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Warum umfasst unser sichtbarer Bereich keine Infrarot- oder UV-Strahlung?

Warum umfasst unser sichtbarer Bereich keine Infrarot- oder UV-Strahlung?



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Da der Strahlungspeak der Sonne im UV-Bereich liegt und Materialien bei etwa Raumtemperatur Strahlung im IR emittieren, frage ich mich, warum unsere Augen diese Wellenlängen nicht nutzen können. Ich denke, es gibt einen Grund, warum wir genau nur den Bereich zwischen diesen Intensitätsspitzen sehen?


Normalerweise fragen wir nicht warum in der Biologie, weil die Erklärung immer dieselbe ist, war es gut genug zum Überleben. Aber hier sind ein paar Erklärungen. Der Strahlungspeak der Sonne liegt im sichtbarer Bereich des Spektrums, zwischen 400nm-700nm mit dem höchsten Punkt bei 550nm, wie hier zu sehen ist oder aus dem Wiener Gesetz und der Sonnentemperatur berechnet wird. Aus diesem Grund nutzen photosynthetische Pigmente das sichtbare Spektrum und nach ihnen der Rest des Ökosystems.

Unsere Netzhaut blockiert das meiste UV-Licht und Wasser absorbiert den unteren Teil des IR, wie in diesem Artikel sehr schön illustriert, Abbildung 1.

Zwar emittieren Materialien auf der Erde aufgrund ihrer Temperatur im IR mehr Strahlung als im UV-sichtbaren Spektrum, aber:

  1. die meisten Objekte haben ungefähr die gleiche Temperatur
  2. der Boden emittiert viel Strahlung
  3. die Strahlung der Sonne im IR ist im Vergleich zur Strahlung der Erde hoch. Dies ist die beste Grafik, die ich gefunden habe, und unterstreicht den großen Unterschied zwischen den Intensitäten von Sonne und Erde im IR-Bereich, da die Wellenlängenintensität nicht sehr unterschiedlich ist und daher weniger nützlich ist. Beachten Sie, wie gleichmäßig die IR-Reflexion dieser spektralen Blattsignatur ist

Zusammenfassen:

  1. UV-Licht ist gefährlich, also filtern wir es heraus und verwenden es nicht
  2. IR-Licht ist gleichmäßig und nicht nützlich
  3. Sichtbares Licht ist die Spitze der Sonnenemission und daher die effizienteste Reichweite

UV-Strahlung

Ultraviolette (UV) Strahlung ähnelt in allen physikalischen Aspekten dem sichtbaren Licht, außer dass sie uns nicht ermöglicht, Dinge zu sehen. Das Licht, das es uns ermöglicht, Dinge zu sehen, wird als sichtbares Licht bezeichnet und besteht aus den Farben, die wir in einem Regenbogen sehen. Der ultraviolette Bereich beginnt direkt nach dem violetten Ende des Regenbogens.

Wissenschaftlich gesehen ist UV-Strahlung elektromagnetische Strahlung wie sichtbares Licht, Radarsignale und Rundfunksignale (siehe Abbildung 1). Elektromagnetische Strahlung wird in Form von Wellen übertragen. Die Wellen können durch ihre Wellenlänge oder Frequenz und ihre Amplitude (die Stärke oder Intensität der Welle) beschrieben werden. Wellenlänge ist die Länge eines vollständigen Wellenzyklus. Für Strahlung im UV-Bereich des Spektrums werden Wellenlängen in Nanometern (nm) gemessen, wobei 1 nm = ein Millionstel Millimeter ist.

Verschiedene Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung haben unterschiedliche Wirkungen auf den Menschen. Gammastrahlen werden beispielsweise in der Krebstherapie verwendet, um Krebszellen abzutöten, und Infrarotlicht kann verwendet werden, um Sie warm zu halten.

UV-Strahlung hat im Vergleich zu sichtbarem Licht kürzere Wellenlängen (höhere Frequenzen), aber im Vergleich zu Röntgenstrahlen längere Wellenlängen (niedrigere Frequenzen). Die UV-Strahlung wird in drei Wellenlängenbereiche unterteilt:


Warum umfasst unser sichtbarer Bereich keine Infrarot- oder UV-Strahlung? - Biologie

Sichtbares Licht umfasst nur einen winzigen Bruchteil des gesamten elektromagnetischen Strahlungsspektrums, enthält aber den einzigen Frequenzbereich, auf den die Stäbchen und Zapfen des menschlichen Auges reagieren. Die vom Menschen typischerweise sichtbaren Wellenlängen liegen in einem sehr engen Bereich zwischen etwa 400 und 700 Nanometern. Menschen können durch sichtbares Licht erzeugte Reize beobachten und darauf reagieren, da die Augen spezialisierte Nervenenden enthalten, die für diesen Frequenzbereich empfindlich sind. Der Rest des elektromagnetischen Spektrums ist jedoch unsichtbar.

Eine Vielzahl von Quellen ist für die Emission elektromagnetischer Strahlung verantwortlich und wird im Allgemeinen nach dem spezifischen Spektrum der von der Quelle erzeugten Wellenlängen kategorisiert. Relativ lange Radiowellen werden durch elektrischen Strom erzeugt, der durch riesige Sendeantennen fließt, während viel kürzere sichtbare Lichtwellen durch die Energiezustandsschwankungen negativ geladener Elektronen innerhalb von Atomen erzeugt werden. Die kürzeste Form elektromagnetischer Strahlung, Gammawellen, entsteht durch den Zerfall nuklearer Komponenten im Zentrum des Atoms. Das sichtbare Licht, das der Mensch sehen kann (das Spektrum ist in Abbildung 1 dargestellt), ist normalerweise eine Mischung von Wellenlängen, deren unterschiedliche Zusammensetzung eine Funktion der Lichtquelle ist.

In unserem Alltag werden wir von einem enormen Spektrum elektromagnetischer Strahlung bombardiert, von dem wir nur einen Teil als sichtbares Licht tatsächlich „sehen“ können. Wenn man sich nach draußen begibt, wird ein Großteil des für den Menschen sichtbaren Lichts von der Sonne emittiert, die auch viele andere Strahlungsfrequenzen erzeugt, die nicht in den sichtbaren Bereich fallen. Im Inneren sind wir sichtbarem Licht ausgesetzt, das aus künstlichen Quellen stammt, hauptsächlich fluoreszierenden und glühenden Wolframgeräten.

Nachts wird natürliches Licht von Himmelskörpern wie Mond, Planeten und Sternen erzeugt, zusätzlich zu den periodischen Aurora Borealis (Nordlichtern) und gelegentlichen Kometen oder Meteoren ("Sternschnuppen"). Andere natürliche Lichtquellen sind meteorologische Blitze, Vulkane, Waldbrände sowie einige biochemische Quellen des sichtbaren Lichts (Biolumineszenz). Zu den biologischen Lichtquellen gehören die bekannten Blitzkäfer ("Glühwürmchen") und exotischere Leuchten aus dem Meer, darunter biolumineszierende Bakterienarten, Algen, Dinoflagellaten, Quallen, Wabenquallen (Ctenophoren) und einige Fischarten.

Wellenlänge des sichtbaren Lichts und wahrgenommene Farbe

Wellenlängenbereich
(Nanometer)
Wahrgenommene Farbe
340-400 Nahes Ultraviolett (UV unsichtbar)
400-430 Violett
430-500 Blau
500-570 Grün
570-620 Gelb bis Orange
620-670 Hellrot
670-750 Dunkelrot
Über 750 Nahes Infrarot (IR unsichtbar)

Tabelle 1 enthält eine Auflistung der vom Menschen wahrgenommenen scheinbaren Farbverteilung für eine Reihe von schmalen Wellenlängenbändern im sichtbaren Lichtspektrum. Die Zuordnung bestimmter Farben zu einem Wellenlängenbereich ermöglicht die Unterscheidung zwischen verschiedenen Tönen, Farbtönen und Schattierungen. Es ist möglich, dass viele verschiedene Spektralverteilungen identische Farbempfindungen erzeugen (ein Phänomen, das als Metamere bekannt ist). Zum Beispiel kann ein gelbes Farbempfinden durch eine einzelne Lichtwellenlänge verursacht werden, beispielsweise 590 Nanometer, oder es kann das Ergebnis der Betrachtung von zwei gleichen Lichtmengen mit individuellen Wellenlängen sein, wie beispielsweise 580 und 600 Nanometer. Es ist auch möglich, die Farbe Gelb als eine enge Verteilung zu betrachten, die alle Wellenlängen zwischen 580 und 600 Nanometer umfasst. In Bezug auf das menschliche Sehsystem gilt das gleiche Argument für alle Farben im sichtbaren Spektrum. Neuere Studien zeigen jedoch, dass einige Arten (insbesondere Vögel) zwischen Farben unterscheiden können, die vom Menschen als Metamere wahrgenommen werden.

