Elektromagnetisch spectrum: ultraviolette straling

Midden in de zomer, vakantie en even een dagje naar het strand om lekker te bakken in de zon. De één kleurt lekker bij en wordt mooi bruin terwijl de ander er zo rood als een kreeft vandaan komt en dagen erna nog steeds last heeft van zijn of haar verbrande huid. Het is de ultraviolette straling (ook wel UV-straling genoemd) afkomstig van de zon, die hier verantwoordelijk voor is. Na vele campagnes over de risico's van onverantwoord zonnen weet bijna iedereen dat dit kan leiden tot huidveroudering en zelfs huidkanker. Hoewel UV-straling dus enkele zeer vervelende effecten kan hebben op onze gezondheid heeft het ook positieve effecten: zoals bijvoorbeeld de aanmaak van vitamine D. Ook heeft kunstmatige UV-straling enkele nuttige toepassingen in het dagelijkse leven.

Inhoud

• Eigenschappen van ultraviolette straling
• Ontdekking van ultraviolette straling
• Hoe ontstaat ultraviolette straling?
• Bronnen van ultraviolette straling
• De effecten van ultraviolette straling op de gezondheid
• Toepassingen van ultraviolette straling in het dagelijkse leven

Eigenschappen van ultraviolette straling

Ultraviolet betekent "voorbij violet" en komt uit het Latijns waar Ultra "voorbij" betekent. Dit omdat violet de kleur met de hoogste frequentie is van zichtbaar licht dat we nog met onze ogen kunnen waarnemen. Ultraviolet heeft net een nog hogere frequentie vandaar het voorvoegsel Ultra. UV-straling is net als zichtbaar licht een onderdeel van het elektromagnetische spectrum. In het elektromagnetisch spectrum zit UV-straling tussen röntgenstraling en zichtbaar licht in. Hoewel de golflengte van UV-straling en de golflengte van zichtbaar licht elkaar enigszins overlappen laat de ooglens deze straling niet door en de ooglens beschermt zo het netvlies. Toch zijn er verschillende diersoorten zoals Bijen die UV-straling wel kunnen waarnemen.

Ultraviolette straling wordt onderverdeeld in verschillende categorieën die afhankelijk zijn van de golflengte.

Ontdekking van ultraviolette straling

Het was de Duitse natuurkundige Johann Wilhelm Ritter die leefde van 1776 tot 1810 die ultraviolette straling in 1801 ontdekte. Een jaar voor zijn ontdekking had William Herschel in 1800, met behulp van een thermometer, aangetoond dat er licht (elektromagnetische straling) bestond dat niet met het menselijk oog waar te nemen was en hij had zo het infrarode licht ontdekt. Na het horen van de ontdekking dat er straling bestond buiten het rode gedeelte van zichtbaar licht redeneerde Johann Wilhelm Ritter dat er misschien ook straling bestond buiten het violette deel van zichtbaar licht. Om dit te onderzoeken maakte Johann Wilhelm Ritter gebruik van de eigenschappen van zilverchloride (AgCl) dat gevoelig is voor licht. Zilverchloride kleurt donker als het wordt blootgesteld aan zonlicht. Het was Johann Wilhelm Ritter al bekend dat deze reactie van zilverchloride in het blauwe deel van het kleurenspectrum heviger was dan wanneer het werd blootgesteld aan rood licht. Om dit te controleren maakte hij gebruik van een prisma om een spectrum van zonlicht te creëren. Hierna plaatste hij zilverchloride in alle kleuren van het spectrum en hij zag dat de verkleuringreactie inderdaad het hevigst was in het blauwe violette deel van het kleurenspectrum. Hij besloot nu om zilverchloride buiten het violette deel van het spectrum te plaatsen, waar er geen zichtbaar licht meer op de zilverchloride viel. Tot zijn verbazing was de reactie hier het hevigst. Hij concludeerde dat er dus buiten het violette deel van het spectrum straling moest zijn die niet voor het menselijke oog zichtbaar was. Hij noemde deze straling in de eerste instantie chemische straling maar dit werd al snel verandert in ultraviolette straling.

Hoe ontstaat ultraviolette straling?

Er zijn twee manieren waarop UV-straling kan ontstaan, natuurlijk en kunstmatig. De natuurlijke manier waardoor UV-straling ontstaat is als een object zo een hoge temperatuur krijgt dat dit object straling, waaronder UV-straling, gaat produceren. Dit gebeurt onder andere in onze zon en in andere sterren. De kunstmatige manier van UV-straling opwekken gaat bijvoorbeeld via een gasontlading in een fluorescentielamp, zoals de alom bekende Tl-buis. Dit is een glazen buis zoals de tl-buis die aan de binnenkant is bedekt met een fluorescerende stof en gevuld met een edelgas zoals argon of krypton (of een mengsel hiervan) en kwikdamp onder lage druk. Aan weerszijde van de buis zitten de elektronen en hiertussen vind de gasontlading plaats waardoor de kwikdamp elektromagnetische straling, waaronder ultraviolet licht, gaat uitzenden. Tegenwoordig bestaan er tal van lampensoorten die UV-straling uitzenden, zoals: UV-ledlampen, UV-laserlampen, kwiklampen en gasontladingslampen.

