紫外線的性質(zhì)和應(yīng)用
紫外線的性質(zhì)和應(yīng)用
摘 要： 紫外輻射在電磁輻射波譜中的波長(zhǎng)范圍為400～ 10nm，不能引起人們的視覺(jué)。電磁譜中波長(zhǎng)0.01~0.04微米輻射，既可見(jiàn)光紫端到X射線間的輻射。隨著波長(zhǎng)的變化， 紫外線具有各種不同的物理特性和效應(yīng)。本文主要概述了各種紫外線的性質(zhì)及其應(yīng)用
關(guān)鍵詞： 紫外線， 應(yīng)用， 性質(zhì)。
紫外線亦稱(chēng)“ 紫外光”，“ 紫外輻射” , 其波長(zhǎng)范圍40-390nm, 在電磁波譜中位于紫光和倫琴射線射線之間， 與其它波長(zhǎng)的電磁波一樣， 具有其共性， 都遵守電磁運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。紫外線不能引起視覺(jué)（即在可見(jiàn)光范圍之外）�？梢�(jiàn)光能透過(guò)的物質(zhì)， 對(duì)于紫外線的某些波段卻會(huì)強(qiáng)烈的吸收地球大氣中的氧和臭氧幾乎全部吸收了太陽(yáng)輻射中波長(zhǎng)小于290nm的紫外線水銀燈和電弧的光中有250-390nm之間的強(qiáng)紫外輻射， 是常用的紫外線光源。紫外線通常用光電元件和感光乳膠來(lái)檢測(cè)紫外光譜是研究原子結(jié)構(gòu)的重要手段紫外線在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)以及人們?nèi)粘Ｉ畹雀鞣矫娑加兄匾獞?yīng)用價(jià)值。
紫外線的性質(zhì)
波動(dòng)性：紫外線和可見(jiàn)光一樣是一種包含著各種波長(zhǎng)、相位、振幅的光，具有光的干涉、衍射、色散等現(xiàn)象，屬于“非相于性光”。紫外線也沿直線傳播，遵守光的反射定律、折射定律和透鏡成像原理。
量子性：紫外線是由許多光量子組成的，每個(gè)光量子都具有一定的能量，不同波長(zhǎng)的光量子的能量不同。紫外線的光量子能量比可見(jiàn)光的光量子能量大。
紫外線的應(yīng)用
熒光效應(yīng)：由于紫外線光量子具有較大的能量，所以當(dāng)紫外線照射到很多物質(zhì)上時(shí)使分子受激而發(fā)射熒光。這些物質(zhì)輻射熒光的現(xiàn)象就稱(chēng)為紫外線的熒光效應(yīng)。紫外線的熒光效應(yīng)是一種光致發(fā)光。當(dāng)紫外線照射到某些物質(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)有選擇地吸收后，發(fā)射出不同波長(zhǎng)和不同強(qiáng)度的可見(jiàn)光來(lái)。當(dāng)紫外線停止照射后，熒光也隨之消失。實(shí)際上，當(dāng)紫外線照射到熒光物質(zhì)上時(shí)。會(huì)發(fā)生3種情況：一部分紫外線被反射，一部分被熒光物質(zhì)吸收，另一部分透射出去。其中，只有被熒光物質(zhì)吸收的這部分紫外線才對(duì)發(fā)光起作用：當(dāng)熒光物質(zhì)吸收了紫外線后，內(nèi)部的分子會(huì)發(fā)生能量狀態(tài)的變化，在不同能級(jí)間躍遷，發(fā)射出熒光：
熒光探傷，在機(jī)械制造工業(yè)中，以前對(duì)零件的探傷常采用超聲波X光等方法，但都不如用熒光法簡(jiǎn)便。熒光探傷就是把被檢測(cè)的零件在熒光物質(zhì)的溶液中浸泡一定時(shí)間，取出后用毛刷把零件表面的熒光物質(zhì)刷掉。由于浸入零件裂縫中的熒光物質(zhì)不可能被刷掉，經(jīng)過(guò)這樣處理的零件放入暗室里，用不透明玻殼的紫外線高壓汞燈照射零件表面，殘存在裂縫內(nèi)部的熒光物質(zhì)將發(fā)射出熒光來(lái)，這樣就可以找出有傷痕的零件。
光舞臺(tái)特技：舞臺(tái)特技的做法是用熒光粉涂畫(huà)成相應(yīng)的圖形，然后用相應(yīng)的紫外線光源照射其畫(huà)面，在黑暗的舞臺(tái)上呈現(xiàn)出各種夜景，如星辰、月亮、燈光、城市夜景和碼頭燈光等等。使觀眾有身臨其境的感覺(jué)，舞臺(tái)效果逼真。
