紫外线

紫外线（Ultraviolet ray，UV），是阳光中频率为750THz~30PHz，对应真空中波长为10nm~400nm（纳米）的光线，属于不可见的非电离辐射。

1777年，瑞典科学家雪莱（Karl Wilhelm Scheele）在氯化银感光实验中预见到有一种比紫光波长短的看不见的光线存在。他发现用纸带蘸氯化银溶液暴露于太阳后变成黑色，蓝光照射会比红光更明显。后来，1801年被德国人里特确认这种看不见的光线在太阳辐射中真实存在。里特注意到，当纸条暴露在比可见蓝光短的波长下时，纸条会变得更黑，因此发现了紫外光谱,他称之为“紫外线（infraviolet）”。1910年，在法国，紫外光消毒系统首次被用于都市给水处理的实践中，1929年，盖茨（Gates）等人对紫外光消毒的机理做了更深层次的研究，而且首次确定了细菌的灭活与核酸（DNA和RNA）对紫外光的吸收之间的关联性。1998年开始，紫外光消毒技术对两虫杀灭有xxx的重大发现以及IUVA的成立标志着紫外光给水消毒的应用和研究又进入了下一个新的阶段。在2003年抗击SARS 中，紫外线消毒被证明是一种有效控制室内空气微生物污染的良好方法。

紫外线根据波长主要有以下分类：

VUV会被空气中的氧气强烈地吸收，只能在真中传播，因而得名。远紫外（100nm~200nm）在等离子体辐射中占很大一部分，因为这些光子的能量xxx超过有机分子中所有化学键的键能，因此可以产生光化学反应，在灭菌、污染处理，表面改性等方面有很多应用。另外人们也通过观测太空中的紫外辐射对天文学进行研究。利用真空紫外波段可以特征性地研究太阳黑子运动。

长波紫外线在太阳光中占了紫外辐射能量的近95%，并且比中波紫外线有更强的穿透力，可达到皮肤的xxx层。长波紫外线还广泛用于医疗和美容上。21世纪后，长波紫外线的生物学效应日益受到重视。在以往的体外实验研究中发现：长波紫外线具有诱导多种基因表达的能力；可造成细胞核和线粒体DNA损伤；可在体外实验中诱导多种细胞发生凋亡，长波紫外线可以引起皮肤一系列变化，包括表皮增生、朗格汉斯细胞减少、皮肤炎症以及角质细胞表皮生长因子受体的减少等。

中波紫外线又称又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，其波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，在夏天的午后，会特别强烈。UVB紫外线对人体具有红斑作用，能促进体内矿物质代谢，但长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起红肿脱皮。

短波紫外线，是波长200~280nm的紫外线，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明材料如玻璃及塑料。太阳光中这一波段的紫外线辐射被大气中的氧，氮和臭氧分子强烈吸收和散射，几乎无法到达地球表面。因而此波段又被称为日盲紫外，由于在近地面大气中此波段紫外含量非常少，利用其进行导弹或飞机预警，具有非常弱的干扰，相对于红外探测可以得到很高的灵敏度。生物基因的DNA吸收了短波紫外线后断裂或分解，引起基因突变或细胞被杀死。因而其对人体的伤害很大，短时间照射即可灼伤皮肤，长期或高强度照射还会造成皮肤癌。于此同时，也可利用这一特性进行杀菌消毒，紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。

紫外线的特点主要包括波动性、量子性以及具有荧光效应、生物效应、光化学效应和光电效应。

紫外线和可见光一样是一种包含着各种波长、相位、振幅的光，具有光的干涉、衍射、色散等现象，属于“非相干性光”。紫外线也沿直线传播，遵守光的反射定律、折射定律和透镜成像原理。