Bronnen van ultraviolette straling

De grootste bron voor UV-straling hier op aarde is zonlicht. De intensiteit van de straling, welke het aardoppervlak bereikt, hangt o.a. af van de hoogte van de zon boven de evenaar, het jaargetijde en absorptie van UV-straling in de atmosfeer, voornamelijk door de ozonlaag en bewolking. Van alle straling die het aardoppervlak bereikt als de zon op zijn hoogste punt aan de hemel staat is 44% zichtbaar licht, 3% ultraviolette straling en de rest infrarode straling welke we ervaren in de vorm van warmte. In het kader van de bewustwordingscampagnes en ter bescherming tegen UV-straling brengt het KNMI dagelijks een UV-index uit.

De zonnekrachtschaal van het KNMI i.s.m. KWF Kankerbestrijding

De effecten van ultraviolette straling op de gezondheid

De effecten van UV-straling op onze gezondheid zijn een beetje dubbel. Aan de ene kant weet iedereen dat teveel UV-straling kan leiden tot staar, huidveroudering en huidkanker. Maar aan de andere kant is het de grootste bron van vitamine D voor de mens. Hoewel UV-straling niet over genoeg energie beschikt om atomen te ioniseren kan deze straling wel chemische reacties veroorzaken in organische moleculen en kan deze beschadigen. Zo wordt UV-straling makkelijk geabsorbeerd door nucleïnezuren, eiwitten, lipiden en andere moleculen binnen in cellen. Hoewel de meeste straling zonder schade aangericht te hebben weer verdwijnt, kan een gedeelte de moleculen structureel veranderen/beschadigen.

Negatieve effecten van UV-straling op de huid

De negatieve gezondheidseffecten bestaan voornamelijk uit effecten op korte termijn en lange termijn. Op korte termijn spreekt men voornamelijk over het verbranden van de huid bij licht gekleurde mensen. Op lange termijn resulteert veel UV-straling in huidveroudering zoals rimpels en een verhoogde kans op enkele vormen van huidkanker. Deze gezondheidseffecten van UV-straling op de huid is echter wel afhankelijk van het huidtype wat natuurlijk van persoon tot persoon verschilt.

Negatieve effecten van UV-straling op de ogen

Op korte termijn kan UV-straling zorgen voor sneeuwblindheid (foto-conjunctivitis) en kan zorgen voor een bijzonder pijnlijk branderig gevoel in de ogen. Dit kan enkele uren aanhouden.
De langetermijngevolgen van UV-straling op de ogen (staar) maakt geen onderscheid tussen de verschillende type mensen en deze is geheel afhankelijk van de hoeveelheid straling waaraan een persoon in zijn/haar leven is blootgesteld. Staar komt in Nederland veel voor. Jaarlijks zijn er zo’n 60 duizend nieuwe gevallen. De ooglens laat deze straling niet door en deze beschermd zo het netvlies maar raakt zelf hierdoor in de loop van jaren toch beschadigd.

Positieve effecten van UV-straling

Onder invloed van UV-straling vindt de aanmaak van vitamine D plaats in de huid. Vitamine D zorgt ervoor dat calcium en fosfor uit eten goed worden opgenomen en daardoor wordt vastgelegd in de botten en tanden tijdens de groei. Een tekort aan vitamine D kan bij kinderen de Engelse ziekte (rachitis) veroorzaken. De Engelse ziekte is een aandoening van het skelet en ontstaat door een vitamine D tekort in de kinderjaren. Bij volwassenen en ouderen kan een vitamine D tekort lijden tot botontkalking of osteoporose en/of spierzwakte. Ook voor celgroei en celdeling (en zodoende het immuunsysteem) speelt vitamine D een belangrijke rol.

Toepassingen van ultraviolette straling in het dagelijkse leven

Heden ten dage hebben wetenschappers allerlei toepassingen gevonden voor deze ultraviolette straling. Voor deze toepassingen wordt voornamelijk gebruik gemaakt van kunstmatig opgewekte ultraviolette straling.

Ultraviolette straling wordt onder meer gebruikt voor:

• Het doden van bacteriën, virussen en het steriliseren van medische apparatuur.
• In zonnebanken en gezichtsbruiners.
• Het drogen van lijmen, lakken, kunststoffen, poedercoatings en inkten.
• Het drogen van vullingmateriaal bij de tandarts.
• Het testen van materialen zoals textiel, kleurstoffen en kunststoffen op UV bestendigheid.
• De behandeling van vitamine D tekort en huidaandoeningen zoals wratten, acne en psoriasis in de gezondheidszorg.
• Het doden van bacteriën en schimmels in de levensmiddelenindustrie.
• Onderzoek in het ultraviolette deel van het spectrum in de sterrenkunde.
• Echtheidsproeven om bijvoorbeeld echt van vals geld te onderscheiden.

Lees verder

• Het elektromagnetisch spectrum
• Elektromagnetisch spectrum: gammastraling
• Elektromagnetisch spectrum: röntgenstraling
• Entropie, de orde of wanorde van energie
• Elektromagnetisch spectrum: radiostraling