Glühende Lichtquellen

Die frühen Menschen hatten in den langen Nächten keine zuverlässige Lichtquelle, aber sie konnten gelegentlich brennendes Holz von Buschfeuern finden und sammeln und dann die Flammen für kurze Zeit in einem Lagerfeuer lodern lassen. Mit fortschreitendem Wissen entdeckte der Mensch, dass Funken und in der Folge Feuer erzeugt werden konnten, indem man bestimmte Steine ​​​​aneinander schlug (wie Feuerstein und Eisenpyrit) oder indem man Holz aggressiv an Holz rieb. Sobald diese Techniken beherrscht waren, konnte der Mensch Feuer erzeugen, wann immer es gewünscht wurde.

Wenn ein Feuer brennt, wird chemische Energie in Form von Wärme und Licht freigesetzt. Der brennende Brennstoff, sei es Gras, Holz, Öl oder ein anderes brennbares Material, emittiert Gase, die durch die enorme chemische Energie, die bei der Verbrennung erzeugt wird, erhitzt werden, wodurch die Atome im Gas glühen oder glühen. Elektronen in den Gasatomen werden durch die Wärme auf höhere Energieniveaus befördert, und Licht wird in Form von Photonen freigesetzt, wenn die Elektronen in ihren Grundzustand relaxieren. Die Farbe einer Flamme ist ein Hinweis auf die Temperatur und wie viel Energie freigesetzt wird. Eine mattgelbe Flamme ist viel kühler als eine hellblaue Flamme, aber selbst die kühlste Flamme ist immer noch sehr heiß (mindestens 350 Grad Celsius).

Obwohl Teer und Lumpen verwendet wurden, um frühe Fackeln herzustellen, erfolgte der erste praktische Schritt zur Kontrolle des Feuers mit der Erfindung der Öllampe. Frühe über 15.000 Jahre alte Lampen (Abbildung 2) wurden entdeckt, die aus Steinen und Muscheln hergestellt wurden und tierische Fette und Pflanzenöle verbrannten. Bevor die Gasbeleuchtung erfunden wurde, gab es eine enorme Nachfrage nach tierischem Öl. Die Hauptquelle dieses Öls war der Talg, der durch das Einkochen von Fettgeweben von Meerestieren wie Walen und Robben hergestellt wurde. Öllampen entwickelten sich schließlich zu Kerzen, die durch Gießen von gehärtetem Talg oder Bienenwachs geformt wurden, wie in Abbildung 2 dargestellt. Frühe Kerzen erzeugten ziemlich viel Rauch, aber nicht viel Licht. Schließlich wurde entdeckt, dass Paraffinwachs, wenn es richtig mit einem imprägnierten Tuchdocht gegossen wurde, eine relativ helle Flamme ohne nennenswerte Rauchentwicklung erzeugte.

Während des neunzehnten Jahrhunderts verbreitete sich die Erdgasbeleuchtung in vielen der großen Städte Europas, Asiens und der Vereinigten Staaten. Frühe Gaslampen arbeiteten mit einem brennenden Gasstrahl (eine ziemlich gefährliche Situation), während spätere Modelle mit einem Mantel oder einem feinen Netz aus chemisch behandeltem Stoff ausgestattet waren, das die Flamme zerstreut und ein viel helleres Licht aussendet.

Interaktives Tutorial
Blitz: Ein natürlicher Kondensator Erkunden Sie mit diesem Tutorial, das kondensatorähnliche Blitzentladungen, eine der Lichtquellen der Natur, simuliert, wie sich statische elektrische Ladungen zwischen Gewitterwolken und nassem Boden während eines Gewitters aufbauen.

Frühe Mikroskopiker verließen sich auf Kerzen, Öllampen und natürliches Sonnenlicht, um die relativ einfachen optischen Systeme in ihren Mikroskopen zu beleuchten. Diese primitiven Lichtquellen litten unter Flackern, ungleichmäßiger Beleuchtung, Blendung und waren oft eine potenzielle Brandgefahr. Heutzutage sind hochintensive Glühlampen auf Wolframbasis die primäre Lichtquelle, die in modernen Mikroskopen und den meisten Haushaltsbeleuchtungssystemen verwendet wird.

In Abbildung 3 sind spektrale Verteilungskurven dargestellt, die die relativen Energiemengen gegenüber der Wellenlänge für mehrere verschiedene Weißlichtquellen (bestehend aus einer Mischung, die alle oder die meisten Farben des sichtbaren Spektrums enthält) zeigen. Die rote Kurve repräsentiert die relative Energie von Wolframlicht über das gesamte sichtbare Spektrum. Wie aus der Untersuchung der Figur hervorgeht, nimmt die Energie von Wolframlicht mit zunehmender Wellenlänge zu. Dieser Effekt beeinflusst die durchschnittliche Farbtemperatur des resultierenden Lichts dramatisch, insbesondere im Vergleich zu der von natürlichem Sonnenlicht und fluoreszierendem Licht (Quecksilberdampflampe). Das durch eine gelbe Kurve dargestellte Spektrum profiliert die sichtbare Lichtverteilung aus dem natürlichen Sonnenlichtspektrum, das am Mittag abgetastet wurde. Unter normalen Umständen enthält Sonnenlicht die größte Energiemenge, aber die in Abbildung 3 dargestellten Kurven wurden alle auf das Wolframspektrum normiert, um den Vergleich zu erleichtern. Die dunkelblaue Spektralkurve ist charakteristisch für eine Quecksilberbogenlampe und weist einige bemerkenswerte Unterschiede zu den Wolfram- und natürlichen Sonnenlichtspektren auf. Im Spektrum der Entladungsbogenlampe sind mehrere Energiespitzen vorhanden, die durch überlagerte Einzellinienspektren des Quecksilberdampfes entstehen.

Das von einer weißen Leuchtdiode ( LED ) erzeugte sichtbare Lichtspektrum wird durch die grüne Kurve in Abbildung 3 dargestellt. Leuchtdioden sind von Natur aus monochromatische Bauelemente, wobei die Farbe durch die Bandlücke zwischen verschiedenen Halbleitermaterialien bestimmt wird, die im Diodenbau verwendet werden. Rote, grüne, gelbe und blaue Dioden sind üblich und werden in großem Umfang als Anzeigeleuchten für Computer und andere Unterhaltungselektronikgeräte verwendet, wie etwa Radiotuner, Fernsehempfänger, CD-Player, Videokassettenrekorder und digitale Videodisk-Player. Weißlicht-LEDs werden aus blauen Galliumnitrid-Dioden hergestellt, indem der Halbleiterchip mit einem Phosphormaterial beschichtet wird, das einen breiten Bereich sichtbarer Wellenlängen emittiert, wenn es durch das von der blauen Diode emittierte Licht angeregt wird. Laserspektren, ob von Dioden oder Gaslasern, sind charakteristischerweise sehr schmal und umfassen oft nur eine oder wenige spezifische Wellenlängen. Ein Beispiel ist in Fig. 3 (der Cyan-Kurve) für einen Niederstrom-Halbleiterdiodenlaser dargestellt, der für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich ist, einschließlich des Lesens von Strichcodes und des Verfolgens von optischen Plattendaten.

Wolframlichtquellen werden allgemein als Glühlampen bezeichnet, da sie beim Erhitzen durch elektrische Energie Licht ausstrahlen. Die Glühfäden moderner Glühbirnen (oder Lampen) bestehen im Allgemeinen aus Wolfram, einem Metall, das beim Abstrahlen von Licht einigermaßen effizient ist, wenn es durch einen elektrischen Strom widerstandserwärmt wird. Moderne Glühlampen stammen von den von Sir Humphrey Davy erfundenen Kohlebogenlampen ab, die Licht durch einen Entladungsbogen erzeugen, der zwischen zwei Kohlestäben (oder Glühelektroden) gebildet wird, wenn ein elektrisches Potenzial über die Elektroden gelegt wird. Letztendlich wich die Kohlebogenlampe den ersten Lampen, die Kohlefäden in einer evakuierten Glashülle verwendeten. Wolframfilamente, die 1910 von William David Coolidge entwickelt wurden, verdampfen viel langsamer als Kohlenstofffasern aus Baumwolle, wenn sie im Vakuum einer Glashülle erhitzt werden. Der Glühfaden fungiert als einfacher Widerstand und emittiert zusätzlich zu der durch den Stromfluss erzeugten Wärme eine beträchtliche Lichtmenge.

