|
來源：Digi-Key 作者：Rich Miron 歷史簡述 德國物理學家 Johann Wilhelm Ritter 在 1801 年發現了 UV 輻射。他用紙片蘸取氯化銀溶液，并將紙片暴露在可見光譜紫色端外的不可見光下，隨后觀察到紙片加速變黑。為了區分這種光線和前一年在可見光譜另一端發現的“熱射線”（紅外線，IR），他將 UV 輻射稱為“氧化射線”，用于強調他所觀察到的化學反應。“化學射線”一詞很快取代了“氧化射線”，并在整個 19 世紀剩下的時間內得以廣泛使用。最后，“化學射線”和“熱射線”這兩個詞分別被現在通用的名稱“紫外線”和“紅外線”所取代。 UV 是什么？ 在電磁波譜中，紫外線 (UV) 輻射被歸類為波長為 10 - 400 nm 的光。這樣的波長比可見光短，比 X 射線長。UV 光一共有三類：UVA 波長在 315 - 400 nm 之間，UVB 波長在 280 - 315 nm 之間，以及 UVC 波長在 100 - 280 nm 之間。 
圖 1：UV 波長剛好比人眼可見光的波長短。（圖片由 W.S. Badger Company, Inc. 提供） 太陽發出 10 - 400 nm 光譜范圍內的 UV 輻射。在地球大氣層邊緣，大陽光由大約 50% 的紅外光 (IR)、40% 的可見光和 10% 的 UV 光組成。當太陽位于最高點，并且太陽光照射到地球表面時，太陽光的成分是 53% 的 IR、44% 的可見光和 3% 的 UV。在這 3% 到達地面的 UV 中，大約有 95% 是 UVA，5% 是 UVB。當然，這些比例可能會因云層覆蓋和其他大氣條件而有所波動。 許多 UVC 波長被上層大氣的氧氣所吸收，然后在臭氧層中產生臭氧。臭氧層能阻擋大部分 UVB 和未被氧氣吸收的剩余 UVC。 人造 UV 發射器 太陽并不是唯一的 UV 輻射源。有幾種人造設備也能產生這些光波。 · 黑光燈 人們最熟悉的 UV 發生器是黑光燈（圖 2）。典型的黑光燈能發出 UVA 波和極少的可見光。例如，熒光黑光燈使用玻璃管內側的熒光粉涂層發出 UVA 波而非可見光。更大功率的水銀黑光燈利用相同原理發出更大規模的 UVA 輻射，主要用于音樂會和劇場的顯示器。
圖 2：典型的熒光黑光燈發出 UVA 波 黑光燈主要應用于：在不存在外來可見光的前提下，觀察特定物質暴露于 UV 光下產生的熒光。 · 短波 UV 燈 短波 UV 燈由不涂敷熒光粉涂層的熒光燈管組成。UV 光的波峰為 253.7 nm 和 185 nm，都在 UVC 波段內，燈管里的汞是能夠發出這些 UV 光的主要原因。不過，只有 253.7 nm 輻射能穿過熔凝石英玻璃管，而 185 nm 波長則被完全阻擋。這些燈的能效一般為 30% 至 40%，是傳統熒光燈 UVC 功率的兩到三倍。 它們主要應用于實驗室表面、食品加工表面和供水的消毒。 · UV 氣體放電燈 氣體放電燈包含不同的特定氣體，能產生位于特定光譜線的 UV 輻射，用于專門的科學應用。這些燈主要用于化學分析中使用的 UV 光譜設備。 · 激光器 專門制造的激光器可產生 UV 光。根據激光器技術（氣體激光器、激光二極管或固態激光器）和所用材料，可以制造覆蓋整個 UV 波段的激光器。 UV 激光器可以應用于很多方面，包括光刻、皮膚病學、角膜切除術、化學、通信、光存儲和集成電路制造。 · 發光二極管 專門制造的發光二極管 (LED) 可產生 UV 光。這些設備目前用于 UV 固化應用、滅菌、皮膚治療，以及在化學領域用于鑒別各種成分的混合物。 健康問題 UV 輻射對人類健康是把雙刃劍。過度接觸有害，而適度接觸有益。 · 有害影響 過度接觸 UV 輻射有可能傷害眼睛、皮膚和免疫系統。 