紫外线是由许多光量子组成的，每个光量子都具有一定的能量，不同波长的光量子的能量不同。紫外线的光量子能量比可见光的光量子能量大。

由于紫外线光量子具有较大的能量，所以当紫外线照射到很多物质上时使分子受激而发射荧光。这些物质辐射荧光的现象就称为紫外线的荧光效应。紫外线的荧光效应是一种光致发光。当紫外线照射到某些物质时，这些物质有选择地吸收后，发射出不同波长和不同强度的可见光来。当紫外线停止照射后，荧光也随之消失。实际上，当紫外线照射到荧光物质上时，会发生3种情况：一部分紫外线被反射，一部分被荧光物质吸收，另一部分透射出去。其中，只有被荧光物质吸收的这部分紫外线才对发光起作用。当荧光物质吸收了紫外线后，内部的分子会发生能量状态的变化，在不同能级间跃迁，发射出荧光。紫外线荧光效应的应用非常广泛。中国的荧光分析技术是在20世纪70年代以后发展起来的一门新型测试技术。它具有灵敏度高、选择性强、试样少，方法简便等优点。它广泛应用于工业、农业、公安、医药、环境保护等各个领域。

紫外线的另一个显著特点是它具有生物效应，紫外线的生物效应是指当紫外线照射人体或生物体后，使人体或生物体发生生理上的变化。例如紫外线照射人体后，使皮肤产生色素沉着，皮肤变黑。又如细菌体经短波紫外线照射后很快死亡。又如人体经一定波长的紫外线照射后，抗病能力加强，皮肤再生力加强，毛发生长速度加快等等。

紫外线照射某些物质时，能产生光化学反应。波长在200～400纳米的紫外线所具有的能量（3～6eV）正是许多物质（化学键能也在3～6eV的范围内）吸收后产生光化学反应所需的能量。尤其是短波紫外线的光子能量较大，对光化学反应特别有效，能直接引起一些物质的化合和分解。例如照像胶片的感光分解，染织物的褪色，塑料制品的老化、植物的光合作用、D波紫外线产生臭氧等等。

当紫外线照射到金属的表面时，金属内部的自由电子会逸出金属表面，这种紫外线的光致电子发射构成了紫外线光电效应的一部分。紫外线的光电效应是光能转换为电能的一种方式。

太阳是地球表面紫外辐射的最主要来源。包绕地球的大气层尤其是其中的臭氧层对紫外线具有强有力的吸收作用。否则，地球上的大多数生物都会由于紫外线的照射而不能生存。紫外线穿越大气层的路径长度基本决定了到达地面的辐射强度，下图表示了穿过大气层之前和海平面上的光谱。

大气层外表面和海平面的太阳光谱

太阳光中紫外线照射到地球表面的水平受多种因素影响，如纬度、海拔高度、日照时间、日照季节、空气中臭氧的含量以及大气中的浑浊度等。在热带地区，由于空气潮湿及灰尘多，阳光到达地面时所含的紫外线可以很低。而在高山上，空气中水蒸气和灰尘少，紫外线的含量就多。

人工来源主要是医学和工业方面使用的多种人工紫外线放射源，如气体放电弧(包括低压汞弧、高压汞弧、高压氙[xiān]弧等)、荧光灯(包括荧光太阳)、黑光灯、碳弧，石英卤素灯，乙炔焊弧等离子体喷灯等。

紫外激光的波长短，能量集中，能直接破坏被加工材料的化学键，这是一个“冷”的过程，而不产生加热效果破坏xxx材料，因此在精密切割和微加工领域具有广泛的应用。

紫外线激光器

黑光灯主要有高压汞黑光灯及LED黑光灯两大类。LED黑光灯属于冷光源，高压汞黑光灯属于热光源。黑光灯利用昆虫趋光，对紫外光十分敏感的习性，制成的一种用来灭虫的紫外灯。紫外光对人来讲较暗，故称黑光灯。黑光灯由启动电极产生辉光放电，使水银蒸发、电离，在两主电极之间产生电弧，弧光发出的紫外线波谱主峰在365nm左右。LED黑光灯建立在半导体发光的基础上，给发光半导体加上正向电压后，从 P 区注入到 N 区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结构附近数微米内分别与N 区的电子和P区的空穴复合产生自发辐射的紫外线。

黑光灯

荧光灯含有一参电弧放电源。汞汽在低压的隋性气以高效率产生紫外辐射，激活涂在玻璃管内表面的荧光（磷光体）。磷光体简单地起到“变换器”的作用，把波长的紫外辐射转变成波长较长的辐射光，即紫外线或可见其光谱特性取决于所用的磷光体，灯管中气体压力的变及灯管中最冷点的温度。