Interaktives Tutorial
Leuchtdioden Untersuchen Sie, wie zwei unterschiedlich dotierte Halbleiter zu einer Diode verbunden werden können und Licht erzeugen, wenn eine Spannung an den Übergangsbereich zwischen den Materialien angelegt wird. -->

Wolfram-Glühlampen sind thermische Strahler, die ein kontinuierliches Lichtspektrum emittieren, das sich von etwa 300 Nanometer im ultravioletten Bereich bis etwa 1400 Nanometer im nahen Infrarotbereich erstreckt. Ihr Design, ihre Konstruktion und ihr Betrieb sind sehr einfach, und eine große Vielfalt dieser Lampen wurde als Glühlampen verwendet. Typische Lampen bestehen aus einem versiegelten Glaskolben (siehe Abbildung 4), der evakuiert oder mit einem Inertgas gefüllt ist und einen Wolframdrahtdraht enthält, der entweder durch Gleich- oder Wechselstrom gespeist wird. Die Glühbirnen produzieren eine enorme Menge an Licht und Wärme, aber das Licht macht nur 5 bis 10 Prozent ihrer gesamten Energieabgabe aus.

Wolframlampen neigen dazu, mehrere Nachteile zu erleiden, wie beispielsweise eine verringerte Intensität mit zunehmendem Alter und eine Schwärzung der inneren Manteloberfläche, wenn verdampftes Wolfram langsam auf dem Glas abgeschieden wird. Die Farbtemperatur und Leuchtdichte von Wolframlampen variiert mit der angelegten Spannung, aber die Durchschnittswerte für die Farbtemperatur reichen von etwa 2200 K bis 3400 K. Die Oberflächentemperatur eines aktiven Wolframfadens ist sehr hoch und beträgt typischerweise durchschnittlich 2.550 Grad Celsius für eine Standard-100 -Watt kommerzielle Glühbirne. In manchen Fällen werden Wolframkolbenhüllen alternativ zur Vakuumerzeugung mit den Edelgasen Krypton oder Xenon (inertes Füllgas) gefüllt, um den heißen Wolframfaden zu schützen. Diese Gase verbessern die Effizienz von Glühlampen, da sie die Menge an verdampftem Wolfram reduzieren, die sich im Inneren des umgebenden Glasgefäßes ablagert.

Halogenlampen, eine Hochleistungsversion der Wolframglühlampe, enthalten typischerweise Spuren von Jod oder Brom im Füllgas, die verdampftes Wolfram weitaus effizienter an den Glühfaden zurückführen als mit anderen Gasen hergestellte Lampen. Wolfram-Halogen-Lampen, die erstmals in den 1950er Jahren von General Electric zur Beleuchtung der Spitzen von Überschall-Flugzeugflügeln entwickelt wurden, sind in der Lage, während der gesamten Lebensdauer der Glühbirne ein sehr gleichmäßiges helles Licht zu erzeugen. Außerdem sind Halogenlampen viel kleiner und effizienter als Wolframlampen vergleichbarer Intensität. Die Lebensdauer einer Wolfram-Halogen-Glühbirne kann unter idealsten Bedingungen bis zu 10 Jahre betragen.

Die Glühfäden von Wolfram-Halogen-Lampen sind oft sehr kompakte spiralförmige Anordnungen, die in einer Hülle aus Borsilikat-Halogen-Glas (oft als Quarzglas bezeichnet) montiert sind. Hohe Betriebstemperaturen beschränken die Verwendung von Wolfram-Halogen-Glühbirnen auf gut belüftete Lampenhäuser mit fächerförmigen Kühlkörpern, um die enorme Wärmemenge, die von diesen Glühbirnen erzeugt wird, zu eliminieren. Viele Haushaltslampen sind für den Betrieb mit 300-500 Watt Wolfram-Halogen-Lampen ausgestattet und erzeugen eine erhebliche Lichtmenge, die einen Raum viel besser ausfüllt als ihre schwächer emittierenden Wolfram-Gegenstücke. In Verbindung mit faseroptischen Lichtleitern und Absorptions- oder dichromatischen Filtern bieten Wolfram-Halogen-Lampenhäuser eine hochintensive Beleuchtung für eine Vielzahl von optischen Mikroskopieanwendungen, erzeugen jedoch als Hauptnachteil erhebliche Mengen an Infrarotlicht in Form von Strahlungswärme, die die Probe leicht zersetzen.

Fluoreszierende Lichtquellen

Es gibt eine Vielzahl von nicht glühenden sichtbaren Lichtquellen, die für die Innen- und Außenbeleuchtung verwendet werden, zusätzlich zu wichtigen Anwendungen in der optischen Mikroskopie. Die meisten dieser Lichtquellen basieren auf elektrischer Entladung durch ein Gas wie Quecksilber oder die Edelgase Neon, Argon und Xenon. Die Erzeugung von sichtbarem Licht in Gasentladungslampen beruht auf Kollisionen zwischen Atomen und Ionen im Gas mit einem elektrischen Strom, der zwischen zwei Elektroden geleitet wird, die an den Enden des Kolbenkolbens angebracht sind.

Die Glasröhre einer gewöhnlichen Leuchtstofflampe ist auf der Innenseite des Glases mit Phosphor beschichtet und die Röhre wird bei sehr niedrigem Druck mit Quecksilberdampf gefüllt (siehe Abbildung 5). Zwischen den Elektroden an den Enden der Röhre wird ein elektrischer Strom angelegt, der einen Elektronenstrom erzeugt, der von einer Elektrode zur anderen fließt. Wenn Elektronen aus dem Strom mit Quecksilberatomen kollidieren, regen sie Elektronen innerhalb der Atome in einen höheren Energiezustand an. Diese Energie wird in Form von ultravioletter Strahlung freigesetzt, wenn Elektronen in den Quecksilberatomen in den Grundzustand zurückkehren. Die ultraviolette Strahlung energetisiert anschließend die interne Phosphorbeschichtung, wodurch sie das helle weiße Licht emittiert, das wir von Leuchtstoffröhren beobachten. Leuchtstofflampen sind etwa zwei- bis viermal effizienter bei der Emission von sichtbarem Licht, erzeugen weniger Abwärme und halten typischerweise zehn- bis zwanzigmal länger als Glühlampen.

Ein einzigartiges Merkmal fluoreszierender Lichtquellen besteht darin, dass sie eine Reihe von Wellenlängen erzeugen, die oft in schmalen Bändern konzentriert sind, die als Linienspektren bezeichnet werden. Folglich erzeugen diese Quellen nicht das kontinuierliche Beleuchtungsspektrum, das für Glühlampen charakteristisch ist. Ein gutes Beispiel für eine (fast ausschließlich) einzelne Wellenlängenquelle von nicht glühendem sichtbarem Licht sind die Natriumdampflampen, die üblicherweise in der Straßenbeleuchtung verwendet werden. Diese Lampen emittieren ein sehr intensives gelbes Licht, wobei über 95 Prozent der Emission aus 589-Nanometer-Licht besteht und praktisch keine anderen Wellenlängen im Ausgang vorhanden sind. Es ist möglich, Gasentladungslampen zu konstruieren, die zusätzlich zu den Linienspektren, die den meisten dieser Lampen innewohnen, ein nahezu kontinuierliches Spektrum emittieren. Die gebräuchlichste Technik besteht darin, die Innenfläche der Röhre mit Phosphorpartikeln zu beschichten, die die vom glühenden Gas emittierte Strahlung absorbieren und in ein breites Spektrum sichtbaren Lichts von Blau bis Rot umwandeln.

Unter normalen Umständen sind die meisten Menschen nicht in der Lage, den Unterschied zwischen einem Linienspektrum und einem Spektrum kontinuierlicher Wellenlängen zu erkennen. Einige Objekte reflektieren jedoch ungewöhnliche Farben im Licht einer diskontinuierlichen Quelle, insbesondere bei fluoreszierender Beleuchtung. Aus diesem Grund erscheinen Kleidung oder andere stark gefärbte Artikel, die in einem Geschäft gekauft wurden, das von fluoreszierendem Licht beleuchtet wird, unter natürlichem Sonnenlicht oder kontinuierlicher Wolframbeleuchtung oft eine etwas andere Farbe.

Interaktives Tutorial
Farbtemperatur Entdecken Sie, wie das langsame Erhitzen eines virtuellen Schwarzkörperstrahlers das Farbspektrum des vom Strahler emittierten Lichts von längeren zu kürzeren durchschnittlichen Wellenlängen verschiebt, wenn die Temperatur erhöht wird.