其他應(yīng)用：在刑事偵察上用熒光分析血清蛋白和血漿酶，可以查出人種、性別、年齡等重要線索，尸體內(nèi)殘存的一些毒品、藥品用熒光分析可查出品種和含量，根據(jù)傷口也可查出所用兇器；另外，借助熒光分析可以辨別文件、紙幣、證件、郵票歷史文物和書(shū)畫(huà)的真?zhèn)巍?/FONT>
光電效應(yīng)：當(dāng)紫外線照射到金屬的表面時(shí)，金屬內(nèi)部的自由電子會(huì)逸出金屬表面，這種紫外線的光致電子發(fā)射構(gòu)成了紫外線光電效應(yīng)的一部分。紫外線的光電效應(yīng)是光能轉(zhuǎn)換為電能的一種方式。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。紫外線照射能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料除了金屬、半導(dǎo)體外，還有某些氣體和一些化學(xué)物質(zhì)，人與動(dòng)植物被照射后也能產(chǎn)生光電效應(yīng)。人體的光電效應(yīng)在人體內(nèi)產(chǎn)生許多活性因子。因?yàn)樯矬w內(nèi)每一個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)微電池，在細(xì)胞內(nèi)外有一定的電勢(shì)差。當(dāng)紫外線照射細(xì)胞后，產(chǎn)生光電效應(yīng)，使細(xì)胞變?yōu)榛钚砸蜃�。這些活性因子是治療某些疾病的重要因素。而動(dòng)植物的光電效應(yīng)，更直接影響到動(dòng)植物的生長(zhǎng)過(guò)程。氣體的光電效應(yīng)的主要應(yīng)用是制造“空氣罐頭”。所謂“空氣罐頭”就是氣體的負(fù)離子。當(dāng)短波紫外線照射到空氣中的某些氣體分子或原子時(shí)，使氣體分子或原子中的電子逸出，逸出后的電子附著在其他氣體分子上，使氣體分子變?yōu)樨?fù)離子。負(fù)離子能使人健康長(zhǎng)壽，還能醫(yī)治一些疾病。被稱(chēng)為“空氣維生素”。
光化學(xué)效應(yīng)：紫外線照射某些物質(zhì)時(shí)，能產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。波長(zhǎng)在200-400納米的紫外線所具有的能量（3～6eV）正是許多物質(zhì)（化學(xué)鍵能也在3～6eV的范圍內(nèi)）吸收后產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)所需的能量。尤其是短波紫外線的光子能量較大，對(duì)光化學(xué)反應(yīng)特別有效，能直接引起一些物質(zhì)的化合和分解。
印刷制版和曬版。目前新工藝采用重氮鹽感光性樹(shù)脂制成PS版，能彌補(bǔ)重鉻酸鹽感光版的許多不足。重氮鹽PS版感光過(guò)程其實(shí)質(zhì)是一個(gè)紫外線光化學(xué)效應(yīng)過(guò)程：當(dāng)重氮基團(tuán)受到紫外線照射后，感光劑迅速分解并放出氮?dú)�。分子的其他部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)重排而生成易溶于堿水的羧酸衍生物。根據(jù)曝光后版面溶解性的不同，就很容易地把紫外線照射的非圖像部分經(jīng)過(guò)顯影而除掉。版面上僅留下有圖像的部分，構(gòu)成印刷版材。
處理公害。發(fā)霉的花生、大豆、玉米及其加工制品含有大量的致癌物質(zhì)--黃曲霉菌，對(duì)人體有害。而紫外線對(duì)黃曲霉素破壞力很強(qiáng)，尤其是波長(zhǎng)為365納米的紫外線使黃曲霉素產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，最后變成無(wú)致癌性。
同位素分離。所謂同位素分離，是從天然的同位素混合物中分離出某種純同位素來(lái)，或者把其中某一種同位素的濃度提高。同一種元素的同位素，其物理化學(xué)性質(zhì)很相似，這就造成了分離同位素的困難。過(guò)去分離同位素是利用同位素質(zhì)量不同來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如用氣體的擴(kuò)散法和離心法來(lái)分離同位素。但這些方法成本高，效率低。用紫外線光量子的能量可只激發(fā)同位素當(dāng)中的一種而其他不被激發(fā)，然后用物理或化學(xué)的方法把它同未被激發(fā)的同位素分離開(kāi)來(lái)。用紫外線分離同位素的方法成本低，效率高，可節(jié)省很多投資。