荧光灯

1.结构原理仪器由受光部分和指示部分构成。受光部分采用光电管、光电池或电导池，配有滤光器和光圈。指示部分给出

单位的指示值。积算式照度计用光电管接收光，光电流经放大器通过数字电路给出数字值，有的可以自动记录在记录纸上。此种紫外线照度计通常用于测量300~400nm的紫外线，也适于250~350nm的有害紫外线和250~260nm杀菌紫外线强度的测定。2.使用方法测定时，需将紫外线源对准照度计受光面中央，有时也可将受光面水平旋转放置或垂直放置。当各紫外线源辐射稳定时，按预定的测定方式安放照度计，读取测定值，求出紫外线强度，一般可取三次测定的平均值。

紫外线照度计

最早的紫外线传感器基于单纯的硅，但是单纯的硅二极管也响应可见光，形成本来不需要的电信号，导致精度不高。日本日亚公司研发出的GaN系的晶体，成为GaN系的开拓者，并由此开辟了GaN系的市场，也由此产生了GaN的紫外线传感器，其精度远远高于单晶硅的精度，成为最常用的紫外线传感器材料。二六族ZnS材料也已被研发出来，也应用到了紫外线传感器领域。从研发的角度及性能测试上看，其精度比GaN系的传感器提高了近10倍。紫外线传感器是利用光敏元件将紫外线信号转换为电信号的传感器，它的工作模式通常分为两类：光伏模式和光导模式。光伏模式是指不需要串联电池，串联电阻中有电流，而传感器相当于一个小电池，输出电压，但是制作比较难，成本比较高；光导模式是指需要串联一个电池工作，传感器相当于一个电阻，电阻值随光的强度变化而变化，这种制作容易，成本较低。

紫外线传感器

紫外线辐射监测仪以上海SUR-1仪属宽波段紫外观测仪器为例，其工作原理为：太阳光线通过测量仪器的石英玻璃保护窗口以后到达紫外线滤光片，其中只有280～400nm波段的紫外光线可以穿透滤光片，其它波段的光线（包括可见光、红外光和远红外光线）都被有效地阻截。利用半导体紫外光电探测器对透过滤光片的紫外光线进行测量，将光信号转变成电信号后输出，仪器经计量标定后，电压值就可以换算成相应的紫外线辐射强度值。该仪器价格便宜、操作方便，因而在中国许多城市的紫外线观测中得到了广泛使用。

物质吸收紫外线与物质的特性有关。例如普通玻璃可将紫外线全部吸收，而石英玻璃和水可让紫外线全部透过。大气层可吸收大量紫外线，尤其是臭氧可将波长短于295毫微米的紫外线全部吸收。照射到人体的紫外线，几乎全部被表皮吸收，因此紫外线透入皮肤的深度只有0.2~0.5毫米。皮肤各层吸收紫外线与波长有关，短波紫外线几乎全部被角质层吸收。

紫外线指数用0~15的数字来表示。通常规定，夜间的紫外线指数为0，在热带、高原地区，晴天无云时的紫外线指数为15。紫外线指数值越大，表示紫外线辐射对人体皮肤的红斑损伤程度越强，同样也表示在短时间里对皮肤的伤害更大。详见下表。

紫外线指数及影响和防护措施

人们日常生活中使用到的防晒霜中提到的抗紫外线强度，通常指的是SPF（又叫防晒指数，SunProtectionFactor）和PA（protectionUVA）指数其分别反映了防晒用品对太阳光的中波紫外线UVB和长波紫外线UVA的抵抗能力。通常，防晒用品对太阳光紫外线的抵抗能力可用参数SPF（也称防晒系数）来表示，SPF值定义为：假设在恒定的紫外线强度，一个没有任何防晒措施的人暴露在阳光下经过x小时后皮肤会变红，当他采用SPF值为n的防晒品，用量

时，在n×x小时的时间后他的皮肤才会变红。SPF=最低红斑剂量（用防晒用品后）/最低红斑剂量（用防晒用品前），SPF值越高，防护时效越长。

紫外线和可见光，无论是否和光敏剂同用，都已经被广泛地用于皮肤病和肿瘤等疾病的治疗，如皮肤癌、牛皮癣、白癜风、痤疮和疖[jiē]肿以及婴幼儿黄疸等。其中最重要的进展是使用photopherisis用以治疗免疫疾病。另外，中波紫外线又是7-脱氢胆固醇转化为维生素D的前体胆钙化醇（维生素D3）所必不可少的。由于维生素D在机体的钙、磷代谢中起着关键性作用，所以，中波紫外线照射可以防止佝偻病和软骨病的发生。另外，紫外辐射对人类的精神状况也有良性作用。短波紫外线治疗具有杀菌、消炎、镇痛、促进组织再生的作用，通过紫外线照射后可促进血管扩张，加速血液流通，增加组织血液灌注，从而促进内皮细胞有丝分裂及胶原的合成和分泌，从而达到抗炎、促进口腔愈合的效果。