In der Auflicht-Stereomikroskopie, insbesondere bei der Untersuchung wärmeempfindlicher Proben, werden Leuchtstofflampen wegen ihrer hohen Effizienz und geringen Wärmeabgabe gegenüber Wolframlampen bevorzugt. Moderne Leuchtstofflampen können für lineare Röhren- oder Ringleuchten konfiguriert werden, um dem Mikroskopiker intensives, diffuses Licht zu liefern. Diese künstliche weiße Lichtquelle kann es in ihrer Farbtemperatur mit dem Sonnenlicht (ohne die begleitende Wärme) aufnehmen und eliminiert die Flimmereigenschaften, die für verbrauchergerechte Leuchtstoffröhren typisch sind. Im Vergleich zu Wolfram-, Wolfram-Halogen- oder Bogenlampen können Leuchtstofflampen-Mikroskopbeleuchtungen relativ lange (ungefähr 7.000 Stunden) qualitativ hochwertige Dienste leisten. Als diffuse Lichtquelle erzeugen Leuchtstofflampen ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Sichtfeld ohne störende Hot Spots oder Blendung. Neuere Kaltkathoden-Beleuchtungstechnologien sind als spezialisierte Lichtquellen in der optischen Mikroskopie vielversprechend, insbesondere für kurzlebige Ereignisse, die durch Fluoreszenzanregung verstärkt werden, und für Anwendungen, bei denen Abwärme oder Aufwärmzeit in einer Lichtquelle die Probe oder das Ereignis stören kann beobachtet werden.

Ein spezielles Verfahren zum Fotografieren sich bewegender Proben, das insbesondere bei der Dunkelfeld-Mikroskopie-Beleuchtung nützlich ist, wurde unter Verwendung von elektronischen Fotografie-Blitzsystemen entwickelt. Elektronische Blitzgeräte arbeiten durch Ionisation in einer mit Xenongas gefüllten Glashülle, die durch die Entladung eines großen Kondensators angetrieben wird. Der kurzlebige Hochspannungsimpuls eines Transformators induziert die Ionisierung des Xenon-Gases, wodurch sich der Kondensator durch das nun leitende Gas entladen kann. Ein plötzlicher heller Lichtblitz wird emittiert, wonach das Xenongas schnell in einen nichtleitenden Zustand zurückkehrt und der Kondensator wieder aufgeladen wird. Blitzröhren liefern eine Beleuchtung von 5.500 K in einem sofortigen Burst, der eine erhebliche Menge an Objektdetails einfangen kann, um spektakuläre Ergebnisse in der Fotografie, digitalen Bildgebung und Mikrofotografie zu erzielen.

Bogenentladungslampen, gefüllt mit Gasen wie Quecksilberdampf und Xenon, sind bevorzugte Beleuchtungsquellen für einige spezielle Formen der Fluoreszenzmikroskopie. Eine typische Bogenlampe ist 10-100 mal heller als Gegenstücke auf Wolframbasis und kann in Kombination mit speziell beschichteten dichromatischen Interferenzfiltern eine brillante monochromatische Beleuchtung liefern. Im Gegensatz zu Wolfram- und Wolfram-Halogen-Lampen enthalten Bogenlampen keinen Glühfaden, sondern sind auf die Ionisierung des gasförmigen Dampfes durch eine hochenergetische Bogenentladung zwischen zwei Elektroden angewiesen, um ihr intensives Licht zu erzeugen. Im Allgemeinen haben Bogenlampen eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa 100-200 Stunden, und die meisten externen Netzteile sind mit einem Timer ausgestattet, der es dem Mikroskopiker ermöglicht, die verstrichene Zeit zu überwachen. Quecksilberbogenlampen (oft als Brenner bezeichnet, siehe die Quecksilber- und Xenonlampen in Abbildung 6) haben eine Leistung von 50 bis 200 Watt und bestehen normalerweise aus zwei Elektroden, die unter hohem Quecksilberdampfdruck in einer Quarzglashülle versiegelt sind.

Quecksilber- und Xenon-Bogenlampen bieten keine gleichmäßige Beleuchtungsintensität über das gesamte Wellenlängenspektrum von nahem Ultraviolett bis Infrarot. Ein Großteil der Intensität der Quecksilberbogenlampe wird im nahen ultravioletten und blauen Spektrum verbraucht, wobei die meisten der hochintensiven Peaks im 300-450-Nanometer-Bereich auftreten, mit Ausnahme einiger Peaks höherer Wellenlänge im grünen Spektralbereich . Im Gegensatz dazu haben Xenon-Bogenlampen eine breitere und gleichmäßigere Intensitätsabgabe über das sichtbare Spektrum und zeigen nicht die sehr hohen spektralen Intensitätsspitzen, die für Quecksilberlampen charakteristisch sind. Xenon-Lampen weisen jedoch einen Mangel im Ultraviolett auf und verbrauchen einen großen Anteil ihrer Intensität im Infraroten, was eine sorgfältige Kontrolle und Beseitigung überschüssiger Wärme erfordert, wenn diese Lampen verwendet werden.

Die Ära der Verwendung von Leuchtdioden als praktische Beleuchtungsquelle ist mit dem 21. Jahrhundert angebrochen, und die Diode ist eine ideale Ergänzung zur Verbindung von Halbleitertechnologie und optischer Mikroskopie. Der relativ geringe Stromverbrauch (1 bis 3 Volt bei 10 bis 100 Milliampere) und die lange Lebensdauer der Leuchtdioden machen diese Geräte zu perfekten Lichtquellen, wenn weißes Licht mit niedriger bis mittlerer Intensität benötigt wird. Mikroskope, die an Computer angeschlossen sind, die über einen USB-Anschluss (Universal Serial Bus) angeschlossen sind oder mit Batterien betrieben werden, können die LED als kleine, wärmearme, stromsparende und kostengünstige interne Lichtquelle für die visuelle Beobachtung und digitale Bilderfassung nutzen . Mehrere Lehr- und Einsteiger-Forschungsmikroskope verwenden derzeit eine interne, hochintensive weiße Leuchtdiode, die als primäre Lichtquelle dient.

Obwohl die Lichtprojektionseigenschaften der Epoxidhülle noch erforscht werden, werden Leuchtdioden derzeit in einer Vielzahl von Anwendungen getestet und vermarktet, wie beispielsweise Verkehrszeichen, Schilder, Taschenlampen und externe ringförmige Beleuchtungskörper für die Mikroskopie. Das von weißen LEDs erzeugte Licht hat ein ähnliches Farbtemperaturspektrum wie eine Quecksilberdampflampe, die in die Kategorie der Tageslichtbeleuchtung fällt. Betrachtet man das in Abbildung 3 dargestellte Emissionsspektrum der weißen LED, so ist der Transmissionspeak bei 460 Nanometern auf blaues Licht zurückzuführen, das vom Galliumnitrid-Dioden-Halbleiter emittiert wird, während der breite Hochtransmissionsbereich zwischen 550 und 650 Nanometern auf Sekundärlicht von a Phosphorbeschichtung im Polymermantel. Die Kombination von Wellenlängen erzeugt "weißes" Licht mit einer relativ hohen Farbtemperatur, was ein geeigneter Wellenlängenbereich für die Abbildung und Beobachtung in der optischen Mikroskopie ist.

Eine weitere Quelle des sichtbaren Lichts, die in unserem Alltag immer wichtiger wird, ist die Laserbeleuchtung. Die Abkürzung LASER steht für Light Amplification by the S timulated E mission of R adiation. Zu den einzigartigen Eigenschaften von Lasern gehört, dass sie einen kontinuierlichen Lichtstrahl aus einer einzelnen diskreten Wellenlänge (oder manchmal mehreren Wellenlängen) emittieren, der das Gerät in einer einzigen, ausgerichteten Phase verlässt, allgemein als kohärentes Licht bezeichnet. Die Wellenlänge des von einem Laser emittierten Lichts hängt von dem Material ab, aus dem der Laserkristall, die Diode oder das Gas besteht. Laser werden in einer Vielzahl von Formen und Größen hergestellt, von winzigen Diodenlasern, die klein genug sind, um durch ein Nadelöhr zu passen, bis hin zu riesigen Militär- und Forschungsinstrumenten, die ein ganzes Gebäude füllen.