生物效應(yīng)：當(dāng)紫外線照射人體或生物體后，使人體或生物體發(fā)生生理變化。不同波長(zhǎng)的紫外線的生理作用不同。根據(jù)紫外線對(duì)生物作用的性質(zhì)，在醫(yī)療衛(wèi)生上把紫外線劃分為不同的波段（見(jiàn)圖1）：黑斑紫外線（曲線A）在320-400納米波段；紅斑紫外線或保健射線（曲線B）在280～320納米波段；滅菌紫外線（曲線C）在200～320納米波段；致臭氧紫外線（曲線D）在180～200納米波段
紫外線的致黑斑作用：波長(zhǎng)在320～400納米的紫外線又叫長(zhǎng)波紫外線。該波段的紫外線生物作用較弱，但它對(duì)人體照射后使皮膚變黑，皮膚有明顯的色素沉著作用，這就是紫外線的黑斑作用。該波段的紫外線可強(qiáng)烈地刺激皮膚，使皮膚新陳代謝加快、皮膚生長(zhǎng)力加強(qiáng)和使皮膚加厚。A波紫外線是治療皮膚病的重要波段，像牛皮癬、白癜風(fēng)等疾病。
紫外線滅菌作用，短波紫外線對(duì)微生物的破壞力極強(qiáng)，當(dāng)該波段的紫外線照射細(xì)菌體后，細(xì)胞的核蛋白和核糖核酸（DNA）強(qiáng)烈地吸收該波段的能量，它們之間的鏈被打開(kāi)斷裂，從而使細(xì)菌死亡。如，用紫外線汞燈或金屬鹵化物燈對(duì)空氣和食品滅菌。
紫外線對(duì)人體的保健作用。波長(zhǎng)在280-320納米的月波紫外線照射人體后，能引起皮膚肌體的光化學(xué)過(guò)程和光電反應(yīng)，使皮膚產(chǎn)生許多活性物質(zhì)，從而起到健康保健的作用。目前采用紫外線照射調(diào)節(jié)高級(jí)神經(jīng)的功能、改善睡眠、降低血壓。經(jīng)常接受紫外線照射能加強(qiáng)白血球的吞噬能力，增強(qiáng)人的免疫功能。
紫外線生物效應(yīng)的另一應(yīng)用是生物誘變育種。決定生物傳宗接代的物質(zhì)是脫氧核糖核酸。微生物的DNA吸收光譜正是在200～300納米之間，當(dāng)微生物DNA吸收紫外線之后，結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大變化，將引起微生物的遺傳性的改變。用這種方法可以在短期內(nèi)使微生物的特性大幅度地變異。
紫外線的探測(cè)
重要性
一般來(lái)說(shuō)， 中、長(zhǎng)紫外對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、安全防偽、醫(yī)療保健等方面有著廣泛的用途。另一方面， 由于短、超短紫外光子能量的驟增， 對(duì)地球生物產(chǎn)生直接和間接的有害影響， 例如人類(lèi)皮膚癌的增多， 無(wú)不與短紫外線的侵入有關(guān)。占大氣總量不足百萬(wàn)分之一的臭氧通過(guò)吸收太陽(yáng)紫外輻射為地球表面生物提供了一個(gè)有效的保護(hù)層。臭氧總量的變化將引起地面上的紫外輻射和氣候的變化。近15 年來(lái)， 大氣臭氧層變薄并產(chǎn)生局部空洞， 使照射到地面的紫外輻射增加。據(jù)研究， 中緯度和高緯度地區(qū)的紫外輻射量增加最大， 而這些地區(qū)是人口最稠密，世界工農(nóng)業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)。因此， 目前人們對(duì)紫外輻射的探測(cè)特點(diǎn)重視。紫外輻射探測(cè)具有極其重要的意義。
探測(cè)方法
紫外探測(cè)方法很多， 大致可分為三類(lèi)（見(jiàn)下表）
探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題
紫外探測(cè)技術(shù)的最關(guān)鍵問(wèn)題可歸納為以下幾個(gè)方面