紫外线治疗仪

使用长波紫外线照射处理鲜切苹果可通过抑制其多酚氧化酶(PPO)活性使褐变率降低60％，色度减少比例为58％，有效抑制褐变发生。低强度长波紫外线循环照射鲜切菠菜可有效抑制总菌和假单胞菌的生长繁殖，同时还可通过调控SOD、POD和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等3种抗氧化酶的活性，来提高鲜切菠菜的抗氧化能力，减缓衰老进程，使货架期达12天。

紫外线保鲜

中波紫外线是波长280~315nm紫外辐射的总称。有研究指出中波紫外线可以部分穿过大气层到达地面，容易被一些蛋白质、核酸等具有重要功能的大分子物质吸收，从而引起植物产生一系列生理生化反应。中波紫外线照射技术主要在采后果蔬保鲜中应用较多。

利用短波紫外线对空气或不耐热物质的表面进行消毒灭菌是一种简单有效的方法，多年来一直被广泛应用。现在，这一技术又有了新的用途即对血液制品的消毒尤其是对病毒的杀灭。随着血液及其制品被病毒污染的机会不断增加（例如在美国为1/34000个输血单位）以及现有方法的局限性（使用溶剂/去污剂破坏病毒的脂质包膜和对于在溶液状态稳定的或是冻干品予以60～100℃的热处理两种），为杀灭那些无包膜、对热稳定以及严重危害人类健康的病毒如人类免疫缺陷病毒（HIV）、乙型肝炎（HBV）和丙型肝炎病毒（HCV）等，有人探讨了使用短波紫外线照射的方法并且已经取得了理想的结果，在美国已进入到临床试验阶段。

紫外线消毒柜

在紫外线照射下，二恶英、多氯联苯、农药等物质会产生分解、聚合以及蜕变的现象，称为光敏效应或光化学效应，其敏感辐射波段多位于长波紫外。紫外光还可改变油脂的分子链，同时与空气中的氧反应后产生臭氧，将油脂分子冷燃生成二氧化碳和水，使油烟中的有机物光解氧化，达到消除异味的作用。在紫外线照射下，涂覆少量纳米级二氧化钛粉末的建筑材料或家用电器材料会电解吸附于表面的甲醛、甲苯、乙醇、氯仿等挥发性有机物。因此，高效率的紫外光也开始用于环境的净化，包括空气、河水以及工业废水的净化。

污水处理紫外线消毒器

在工业方面，用化学方法处理废物可能是一种几乎没有残留物的方法。用氧化作用的方法可以将有害物质分解成水和二氧化碳。但是，在处理受严重污染的工业废水时，化学氧化剂的作用就显得过于微弱。德国科学家利用臭氧是强氧化剂并且其作用可以被紫外线所加强的特征，发明了用于处理工业废水中的碳氢化合物、油、颜料或苯等污染物的紫外辐射器，xxx提高了净化效率，开辟了污水处理的新领域。由于臭氧的浓度可以达到很高而且其在废水中也有较高的溶解率，所以，它对废水的净化效率也很高。例如，用这种方法对染料业废水进行处理能够取得95%的净化率，处理后的废水可以直接排入下水道，符合环保要求。

极紫外光刻(extreme ultraviolet lithography，EUVL)技术是21世纪最先进的光刻技术,采用13.5 nm的极短波长紫外光作为光源,将在10 nm 以下技术节点应用于生产。EUVL只需要使用一个掩模，不必再用多次图形化。可是，要实现大规模量产，还有3个问题需要解决：光源、光阻和掩模制造。其中xxx的困难是制造满足经济的量产能力需求的、稳定的光源。极紫外线可用于光刻设备，用于生产电子芯片，如EUV光刻机采用的是EUV超高频紫外线（极紫外线），由于其波长极短，分辨率高，可以用于光刻机，生产极短制程的CPU和各种电子芯片，紫外光刻是电子工业的重要生产技术之一。