Laser werden als Lichtquellen in einer Reihe von Anwendungen verwendet, die von CD-Lesegeräten bis hin zu Messwerkzeugen und chirurgischen Instrumenten reichen. Das bekannte rote Licht des Helium-Neon-Lasers (oft abgekürzt He-Ne ) scannt Verbraucherkäufe durch das Aufleuchten optischer Strichcodes, spielt aber auch in vielen konfokalen Laserscanning-Mikroskopiesystemen eine kritische Rolle. Auch der Einsatz von Lasern in der optischen Mikroskopie gewinnt zunehmend an Bedeutung, sowohl als alleinige Lichtquelle als auch in Kombination mit fluoreszierenden und/oder glühenden Lichtquellen. Trotz der relativ hohen Kosten finden Laser besonders breite Anwendung in der Fluoreszenz, im monochromatischen Hellfeld und in den schnell wachsenden Gebieten der konfokalen Laserabtastung, der Totalreflexion, des Fluoreszenzresonanzenergietransfers und der Multiphotonenmikroskopie.

Interaktives Tutorial
Argon-Ionen-Gaslaser Erfahren Sie, wie die Argon-Ionen-Laserentladungsröhre mit ionisiertem Gas arbeitet, um eine kontinuierliche Welle von Lichtenergie durch den Ausgangsspiegel zu erzeugen. Das Tutorial zeigt den langsamen Aufbau von Lichtenergie innerhalb der Röhre, bevor ein stationärer Zustand der Laserentladung hergestellt wird.

Argon-Ionen-Laser (Abbildung 8) erzeugen starke spektrale Emissionen bei 488 und 514 Nanometern, während Krypton-Gaslaser große Peaks bei Wellenlängen von 647,1 und 752,5 Nanometern aufweisen. Beide dieser Laser werden häufig als Anregungsquellen in der konfokalen Laserscanning-Mikroskopie verwendet. Modengekoppelte gepulste Laser aus titandotiertem Saphirkristall werden aufgrund ihrer hohen Spitzenintensität als Quellen für die Multiphotonenanregung verwendet, zeichnen sich jedoch auch durch eine geringe mittlere Leistung und kurze Duty-Cycles aus. Als bevorzugte Lichtquellen für die Multiphotonenmikroskopie sind gepulste Laser erheblich teurer und schwieriger zu betreiben als die kleinen, luftgekühlten Laser, die in der konfokalen Mikroskopie verwendet werden.

Neuere Lasertechnologie umfasst Laserdioden auf Halbleiterbasis und einzelne On-Chip-Laser, die den Größen- und Leistungsbedarf für Lichtquellen reduzieren. Laserdioden wie Neodym:Yttrium-Lithiumfluorid (Nd:YLF) und Neodym:Yttrium-Vanadat (Nd:YVO(4)) reagieren typischerweise viel schneller als LEDs, sind aber auch relativ klein und benötigen wenig Energie. Nachteile des Einsatzes von Lasern in der Mikroskopie sind zusätzliche Kosten für die Lichtquelle, das Risiko teurer Optikschäden, erhöhte Kosten durch Linsen- und Spiegelbeschichtungen, Zerstörung von Präparaten und potenzielle Netzhautschäden des Mikroskopikers, wenn sichere Handhabungs- und Operationstechniken außer Acht gelassen werden .

Aus dieser Diskussion geht hervor, dass wir uns in unserem täglichen Leben im Allgemeinen nur auf wenige verlassen, obwohl es eine Vielzahl von verfügbaren Beleuchtungsquellen gibt. Während des Tageslichts dient die Sonne als unsere Hauptbeleuchtungsquelle im Freien, während wir in Innenräumen und in den Abendstunden im Allgemeinen auf Leuchtstoff- und Wolframbeleuchtung angewiesen sind. Wie oben diskutiert, haben diese drei primären Lichtquellen alle unterschiedliche Eigenschaften und spektrale Eigenschaften, aber ihre maximalen Intensitäten fallen alle in den sichtbaren Lichtbereich. Das menschliche Gehirn stellt sich automatisch auf die unterschiedlichen Lichtquellen ein, und wir interpretieren die Farben der meisten Objekte um uns herum als kaum veränderlich, wenn sie unter unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen betrachtet werden.

Kenneth R. Spring - Wissenschaftlicher Berater, Lusby, Maryland, 20657.

Michael W. Davidson - National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.


1. EINLEITUNG

Die schädlichen Auswirkungen übermäßiger ultravioletter Strahlung (UV) auf die Haut nach übermäßiger Sonnenexposition sind durch Hautrötung, Blasenbildung und Brennen gekennzeichnet, was zu einer beschleunigten Alterung und einer erhöhten Anfälligkeit für Hautkrebs führt. 1, 2 Bis vor kurzem wurde angenommen, dass dies nur durch UV-Licht verursacht wird, das etwa 6,8 % der Sonnenstrahlung ausmacht, die die Erdoberfläche erreicht. Obwohl UV die energiereichere Wellenlänge ist, bestehen die verbleibenden 93,2% aus den längerwelligen Infrarotstrahlungs- (IR) und sichtbaren Lichtbändern (Vis), die beide bis vor kurzem weniger gut untersucht wurden. 3-5 IR exhibits a number of biological effects, most notably the increase in matrix metalloproteinase (MMP) mRNA and protein expression levels, contributing to the aging phenotype observed in skin. 6, 7 The reported effects of IR can be variable depending on the dose and pattern of IR application. 8 Similarly, the skin's response to Vis is less well documented although Vis-induced reactive oxygen species (ROS) generation and skin tanning have been reported. 9-11 As solar radiation is polychromatic, 4, 12 the interaction of all three individual components (UV, IR, and Vis) as well as the effects of combinations of the components warrants further investigation.

In addition, the effects of these wavelength components on the predominant skin cell types, namely keratinocytes and fibroblasts, should be also be considered. The skin consists of layers, which contain different cell types. 13 The outermost is the stratum corneum, which provides a barrier against external insults (eg, mechanical damage, bacteria, heat etc). The layer below is the epidermis where keratinocyte cells proliferate to constitute the stratum corneum. Fibroblasts are the primary cell type in the dermis, which lies underneath the epidermis, and their primary role is to maintain the extracellular matrix (ECM), which contains collagen and elastin and provides skin structure. When stressed by factors such as UV light, they can dysregulate the ECM, breaking down collagen and elastin, leading to wrinkling and premature skin aging. 13

Cellular ROS have important roles in cell signaling and homeostasis. They are formed as a natural by-product of the normal metabolism of oxygen, predominantly (90%) in the mitochondria. 14, 15 Following exposure to environmental stress (eg, UV and environmental pollution), increased ROS levels lead to cell structure damage due to oxidative stress. 16 Hydrogen peroxide (H2Ö2) is one of many types of ROS produced under normal circumstances and is increased as a result of external stressors such as sunlight. Its formation is linked to other forms of ROS in cells, and has been associated with cellular senescence. 17 There are multiple copies of mitochondrial DNA (mtDNA) within each organelle and the genome is found in close proximity to the site of ROS production, therefore making mtDNA vulnerable to damage by ROS. 18 Mitochondrial DNA damage leads to further mitochondrial dysfunction and ROS production (increasing oxidative stress within the cell) leading to a putative cycle of ROS production and associated mitochondrial damage. 14, 18 mtDNA damage has been implicated in the aging process in several organs, especially the skin, and mtDNA as a biomarker of damage has been previously demonstrated to reliably and sensitively detect UV-induced cellular damage. 1 Furthermore, nuclear DNA (nDNA) acts as a chromophore primarily for ultraviolet B (UVB, 290-320 nm) leading to increased photoproducts 19-23 and nDNA (as well as mtDNA) is damaged indirectly by longer wavelength ultraviolet A (UVA, 320-400 nm) induced ROS.

This study aims to compare the effects of complete and IR/Vis filtered solar-simulated light on human primary dermal skin fibroblasts and matched epidermal keratinocytes from different donors on the three biomarkers of cellular damage described above, namely ROS generation, mtDNA and nDNA damage. Skin cells were exposed to physiologically relevant doses of complete solar light comprising of UV, IR, and Vis and specific filters were used to investigate exposure to those specific components of solar light either alone or in combination. nDNA damage was measured by comet assay mtDNA damage was measured by real time quantitative PCR (qPCR) and H2Ö2 generation was measured by a luminescence based assay as an indicator of ROS production Established cell lines, human neonatal dermal fibroblast (HDFn) and the immortalized human skin keratinocyte (HaCaT) cells were used to confirm findings where appropriate.


Why does our visible range not include infrared or UV radiation? - Biologie

11,000 °F) , and the much cooler Earth, with a surface temperature of 15 °C (

60 °F). Wavelength along the horizontal axis (measured in microns where 1000 microns = 1mm) plotted against the amount of radiation emitted on the vertical axis. Note how the Sun emits the most radiation in the visible range (with some overlap in the UV and IR) while the Earth emits mostly infrared radiation.