紫外線大氣傳輸理論和散射模型及仿真系統(tǒng)的建立是關(guān)鍵問(wèn)題之一。眾多的紫外應(yīng)用領(lǐng)域尤其是軍事應(yīng)用， 無(wú)論是主動(dòng)式的“紫外通訊”、“紫外干擾”， 還是被動(dòng)式的“紫外制導(dǎo)”、“紫外告警”， 均涉及紫外在大氣中傳輸?shù)膯?wèn)題。目前國(guó)內(nèi)人們的注意力絕大多數(shù)集中在可見(jiàn)光與紅外輻射特性及其大氣傳輸特性的研究上。對(duì)于紫外傳輸特性的研究甚少， 幾乎是空白。由于涉及多次散射這樣一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題， 因此上述內(nèi)容的研究就成為紫外探測(cè)及應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
高靈敏度、低噪聲紫外探測(cè)器件的研制是紫外探測(cè)技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵。目前， 紫外探測(cè)器件有如下幾類(lèi)： 紫外真空二極管、分離打拿極型紫外光電倍增管（UV 2PM T ）、成像型紫外變像管、紫外增強(qiáng)器及紫外攝像管等。而最新的一種是帶微通道的光電倍增管（MCP2PM T ） , 它具有響應(yīng)速度快、抗磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕且供電電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。帶有MCP 結(jié)構(gòu)的近貼式聚焦型紫外變像管及增強(qiáng)器， 以及與之相應(yīng)的自掃描陣列也已經(jīng)出現(xiàn)， 并被應(yīng)用于紫外探測(cè)衛(wèi)星、空間防務(wù)及火箭2導(dǎo)彈尾焰紫外探測(cè)等方面。另外在固體紫外探測(cè)器件方面亦有發(fā)展，諸如增強(qiáng)型硅光電二極管、雪崩二極管、GaA sP和GaP 加膜紫外固體器件。GaN 單晶紫外光電二極管、紫外電荷耦合器件（UV 2CCD ） 等器件正在開(kāi)發(fā)研究中。
低噪聲信息處理系統(tǒng)的形成是紫外探測(cè)技術(shù)的又一關(guān)鍵問(wèn)題。紫外探測(cè)系統(tǒng)一般是一個(gè)微弱信號(hào)接受、處理系統(tǒng)； 常常要經(jīng)過(guò)諸如信號(hào)采集、光電轉(zhuǎn)移和放大， 或調(diào)制2解調(diào)， 或編碼2解碼等過(guò)程， 尤其是抗干擾、去噪聲問(wèn)題尤為突出。對(duì)于來(lái)自多方面的噪聲（如熱噪聲、散彈噪聲、低頻噪聲、放大器噪聲等） , 必須采取有效的措施（如相關(guān)處理、鎖定放大信號(hào)平均、自適應(yīng)噪聲抵消、低噪聲前置放大、抑制電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)等外界干擾） , 以降低噪聲提高系統(tǒng)信噪比。而單光子計(jì)數(shù)又是極弱光探測(cè)的一個(gè)非常有效的探測(cè)技術(shù)， 人們常常使用該方法來(lái)解決紫外探測(cè)問(wèn)題。
紫外線的獲取及注意事項(xiàng)
自然界中含有大量紫外線，如太陽(yáng)，弧光燈等光源發(fā)出的光都含有紫外光。人們獲取紫外線的方法是利用高，低壓汞弧燈及特種高壓火花在真空中放電等手段。
世界上的任何事情無(wú)不具有兩面性，紫外線也不例外。在應(yīng)用中應(yīng)注意三點(diǎn)：1.要避免過(guò)量照射。一旦照射過(guò)量，會(huì)使被照射部位出現(xiàn)水泡或皮下出血，以致增加患者的痛苦。其次，紫外線可引起電光性眼炎并給治療帶來(lái)困難。再次，高原地區(qū)較平原地區(qū)的紫外線更為強(qiáng)烈，因此，在高原地區(qū)室外工作的人員應(yīng)該注意對(duì)紫外線的防護(hù)，以防眼睛和皮膚的傷。2.治療時(shí)掌握使用劑量，需要提醒的是，對(duì)病人進(jìn)行紫外線治療一定要注意使用劑量，掌握恰當(dāng)?shù)亩葦?shù)。3.從事紫外線科學(xué)研究和經(jīng)常接觸紫外線的人，一定要做好自我保護(hù)，以免自己的身體受到傷害。
【中國(guó)防紫外線面料網(wǎng)www.texuv.com】
