فرابنفش
فرابنفش (به انگلیسی: Ultraviolet) یا به اختصار UV، موجی است در گستره امواج الکترومغناطیسی با طول موجی در محدوده ۱۰۰ تا ۴۰۰ نانومتر که کوتاه‌تر از نور مرئی و بلندتر از پرتو ایکس است. به بیانی دیگر انرژی آن کمتر از پرتو ایکس، ولی بیشتر از نور مرئی است. اشعه UV در نور خورشید موجود است و تقریباً شامل ۱۰٪ از تمام امواج منتشر شده از سطح خورشید می‌شود. این اشعه هم چنین در هنگام جوشکاری قوس الکتریکی منتشر می‌شود. همچنین برای تولید آن از لامپ‌های مخصوصی از جمله لامپ سیاه یا لامپ بخار جیوه استفاده می‌شود.
از پرتو فرابنفش برای ضد عفونی آب، مواد خوراکی، تجهیزات پزشکی و لوازم صنعتی و غیره می‌توان استفاده نمود.
چگونگی کشف تابش
پرتو فرابنفش بگونه‌ای کاملاً اتفاقی با مشاهده تغییر رنگ و تیرگی املاح نقره در مقابل نور مستقیم 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 تأثیر 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 کاملاً 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 | ظاهراً 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 | عمدتاً 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 | کاملاً توسط جو زمین جذب می‌شود |
نکات دانستنی
- 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 در پرهایشان الگوهایی دارند که تنها در تابش UV قابل مشاهده خواهند بود.
- ادرار بعضی از جانوران 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 ظاهراً کم نفوذ (UVA(300-400nm شفاف بوده و مقاومت چندانی در مقابل 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 مثلاً عنصری مانند نیتروژن کاملاً 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 پرتو فرابنفش، دو تأثیر متفاوت آن‌ها با ماده است: طول موجهای بلندتر از ۳۰nm اساساً 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 قبلاً نیز اشاره شد، باند XUV به شدت توسط بسیاری از 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 قبلاً 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.
تأثیرات 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 در جذب ویتامین D بوده‌است. دیگر تأثیر اختلال در جذب ویتامین D، پوکی استخوان و سایر عوارض متأثر از اختلال مغز استخوان که منجر به درد، عدم تحمل وزن شخص توسط خود، و نهایتاً ایجاد ترک و شکستگی‌های ناخواسته به ویژه در خانم‌ها خواهد بود. البته امروزه در برخی کشورها تأکید 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 (طول موج بین 100-280 UV-C) می‌تواند باکتریها و سایر ارگانیسمهای کوچک را منهدم کند. به همین دلیل برای ضدعفونی کردن سطوح مانند اتاقهای بیمارستان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از پرتو فرابنفش برای ضدعفونی 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 تأثیر ضدعفونی کنندگی، نبود دانش فنی دربارهٔ 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 مثلاً 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.
در این 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 عملاً حاصل، سلولی با عملکرد غیر مشخص یا 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 در مقابل انواع تابش فرابنفش هستند.
- اکثر کرم‌های ضدآفتاب با اعلام درجه اندازه‌گیری مقاومت خویش بر اساس معیار SPF، ظاهراً 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 در زمینه قدرت جلوگیری از تابش‌های باند UVA و UVB مؤثر 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 قرنیه Pterygium 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 قویاً توصیه می‌گردد، مثلاً کوهنوردان و اسکی بازان که به جهت اقامت‌های طولانی در ارتفاعات بالا، عملاً با رقیق شدن هوا، عامل اصلی مقاومت در مقابل تابش فرابنفش را از دست می‌دهند.
گر چه عینک‌های آفتابی معمولی به میزان کمی در مقابل تابش فرابنفش مقاومند، اما توصیه می‌گردد که حتی المقدور از لنزهای پلاستیکی (ترجیحاً 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 و صنعتی 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
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 فلورسنتی، 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 بعضاً مجهز به نوارهای امنیتی اندUV 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 آن را تبدیل به نور مرئی می‌نماید.
ستاره‌شناسی
در دانش ستاره‌شناسی اجرام بسیار حجیم، قاعدتاً 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 فرابنفش جهت از بین بردن حشرات پرنده ریز جثه که شبانه میل به نزدیکی تابش UV دارند.
فیزیوتراپی
به دلیل خاصیت ضدعفونی‌کننده 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.
منابع
- ↑ "On a new Imponderable Substance and on a Class of Chemical Rays analogous to the rays of Dark Heat", J.W. Draper, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 1842, LXXX, pp.453–461
- ↑ "Description of the Tithonometer", J.W. Draper, The Practical Mechanic and Engineer's Magazine, January 1844, pp.122–127
- ↑ «تاثیر پرتوی فرابنفش در از بین بردن ویروس». ایسنا. ۲۰۲۰-۰۷-۱۰. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۰-۲۴.
مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Ultraviolet». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۲۴ اکتبر ۲۰۲۱.