The incoming energy from the Sun to Earth is mainly visible sunlight, called the visible portion of the spectrum of electromagnetic radiation. We perceive visible sunlight as colors from violet (short-wave radiation) to red (long-wave radiation). The sequence of colors seen in the rainbow represents the spectrum of this light, ordered according to wavelength. A relatively minor amount of energy leaves the sun as radiation with shorter wavelength ( ultraviolet ) and as radiation with longer wavelength ( infrared or heat radiation ). Visible light (the colors of the rainbow) occupies the narrow part of the spectrum between the dashed lines in the first figure. The (invisible) light with wavelengths just shorter than violet is called ultraviolet, meaning beyond violet. It is largely absorbed in the atmosphere and only a modest amount of this light arrives at the surface of Earth. This is fortunate, because ultraviolet light, abbreviated UV, can cause damage to skin and to vertebrate retinas and interferes with photosynthesis in algae and plants. Protection from UV light is provided (among other things) through the ozone layer in the lower stratosphere (The ozone layer will be discussed in more detail later Section 2.6). The (invisible) light with wavelengths just longer than red is called infrared, meaning below red and often simply referred to as IR. IR is heat radiation coming from the Sun. Interestingly, some organisms, especially some insects, can see UV and navigate by it, while some snakes have adapted to see in IR. (See the Glossary for more reading on electromagnetic radiation under Spectrum.)

All objects (unless they have a temperature of zero degrees Kelvin) radiate energy. The temperature of an object determines the type of radiation it emits. Hence, every star radiates energy with wavelengths corresponding to its surface temperature: a cooler star would radiate a more reddish light, a hotter one a more bluish one. Reddish and bluish stars can be seen readily in the night sky. Most of the light emitted by our star, the Sun, is yellowish. By measuring the light received from the Sun we know that its radiation corresponds to a surface temperature of about 6000°C (or 6300 K where K is the symbol for units of Kelvin see the Units Glossary for more about the Kelvin scale). The organisms on Earth have long adapted to the nature of this sunlight. Blue-green light penetrates most deeply into the sea, so visual acuity of deep-living fishes is greatest in the blue-green part of the spectrum. Our own eyes are specialized for yellow, green and red (the colors of traffic lights). Plants use mostly red light to grow and reflect the rest, making them appear green.

The nuclear fusion generator that powers the Sun is deep in the Sun s center (called the core of the Sun), hidden by a thick layer of hot hydrogen and helium. This is fortunate for us, because no one could look at the Sun's power plant and survive the experience: the temperature is near 15 million degrees of Kelvin. The reason the power plant does not blow the sun apart is that the enormous pressure of the solar matter surrounding it prevents it from doing so. Conversely, the Sun does not collapse because of the counter-pressure generated in the core because in the Sun the gravitational and radiative pressures are in balance. It takes about a million years for the energy to made in the core to reach the surface of the Sun. From there it takes less than 10 minutes at the speed of light to reach Earth.

The energy the core generates comes from the fusion of hydrogen nuclei to make helium nuclei. Through this process some of the mass is lost and reappears as energy (according to the famous equation of Albert Einstein E=mc 2 ), resulting in the loss of 4.5 million tons of mass from the Sun each second. Not to worry however: there is still plenty of hydrogen to burn about two-thirds of the mass of the sun consists of hydrogen and the process has been going on for some 5 billion years and will do so in the future for about as long (Also see the Glossary entry on Solar constant.).

Just as the temperature of the Sun's surface determines the kind of electromagnetic radiation it delivers, so the temperature of the Earth determines what kind of radiation it puts out to space, which turns out to be infrared, or heat radiation. As mentioned, the amount of heat Earth has to get rid of is entirely determined by the amount it receives from the Sun in the first place minus the portion it immediately reflects back into space. (The reflected portion cannot be included in the portion that is re-radiated because it does not actually heat the Earth. However, this reflected portion is visible from a spacecraft or when standing on the Moon: the Earth is reasonably bright as planets go, mainly because of its clouds and its ice caps and reflects 30% of the light it receives back to space. This proportion, called the albedo of Earth, is less than that reflected by Venus, but more than that of Mars - see the Glossary for more on albedo.).

The kind of infrared radiation given off by the various areas of Earth's surface depends on their temperature, which in turn depends on a number of factors such as the amount of sunlight absorbed and the heat spent in evaporating water. In the desert, after sundown, one can readily sense the high-energy infrared given off by rocks recently warmed by the Sun's rays, but all surfaces radiate heat, whether recently warmed by the Sun or not. Typically, temperatures on the surface of Earth vary somewhere between freezing and 90°F, which roughly defines the broad "spectrum" of infrared radiation emitted upward into the atmosphere.

Now that we have explained the relationship between the radiation emitted by an object and its temperature, we can explain how greenhouse gases warm the Earth. Certain lines within the electromagnetic spectrum, specifically certain wavelengths of infrared radiation, have precisely the right energy to interact with certain molecules present within Earth s atmosphere. When such a special packet of light (called a photon ) interacts with the appropriate molecule, the molecule absorbs the energy, and increases its temperature accordingly. It then re-radiates heat to its surroundings. When measured with an instrument, this absorbed heat forms absorption lines or even absorption bands that are broader than lines and may include several lines. The absorption bands of different greenhouse gases may or may not overlap with each other. When a greenhouse gas is very abundant the absorption lines for which it is active are said to become saturated, that is, most of the available IR will have been absorbed by the molecules of that gas. Adding more of that gas will not absorb more IR in the proportion of the addition. For example, many of carbon dioxide s absorption lines are fairly well saturated. This is the fundamental reason that the 30 percent increase in carbon dioxide since the industrial revolution has not increased the background greenhouse effect by 30 percent. Only a doubling of CO 2 will have a substantial effect, through the amplification caused by water vapor (resulting in a 4 to 6°F increase, according to the best estimates). Another doubling on top of this presumably will have a similar effect, in part through a broadening of the absorption lines affected.


Ultraviolet Radiation and SARS-CoV-2 Coronavirus

Q: Can UVC lamps inactivate the SARS-CoV-2 coronavirus?

A: UVC radiation is a known disinfectant for air, water, and nonporous surfaces. UVC radiation has effectively been used for decades to reduce the spread of bacteria, such as tuberculosis. For this reason, UVC lamps are often called "germicidal" lamps.

UVC radiation has been shown to destroy the outer protein coating of the SARS-Coronavirus, which is a different virus from the current SARS-CoV-2 virus. The destruction ultimately leads to inactivation of the virus. (see Far-UVC light (222 nm) efficiently and safely inactivates airborne human coronaviruses). UVC radiation may also be effective in inactivating the SARS-CoV-2 virus, which is the virus that causes the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). For more information see "Q: Where can I read more about UV radiation and disinfection?". However, currently there is limited published data about the wavelength, dose, and duration of UVC radiation required to inactivate the SARS-CoV-2 virus.

In addition to understanding whether UVC radiation is effective at inactivating a particular virus, there are also limitations to how effective UVC radiation can be at inactivating viruses, generally.

  • Direct exposure: UVC radiation can only inactivate a virus if the virus is directly exposed to the radiation. Therefore, the inactivation of viruses on surfaces may not be effective due to blocking of the UV radiation by soil, such as dust, or other contaminants such as bodily fluids.
  • Dose and duration: Many of the UVC lamps sold for home use are of low dose, so it may take longer exposure to a given surface area to potentially provide effective inactivation of a bacteria or virus.

UVC radiation is commonly used inside air ducts to disinfect the air. This is the safest way to employ UVC radiation because direct UVC exposure to human skin or eyes may cause injuries, and installation of UVC within an air duct is less likely to cause exposure to skin and eyes.

There have been reports of skin and eye burns resulting from improper installation of UVC lamps in rooms that humans can occupy.

Q: Can UVB or UVA radiation inactivate the SARS-CoV-2 coronavirus?

A: UVB and UVA radiation is expected to be less effective than UVC radiation at inactivating the SARS-CoV-2 coronavirus.

  • UVB: There is some evidence that UVB radiation is effective at inactivating other SARS viruses (not SARS-CoV-2). However, it is less effective than UVC at doing so and is more hazardous to humans than UVC radiation because UVB radiation can penetrate deeper into the skin and eye. UVB is known to cause DNA damage and is a risk factor in developing skin cancer and cataracts.
  • UVA: UVA radiation is less hazardous than UVB radiation but is also significantly (approximately 1000 times) less effective than either UVB or UVC radiation at inactivating other SARS viruses. UVA is also implicated in skin aging and risk of skin cancer.

Q: Is it safe to use a UVC lamp for disinfection purposes at home?

A: Consider both the risks of UVC lamps to people and objects and the risk of incomplete inactivation of virus.

