algemeen geldt: hoe meer bewolking, hoe minder ultraviolette straling de aarde kan bereiken. Wolken weerkaatsen echter zelf ook licht en daardoor kan de hoeveelheid ultraviolette straling die de aarde bereikt ook bij een half bewolkte hemel sterk variëren.

Stof in de atmosfeer kan ultraviolette straling tegenhouden en bij rustig warm weer, als zich veel vuil in de onderste lagen van de atmosfeer verzamelt, kan de hoeveelheid ultraviolette straling afnemen. Bovendien weerkaatst ultraviolette straling tegen de grond. Dat houdt in dat het ultraviolette licht boven wit zand, sneeuw en water feller is dan elders.

Ozon[bewerken]

Ook de hoeveelheid ozon in de atmosfeer heeft invloed op de hoeveelheid ultraviolet zonlicht dat de aarde bereikt. Dat gas houdt de meeste uv B-straling tegen, zodat maar weinig uv B-straling de aarde kan bereiken. De meeste ozon bevindt zich in de ozonlaag, die zich tussen ongeveer 15 en 30 kilometer hoogte bevindt. De aantasting van de ozonlaag door bepaalde luchtvervuiling (het gat in de ozonlaag) bedreigt daarom het leven op aarde. Net als het weer kent ook de ozonlaag seizoenen: in de lente is deze het dikste en in de herfst het dunst. Ook het weer heeft invloed. Over het algemeen is de ozonlaag in de buurt van een hogedrukgebied iets dunner dan in de buurt van een lagedrukgebied.

Blauwgroene algen[bewerken]

Blauwgroene algen zijn opmerkelijk resistent tegen sterke ultraviolette straling, zoals die het aardoppervlak 2,5 miljard jaar geleden bereikte.

Kunstmatig ultraviolet licht[bewerken]

Wijze van opwekking[bewerken]

Klassiek 'blacklight': tl-buizen die ultraviolet licht geven

Galliumnitride (GaN) is een halfgeleider met een vrij grote band gap, die als led gebruikt wordt om ultraviolet en blauw licht te produceren.

Ultraviolet licht kan ook worden opgewekt met behulp van een fluorescentielamp. Een buis wordt gevuld met argon of krypton (of een mengsel hiervan) en kwikdamp onder lage druk. Tussen twee elektroden aan weerszijden van de buis vindt een gasontlading plaats, waardoor de kwikdamp ultraviolet licht met een extreme piek in de golflengte rond 254 nm gaat uitzenden. Wanneer de buis uit uitsluitend glas bestaat, produceert de lamp dus vooral licht met deze golflengte (uv C). Deze lampen worden vooral gebruikt om te ontsmetten. Vaak wordt aan de binnenzijde van het glas nog een laag aangebracht die dit uv C door middel van (foto)luminescentie omzet in grotere golflengten zoals uv B in het geval van een zonnebanklamp of uv A in het geval van een 'blacklight'.

Industriële toepassingen vragen ultravioletbronnen met een hoge intensiteit. Dit soort ultravioletbronnen zijn bijna altijd middendruk-kwiklampen. Dit zijn gasontladingslampen met vermogens variërend van 1 tot 30 kilowatt. Het belichten van kleine objecten gebeurt met ultravioletpuntbronnen, apparaten die ultraviolet licht met een zeer hoge intensiteit genereren op een oppervlak van slechts enkele vierkante centimeter. Puntbronnen worden gebruikt bij het uitharden van kleine lijmpuntjes, bijvoorbeeld in de elektronische assemblage of vroeger bij tandheelkunde ("sealen" van kiezen). Vanwege de schadelijke effecten van uv-licht wordt voor dat laatste tegenwoordig blauw licht gebruikt.

Lasers die ultraviolet licht kunnen uitstralen zijn de excimerlaser en de helium-cadmiumlaser.

Toepassingen[bewerken]

Ultraviolette straling wordt veel gebruikt bij niet-destructief onderzoek oftewel NDO. Bij magnetisch onderzoek, een onderzoeksmethode voor bijvoorbeeld lasverbindingen, kan met behulp van ultraviolette straling met een golflengte van 365 nm en een fluorescerende testinkt snel uitsluitsel gegeven worden over eventuele defecten (scheuren).

Een EPROM wordt gewist door hem een paar minuten onder een uv-lamp te leggen.

Ultraviolette straling ontsmet de laminaire luchtstroomkast als die niet gebruikt wordt

Het PWN Waterleidingbedrijf Noord-Holland gebruikt sinds 2004 ultraviolet licht om drinkwater te zuiveren. Ultraviolet licht breekt in combinatie met peroxide organische afvalstoffen af en maakt organische microverontreinigingen onschadelijk. Hierbij blijven geen schadelijke reststoffen achter in het water.

Ultraviolet licht kan worden gebruikt om teksten te tonen die voor het blote oog verdwenen zijn nadat men die teksten van perkament had geschraapt om dit te kunnen hergebruiken. Met ultraviolet licht wordt dan onder de nieuwe tekst ook de verdwenen tekst van zo'n palimpsest zichtbaar. Ultraviolet licht laat ook toe om de echtheid van bankbiljetten en paspoorten te controleren: een deel van de opdruk is in voor het oog onzichtbare inkt, die echter in ultraviolet licht fluorescentie vertoont.

Ultraviolet licht wordt ook gebruikt door de technische recherche om sporen van lichaamsvloeistoffen op te sporen.

Ultraviolet licht wordt in de industrie gebruikt om inkt te drogen, lakken te laten uitharden en om ultravioletlijmen hard te laten worden. Ultravioletlijm is een mengeling van grondstoffen en een fotoinitiator. De fotoinitiator wordt door de ultraviolette straling gesplitst in twee reactieve delen die de grondstoffen met elkaar laten polymeriseren. Op die manier kan men ultravioletlijm in enkele seconden laten uitharden. Inkt laten drogen op een drukpers gaat op een gelijkaardige manier: door het belichten van de ultravioletgevoelige inkt kan de inkt in enkele milliseconden droog zijn.

Verder wordt het ultraviolette licht ook wel gebruikt in de horeca om bacteriegroei te voorkomen, in ruimtes als de wc, de keuken en ruimtes waar etenswaren worden bewaard.

Ultravioletgevoelige fotoresist wordt gebruikt in de halfgeleiderindustrie en in de elektrotechniek om geïntegreerde schakelingen en printplaten te maken.

Ultraviolet licht wordt verder om cosmetische redenen gebruikt in hoogtezonnen en zonnebanken. Dit wordt door dermatologen afgeraden in verband met een hogere kans op diverse soorten huidkanker en een snellere veroudering van de huid.

Tevens wordt ultraviolet licht in consumententoepassingen gebruikt, bijvoorbeeld in T-shirts en kralen. Deze producten lichten dan op of verkleuren onder invloed van ultraviolet licht.

Bronnen en referenties
  • "Het weer nader verklaard" op de website van het KNMI.
  • "Waterbedrijf zuivert water met UV-licht", een artikel in de Volkskrant van 13 mei 2003.
  • (en) What is UV? Sciencelearn Hub