Ultraviolette Strahlung

Als "Ultraviolettstrahlung", oder kurz UV-Strahlung, wird der Wellenlängenbereich im elektromagnetischen Spektrum bezeichnet, der sich unmittelbar an das kurzweilige Ende des sichtbaren Bereichs, das Violett, anschließt. Die International Commission d'Éclairage (ICE) definiert als UV den Wellenlängenbereich zwischen 400 nm (Grenze zum sichtbaren Licht) und 100 nm (Beginn des Bereichs der Röntgenstrahlung).

Die ICE unterteilt das UV vorwiegend unter photobiologischen Aspekten in drei Teilbereiche:

SpektralbereichWellenlängePhotonenenergie
UVA (nahes UV)400 – 315 nm3,15 – 3,94 eV
UVB (mittleres UV)315 - 280 nm3,94 – 4,43 eV
UVC (fernes UV)280 – 100 nm4,43 – 12,4 eV

Wirkung und Anwendung von UV-Strahlung

UV-Strahlung ist energiereicher als sichtbares Licht. Ihre Energie reicht aus, chemische Bindungen zu zerstören oder Reaktionspartner zu erzeugen und in die Lage zu versetzen, neue Bindungen einzugehen. Da chemische Bindungen unterschiedliche Stärke aufweisen, können durch UV-Licht unterschiedlicher Energie bzw. Wellenlänge spezifische Bindungen selektiv angeregt bzw. aufgebrochen und somit unterschiedliche chemische oder biologische Prozesse gesteuert werden.

Unterschiedliche Einsatzgebiete stellen spezifische Anforderungen an UV-Bauelemente und UV-Systeme, da nicht nur die Wellenlänge der Strahlung entscheidend ist, sondern auch, je nach Einsatzgebiet, bestimmte minimale Bestrahlungsstärken oder Bestrahlungen (Dosis) erreicht werden müssen. Weiterhin müssen oft Flächen unterschiedlicher Größe, darunter auch im Verhältnis zur Strahlungsquelle sehr große Flächen, homogen ausgeleuchtet werden (z.B. UV-Härtung, Wasserreinigung). Im Gegensatz dazu erfordern Anwendungen im Bereich Sensorik schmalbandige UV-Punktstrahlquellen und wellenlängensensitive Detektoren.

Bei der Steuerung chemischer und biologischer Vorgänge durch Strahlungseinwirkung kann auf den Einsatz von Chemikalien vollständig verzichtet werden. UV-Bestrahlung beeinflusst weder Geruch, noch Geschmack, Farbe oder pH-Wert des bestrahlten Materials und hinterlässt keine stofflichen Zusätze. Damit ist der Einsatz von  UV-Bestrahlung ganz besonders attraktiv für die Reinigung von Trinkwasser,  die Herstellung keimfreier Nahrungs- und Arzneimittel, die Bereitstellung von sauberer Luft sowie im Bereich der Hygiene (z.B. im Krankenhaus).

Neben dem Einsatz von UV-Strahlung für chemisch-biologische Synthese- oder Abbauvorgänge kann diese auch für die Analyse von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen verwendet werden. Schmalbandige UV-Emitter eignen sich sehr gut für die selektive quantitative Bestimmung spezifischer Inhaltsstoffe, beispielsweise umweltschädigender Gase in der Atmosphäre, wie Stickoxide und Schwefeldioxid. UV-Bestrahlung kann Fluoreszenz, also die Emission von Strahlung mit anderer Wellenlänge als der eingestrahlten, hervorrufen. Diese ist oft charakteristisch für krankheitserregende Keime, Drogen oder andere Gefahrstoffe und kann gezielt zur Identifikation und quantitativen Analyse bestimmter Substanzen oder Produkte z.B. in der Sicherheitstechnik und der chemischen bzw. medizinischen Analytik verwendet werden. Durch optische Fokussierung oder Aufweitung des Strahlungsfeldes ist auch die ortsaufgelöste Anregung ausgewählter Bereiche möglich.

Bei der Wechselwirkung mit biologischem Gewebe kann UV-Strahlung in Abhängigkeit von der Dosis und der Wellenlänge sowohl zu nutzbringenden als auch zu schädigenden Effekten führen. Wellenlänge und Intensität der UV-Strahlungsquellen lassen sich optimal auf die jeweilige Anwendung abstimmen (z.B. in der Phototherapie), so dass schädigende Nebeneffekte ausgeschlossen bzw. im Vergleich zu derzeit verfügbaren UV-Quellen deutlich reduziert werden. Damit eröffnen sich im Bereich der Medizin vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bei der Diagnose, Therapiekontrolle und der Patientenüberwachung.