Risks: UVC lamps used for disinfection purposes may pose potential health and safety risks depending on the UVC wavelength, dose, and duration of radiation exposure. The risk may increase if the unit is not installed properly or used by untrained individuals.

  • Direct exposure of skin and eyes to UVC radiation from some UVC lamps may cause painful eye injury and burn-like skin reactions. Never look directly at a UVC lamp source, even briefly. If you have experienced an injury associated with using a UVC lamp, we encourage you to report it to the FDA.
  • Some UVC lamps generate ozone. Ozone inhalation can be irritating to the airway.
  • UVC can degrade certain materials, such as plastic, polymers, and dyed textile.
  • Some UVC lamps contain mercury. Because mercury is toxic even in small amounts, extreme caution is needed in cleaning a lamp that has broken and in disposing of the lamp.

Effectiveness: The effectiveness of UVC lamps in inactivating the SARS-CoV-2 virus is unknown because there is limited published data about the wavelength, dose, and duration of UVC radiation required to inactivate the SARS-CoV-2 virus. It is important to recognize that, generally, UVC cannot inactivate a virus or bacterium if it is not directly exposed to UVC. In other words, the virus or bacterium will not be inactivated if it is covered by dust or soil, embedded in porous surface or on the underside of a surface.

To learn more about a specific UVC lamp, you may want to:

  • Ask the manufacturer about the product’s health and safety risks and about the availability of instructions for use/training information.
  • Ask whether the product generates ozone.
  • Ask what kind of material is compatible with UVC disinfection.
  • Ask whether the lamp contains mercury. This information may be helpful if the lamp is damaged and you need to know how to clean up and/or dispose of the lamp.

Q: Are all lamps that produce UVC radiation the same?

Not all UVC lamps are the same. Lamps may emit very specific UVC wavelengths (like 254 nm or 222 nm), or they may emit a broad range of UV wavelengths. Some lamps also emit visible and infrared radiation. The wavelengths emitted by the lamp may affect the lamp’s effectiveness at inactivating a virus and may impact the health and safety risks associated with the lamp. Some lamps emit multiple types of wavelengths. Testing of the lamp can determine whether, and how much, other wavelengths the lamp puts out.

There is some evidence that excimer lamps, with peak wavelength of 222-nm may cause less damage to the skin, eyes, and DNA than the 254 nm wavelength, but long-term safety data is lacking. For more information see "Q: Where can I read more about UV radiation and disinfection?".

Q: What are the different types of lamps that can produce UVC radiation?

Low-pressure mercury lamp: Historically, the most common type of lamp used to produce UVC radiation was the low-pressure mercury lamp, which has its main (>90%) emission at 254 nm. Other wavelengths are also produced by this type of lamp. There are other lamps available that emit a broad range of UV wavelengths, but also emit visible and infrared radiation.

Excimer lamp or Far-UVC lamp: Type of lamp, called an “excimer lamp”, with a peak emission of around 222 nm.

Pulsed xenon lamps: These lamps, which emit a short pulse of broad spectrum (including UV, visible and infrared) light have been filtered to emit mainly UVC radiation and are sometimes employed in hospital settings to treat environmental surfaces in operating rooms or other spaces. These are normally employed when no humans are occupying the space.

Light-emitting diodes (LEDs): Light-emitting diodes (LEDs) that produce UV radiation are also becoming more commonly available. Typically, LEDs emit a very narrow wavelength band of radiation. Currently available UV LEDs have peak wavelengths at 265 nm, 273 nm, and 280 nm, among others. One advantage of LEDs over low-pressure mercury lamps is that they contain no mercury. However, the small surface area and higher directionality of LEDs may make them less effective for germicidal applications.

Q: Where can I read more about UV radiation and disinfection?

A: For general information about UV radiation, see Ultraviolet (UV) Radiation.

For more technical details, see these reports and publications:

    (International Commission on Illumination: CIE 155:2003) (Illuminating Engineering Society Committee Report: IES CR-2-20-V1) (Radiation Research: 187(4) 483–491) (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection: ICNIRP) (Photodermatology Photoimmunology Photomedicine: 31 159–166) (Scientific Reports: 10 10285)

For questions about this page, contact 1-888-INFO-FDA or the Office of Health Technology 7: Office of In Vitro Diagnostics and Radiological Health (OIR)/Division of Radiological Health (DRH) at [email protected]


Radiation: Ultraviolet (UV) radiation

Everyone is exposed to UV radiation from the sun and an increasing number of people are exposed to artificial sources used in industry, commerce and recreation. The sun is by far the strongest source of ultraviolet radiation in our environment. Solar emissions include visible light, heat and ultraviolet (UV) radiation. Just as visible light consists of different colours that become apparent in a rainbow, the UV radiation spectrum is divided into three regions called UVA, UVB and UVC. As sunlight passes through the atmosphere, all UVC and most UVB is absorbed by ozone, water vapour, oxygen and carbon dioxide. UVA is not filtered as significantly by the atmosphere.

Ozone is a particularly effective absorber of UV radiation. As the ozone layer gets thinner, the protective filter activity of the atmosphere is progressively reduced. Consequently, the people and the environment are exposed to higher levels of UV radiation, especially UVB.

Ozone depletion is caused by human-made chemicals released into the atmosphere and will continue until the use of chlorine and bromine compounds is drastically reduced. International agreements, in particular the Montreal Protocol, are gradually succeeding in phasing out the production of ozone-depleting substances. However, the long life span of the chemicals already released will cause ozone depletion problems to persist for many years to come. A full recovery of the ozone level is not expected until 2050.

The incidence of different types of skin cancer has been growing dramatically over the past decades. Some people claim that this is due to ozone depletion and enhanced levels of UV. However, most evidence now suggests that the major cause for the increased cancer rates is altered behaviour rather than ozone depletion. More outdoor activities and altered sunbathing habits often result in excessive UV exposure. Raised awareness and changes in life-style are urgently needed to alter ongoing trends.

The three types of UV radiation are classified according to their wavelength. They differ in their biological activity and the extent to which they can penetrate the skin. The shorter the wavelength, the more harmful the UV radiation. However, shorter wavelength UV radiation is less able to penetrate the skin.

The UV region covers the wavelength range 100-400 nm and is divided into three bands:

Short-wavelength UVC is the most damaging type of UV radiation. However, it is completely filtered by the atmosphere and does not reach the earth's surface.

Medium-wavelength UVB is very biologically active but cannot penetrate beyond the superficial skin layers. It is responsible for delayed tanning and burning in addition to these short-term effects it enhances skin ageing and significantly promotes the development of skin cancer. Most solar UVB is filtered by the atmosphere.

The relatively long-wavelength UVA accounts for approximately 95 per cent of the UV radiation reaching the Earth's surface. It can penetrate into the deeper layers of the skin and is responsible for the immediate tanning effect. Furthermore, it also contributes to skin ageing and wrinkling. For a long time it was thought that UVA could not cause any lasting damage. Recent studies strongly suggest that it may also enhance the development of skin cancers.

UV levels vary mainly with the height of the sun in the sky and in mid-latitudes are highest during the summer months during the 4-hour period around solar noon. During these times the sun's rays take the most direct path to earth. In contrast, during early morning or late afternoon hours the sun's rays pass at a greater angle through the atmosphere. Much more UV radiation is absorbed and less reaches the Earth.

UV levels are higher closer to the equator. Closer to the equator the sun's rays have a shorter distance to travel through the atmosphere and therefore less of the harmful UV radiation can be absorbed.

With increasing altitude less atmosphere is available to absorb UV radiation. With every 1000 m in altitude, UV levels increase by approximately 10 per cent.

Be careful not to underestimate the amount of UV radiation passing through clouds.

Many surfaces reflect UV radiation and add to the overall UV levels you experience. While grass, soil or water reflect less than 10 per cent of incident UV radiation, sand reflects about 15 per cent, and sea foam about 25 per cent. Fresh snow is a particularly good reflector and almost doubles a person's UV exposure. Recurring incidences of snow blindness or photokeratitis in skiers emphasize that UV protective measures must take ground reflection into account.

UV levels are highest under cloudless skies, and cloud cover generally reduces a person's exposure. However, light or thin clouds have little effect and may even enhance UV levels because of scattering. Don't be fooled by an overcast day or a cool breeze! Even a long stay in open shade, for example between buildings, may give a sensitive person a sunburn on a day with high UV levels.

Ozone absorbs some of the UV radiation that would otherwise reach the Earth&rsquos surface. Ozone levels vary over the year and even across the day.