UVA 輻射極少引起或根本不會引起即時反應，但在波長接近 UVB 波段起始端 (315 nm) 時，就會開始引起光性角膜炎（眼睛疼痛）和皮膚發紅（顏色越淺的皮膚越敏感），而且傷害隨著波長接近 300 nm 而快速加劇。處于 UVC 波段 265 - 275 nm 范圍內的 UV 對眼睛和皮膚的傷害最大。 過度接觸 UVB 不僅可導致曬斑，還是某些皮膚癌的誘因。 · 有益影響 過度接觸 UV 有害健康，而適度接觸 UV 則對健康有益。接觸 UV 對健康有三大益處：促進人體產生維生素 D、改善情緒和增加能量。 維生素 D 適度接觸 UV 輻射是維生素 D 的很好來源。這種維生素有助于調節鈣代謝、胰島素分泌、血壓、免疫力和細胞繁殖。維生素 D 含量較高能夠降低心臟病、中風和糖尿病的患病率，并有可能降低血壓。 皮膚病 可以利用 UV 輻射治療某些皮膚病。借助現代光療法，成功治愈濕疹、皮炎、佝僂病、特應性皮炎、局限性硬皮病、黃疸、銀屑病和白癜風現在已成為可能。 心血管和高血壓 經證明，高血壓和缺乏維生素 D 的患者照射 UVB 能夠降低血壓。其他醫學試驗和研究表明，除了與維生素 D 有關的影響外，UV 輻射對健康還有其他重大益處。 血清素 維生素 D 促進合成血清素，其產生的量直接與人體接觸 UV 輻射的量成正比。血清素含量的變化會影響情緒和行為。雖然尚不完全清楚血清素對人體的確切作用，但一般認為血清素可提供幸福感、寧靜感和愉悅感。 黑色素 適度接觸 UV 會增加皮膚中的黑色素（褐色的色素）數量（即所謂的曬黑）。黑色素能夠吸收 UVA 和 UVB 輻射并將其作為熱量散發掉，從而保護皮膚免受直接和間接的 DNA 傷害。 · 應用 有許多應用就是利用了 UV 輻射的特性，為人類的健康和幸福帶來很多好處。UV 波如今的主要用途是殺滅細菌和去除污染物。 空氣凈化 室內環境污染物幾乎全部是有機碳基化合物，暴露于 240 - 280 nm 范圍內的高強度 UVC 下即會分解。這樣的 UVC 還可以破壞微生物的 DNA。因此，可以在室內放置 RayVio RVXE-280 和 RVXP-280 UV LED 等 UVC 發射器，讓空氣循環流經發射器來幫助凈化室內空氣。這些 280 nm（標稱值）UVC LED 可作為星形板裝置或表面貼裝設備提供，其典型輻射輸出為 4 mW（RVXE 設備）、16 mW（RVXP1 設備）和 50 mW（RVXP4 設備），適合包括空氣凈化在內的許多不同應用。
圖 3：RayVio UV LED 可作為星形板單元提供，也可提供表面貼裝封裝。（圖片由 RayVio 提供） · 滅菌和消毒 UVC LED 還可用于各種滅菌和消毒應用。醫學和生物實驗室中將 UVC 輻射與其他技術配合使用，對工具和工作區表面進行滅菌。 其他常見的 UVC 輻射應用包括污水和市政飲用水的處理。甚至礦泉水灌裝廠也使用 UVC 輻射對產品進行滅菌。此外，食品加工業還使用 UVC 輻射殺滅微生物。例如，讓果汁流經 UVC 輻射源進行巴氏滅菌。 · 治療 UV 輻射不僅可用于凈化和滅菌，還能幫助治療銀屑病和白癜風（皮膚色素脫失形成斑塊）等皮膚病。在這種情況下，起作用的不是 UVC 波而是 UVB 波。RayVio 同樣也提供非常適合這種應用的 LED。RayVio 的 310 nm LED 元器件（Digi-Key 很快到貨）可以作為皮膚治療設備的基礎器件。這些設備的安裝方式和輻射輸出選擇與上述 UVC LED 一樣。 結論 UV 輻射對人類既有害又有益。恰當的設計可以利用 UVB 和 UVC 波的有益特性保護我們免受感染并治療某些皮膚病。為此，RayVio 針對這些應用提供了多種非常合適的 LED，并且設計時比使用其他 UV 光源更加簡單。 |