光刻机生产电子芯片

在机械制造工业中，以前对零件的探伤常采用超声波X光等方法，但都不如用荧光法简便。荧光探伤就是把被检测的零件在荧光物质的溶液中浸泡一定时间，取出后用毛刷把零件表面的荧光物质刷掉。由于浸入零件裂缝中的荧光物质不可能被刷掉，经过这样处理的零件放人暗室里，用不透明玻壳的紫外线高压汞灯照射零件表面，残存在裂缝内部的荧光物质将发射出荧光来，这样就可以找出有伤痕的零件。

荧光探伤

用紫外光制导，引导导弹对目标进行攻击，用紫外能量比率鉴别红外干扰和不利背景源，可xxx提高目标的探测能力和抗红外干扰能力，极大地增强导弹的作战性能。在紫外线照射下，大多数生物分子和氨基酸会产生光学共振和吸收，实现蛋白质结构的光学检测，因此，小型高效的紫外光源对生物探测、生化武器检测等应用极为有效。紫外光也可用于非视距军事通信。在空气中，紫外光信号被吸收而呈现指数衰减，波长越短，吸收也越强，传输距离一般不超过十公里，信号难以被监听和截获，具有高度保密性。同时，在丛林等特定的环境中，要求光通讯以非直线形式传播，根据瑞利散射原理，波长越短散射越强，散射特性使紫外光通信系统能以非视距的方式通信，适应复杂的地形环境。紫外光通信就是基于大气对紫外光的吸收和散射作用，在军事领域实现短距离保密通讯。另外，由于大气臭氧对200~280nm紫外光有强烈的吸收作用，近地面的背景噪声相对较小，因而采用这一波段紫外光进行通信，信噪比较高。

1.促进维生素D生成。中波紫外线的照射可以诱导皮肤以每秒1000国际单位的速率生成维生素D。这种维生素对人体健康有积极的正面影响。它能控制钙的新陈代谢、免疫、细胞增殖、胰岛素分泌和血压，使之维持在正常的状态。2.皮肤病治疗。光化学疗法治疗牛皮癣，是通过光敏剂和长波紫外线的共同作用，影响表皮细胞脱氧核糖核酸的复制，抑制牛皮癣患处皮肤细胞的过快增生，从而起到治疗作用。而窄波紫外线也可以治疗多种顽固性皮肤病，如牛皮癣、白癫风、玫瑰糠疹、慢性湿疹、神经性皮炎、慢性溃疡、冻疮、带状疱疹、斑秃、扁平苔藓，以及毛囊炎、疖、痈[yōng]、丹毒等感染性皮肤病。

1.晒斑。晒斑是人们受到强紫外线照射后最常见的现象，严重时皮肤呈现亮红色或猩红色，伴有肿胀和刺痛，甚至出现恶心，发烧、冷颤和心跳过速等反应。强紫外线照射会导致人体内前列腺素和组胺量增加，进而引发炎症。造成晒斑的紫外线波长主要在295～320 nm，即UVB。2.皮肤老化。不太强的紫外线长时间照射会伤害皮肤xxx层中的弹性纤维，导致皮肤粗糙、失去弹性并出现皱纹的老化现象。3.白内障。长期受紫外线照射会导致白内障结构异常，失去透明性。4.雪盲。猛然间受到非常强的紫外线照射会导致雪盲，即角膜结膜炎，眼睛红肿并伴有钝痛，不能看任何形式的光(雪盲一般是暂时性的)。5.皮肤癌。据有关资料报道，三种皮肤癌，即基细胞癌(BCC)、鳞片细胞癌(SCC)和黑素瘤，主要都由紫外线照射引起。BCC是最常见的一种，占皮肤癌的70%～90%，其癌细胞不会转移，治愈率高。SCC占皮肤癌的20%左右，其癌细胞可以转移，治愈率非常低。黑素瘤是最严重的一种，主要发生在白色人种身上。6.免疫功能低下。紫外线照射会伤害表皮中的L细胞(它的主要作用是与T细胞联合对抗外来袭击)，从而破坏人体免疫系统，使免疫能力下降。