Why does our visible range not include infrared or UV radiation? - Biologie

Wavelength Regions of Electromagnetic Spectrum used in Remote Sensing

Electromagnetic radiation reveals its presence by the observable effects it produces when it interacts with matter. The sun radiates electro-magnetic energy with a peak wavelength of 0.5 μm. Remote sensing data obtained in the visible and reflective infrared regions mainly depends on the reflectance of objects on the ground surface. Therefore, information about objects can be obtained from the spectral reflectance. Optical remote sensing devices operate in the visible, near infrared, middle infrared and short wave infrared portion of the electromagnetic spectrum. These devices are sensitive to the wavelengths ranging from 300 nm to 3000 nm. Most sensors record the EMR in this range, e.g., bands of IRS P6 LISS IV sensor are in optical range of EMR.

The electromagnetic spectrum ranges from the very short wavelengths of the gamma-ray region (measured in fractions of nanometers) to the long wavelengths of the radio region (measured in hundreds of meters). This is divided on the basis of wavelength into regions that are described in Table 1. Fig 1 shows the various regions. It may be noticed that the visible region (0.4 to 0.7 m wavelengths) occupies only a small portion of the spectrum. Energy reflected from the earth during daytime may be recorded as a function of wavelength. The maximum amount of energy is reflected at 0.5 m wavelength, which corresponds to the green band of the visible region, and is called the reflected energy peak. The earth also radiates energy both day and night, with the maximum energy radiating at 9.7 m wavelength. Dies radiant energy peak occurs in the thermal band of the IR region.

Fig 1. Wavelength regions of the electromagnetic spectrum.

The earth's atmosphere absorbs energy at less than 0.3 m, which includes the entire γ -ray and X-ray regions and part of the UV region . These regions of the electromagnetic spectrum are therefore not used for remote sensing. However, some earth surface materials fluoresce or emit visible light when illuminated by longer wave UV radiation. Wavelength regions used for remote sensing therefore include the visible & near infrared, reflected infrared, thermal infrared and microwave regions.

The Ultraviolet Spectrum:

Ultraviolet radiation can be split into the shorter wavelength far ultraviolet and the longer wavelength near ultraviolet (the boundary between the two being at approximately 200nm). The extreme ultraviolet range overlaps with the far ultraviolet at wavelengths of between 1 and 100 nm). Ultraviolet radiation is absorbed by Ozone at an altitude of between 20 and 40 km.

Part of the electromagnetic spectrum that our eyes can detect is the visible spectrum . Notice how small the visible portion is relative to the rest of the spectrum. There is a lot of radiation around us which is "invisible" to our eyes, but can be detected and measured by sensors and used to our advantage. The visible wavelengths cover a range from approximately 0.4 to 0.7 m. The longest visible wavelength is red and the shortest is violet. Common wavelengths of what we perceive as particular colours from the visible portion of the spectrum are listed below. The visible spectrum includes the reflected energy peak of the earth at 0.5 m, and can be used for imaging with film and photodetectors.

Blau , Grün , und rot sind die primär Farben or wavelengths of the visible spectrum. They are defined as such because no single primary colour can be created from the other two, but all other colours can be formed by combining blue, green, and red in various proportions.

Another portion of the electromagnetic spectrum which is of interest in remote sensing is the infrared (IR) region. It covers the wavelength range from approximately 0.7 m to 100 m - more than 100 times as wide as the visible portion! I nteraction with matter varies with wavelength. Atmospheric transmission windows are separated by absorption bands. The infrared region can be divided into two categories based on their radiation properties - the reflected IR , and the emitted or thermal IR . Radiation in the reflected IR region covers wavelengths from approximately 0.7 m to 3.0 m, and is used for remote sensing purposes in ways very similar to radiation in the visible portion. (The region from 0.7 to 0.9 m is detectable with film and is called the photographic IR band) . The thermal IR region, covring a range of 3.0 m to 100 m is quite different than the visible and reflected IR portions, as this energy is essentially the radiation that is emitted from the Earth's surface in the form of heat. Principal atmospheric windows occur in the thermal region. Images at these wavelengths are acquired by optical-mechanical scanners and special vidicon systems but not by film.

The portion of the spectrum of more recent interest to remote sensing is the microwave region from about 1 mm to 1 m. This covers the longest wavelengths used for remote sensing. The shorter wavelengths have properties similar to the thermal infrared region while the longer wavelengths approach the wavelengths used for radio broadcasts. This portion of the electromagnetic spectrum is used for active remote sensing. Radar images are acquired at various wavelength bands. Longer wavelengths can penetrate clouds, fog, and rain. Images may be acquired in the active or passive mode.

Longest wavelength portion of electromagnetic spectrum - the radio waves - having wavelengths from 1 m to 100 km are mot used for remote sensing, except for some classified radars with very long wavelength which operate in this region.


Standort

Having equipment located in a separate room, alcove, or low-traffic area of a lab is ideal. To help prevent exposure to other employees, avoid placing equipment in the direct vicinity of desk areas or other equipment.

Enclosure

The use of light-tight cabinets and enclosures is the preferred means of preventing exposure. Where it is not practicable to fully enclose the UV source, use screens, shields, and barriers. Covers or partial enclosures must not be removed when the equipment is in use. If they are discolored, degraded, or damaged in any way, they should be replaced.

Interlocks

Some equipment comes with interlock devices. Interlocks must not be tampered with. They should be replaced or repaired when defective.


Scientists Say: Infrared

This is an image of a person taken with an infrared camera. It indicates where the person’s skin is warmer (red and orange) and cooler (green and blue).

Teile das:

Infrarot (noun, “IN-frah-red”)

This is a category of light ranging in longer wavelengths from about 800 nanometers to one millimeter (that’s 0.00003 to 0.04 inch). Radiation, including visible light, comes in waves of different lengths. Some of those lengths — including infrared — are too long for our eyes to perceive them. Infrared light gets its name from the fact that these wavelengths are a bit longer than what we see as the color red. Though people cannot see infrared light, some snakes, mosquitoes and other animals can.

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Wöchentliche Updates, die Ihnen bei der Verwendung helfen Wissenschaftsnachrichten für Studenten in der Lernumgebung

Everything emits a tiny bit of light. It’s not visible to the human eye because it is in the infrared spectrum. But the type and amount of light emitted changes with temperature. So animals or technologies that can perceive infrared can also see how hot or cold something is. Scientists can learn a lot about objects by sensing their temperature. For example, infrared cameras can help scientists understand what faraway planets are made of.

In a sentence

An infrared camera could help detect hidden weapons.

Check out the full list of Scientists Say Hier.

Editor’s note: This post was updated on September 11, 2018 at 9:35 AM EST to correct the conversion from nanometers and millimeters to inches.

Machtwörter

Infrarot A type of electromagnetic radiation invisible to the human eye. The name incorporates a Latin term and means &ldquobelow red.&rdquo Infrared light has wavelengths longer than those visible to humans. Other invisible wavelengths include X-rays, radio waves and microwaves. Infrared light tends to record the heat signature of an object or environment.

Planet A celestial object that orbits a star, is big enough for gravity to have squashed it into a roundish ball and has cleared other objects out of the way in its orbital neighborhood. To accomplish the third feat, the object must be big enough to have pulled neighboring objects into the planet itself or to have slung them around the planet and off into outer space. Astronomers of the International Astronomical Union (IAU) created this three-part scientific definition of a planet in August 2006 to determine Pluto&rsquos status. Based on that definition, IAU ruled that Pluto did not qualify. The solar system now includes eight planets: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune.

radiation (in physics) One of the three major ways that energy is transferred. (The other two are conduction and convection.) In radiation, electromagnetic waves carry energy from one place to another. Unlike conduction and convection, which need material to help transfer the energy, radiation can transfer energy across empty space.

Bereich Der volle Umfang oder die Verteilung von etwas. For instance, a plant or animal&rsquos range is the area over which it naturally exists. (in math or for measurements) The extent to which variation in values is possible. Auch die Entfernung, innerhalb derer etwas erreicht oder wahrgenommen werden kann.

Welle A disturbance or variation that travels through space and matter in a regular, oscillating fashion.

wavelength The distance between one peak and the next in a series of waves, or the distance between one trough and the next. Visible light &mdash which, like all electromagnetic radiation, travels in waves &mdash includes wavelengths between about 380 nanometers (violet) and about 740 nanometers (red). Radiation with wavelengths shorter than visible light includes gamma rays, X-rays and ultraviolet light. Longer-wavelength radiation includes infrared light, microwaves and radio waves.

Über Bethany Brookshire

Bethany Brookshire war eine langjährige Autorin bei Wissenschaftsnachrichten für Studenten. Sie hat einen Ph.D. in Physiologie und Pharmakologie und schreibt gerne über Neurowissenschaften, Biologie, Klima und mehr. Sie glaubt, dass Porgs eine invasive Art sind.

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