آشنایی با فروسرخ و فرابنفش

آشنایی با فروسرخ و فرابنفش

جذب اشعه مادون قرمز

• آب يکي از مواد خيلي جاذب اشعه مادون قرمز است. محلول نمک طعام در حدود 20 برابر آب خالص اشعه را جذب مي‌کند.
• شيشه معمولي براي اشعه مادون قرمز بلند به کلي غير قابل نفوذ است و مورد استفاده آن در ساختن گلخانه‌ها براي حفظ گلها از سرما به سبب همين خاصيت است.

این مطلب بروزرسانی شده است و پاورپوینت آشنایی با پرتوی مادون قرمز در 58 اسلاید با موضوعات زیر پیوست شد:

• تاریخچه و چگونگی کشف
• تعریف
• گسترده اشعه مادون قرمز
• منابع تولید
• مشاهده اشعه ی مادون قرمز
• خواص فزیولوژیکی
• اثرات زیست شناختی
• مشاغل مرتبط با IR 
• مقدار مجاز مواجهه
• اندازه گيري اشعه مادون قرمز
• جذب کننده های مادون قرمز
• کاربردها
• پیشگیری و تدابیر حفاظتی

منابع اشعه مادون قرمز

منبع طبيعي: بزرگترين منبع طبيعي اشعه مادون قرمز ، خورشيد است. مقداري از نور آفتاب که به ما مي‌رسد، داراي اشعه مادون قرمز کوتاه است، زيرا پرتوهاي مادون قرمز بلند آن در طبقات هوا جذب شده‌اند.

منبع مصنوعي

• اجسام ملتهب

بهترين منبع مصنوعي براي اشعه مادون قرمز ، اجسام ملتهب مي‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغيير مي‌کند. اگر بخواهيم اشعه مادون قرمز تنها داشته باشيم، بايد نور اين قبيل منابع مصنوعي را بوسيله شيشه‌هايي که در ترکيب آنها يد و يا اکسيد منگنز دو (MnO) وجود دارد، صاف کنيم. اين نوع صافيها طيف مرئي را جذب مي‌کند و فقط اشعه مادون قرمز کوتاه را عبور مي‌دهند.

• عبور حريان الکتريکي از مقاومتها

روش ديگر که سهل و عملي است، عبور جريان الکتريکي از مقاوتهاي فلزي است، بطوري که اين مقاوتها سرخ مي‌شوند. اين مقاومتها غالبا از آلياژهاي آهن و نيکل ساخته شده‌اند.

• چراغ با مفتول زغال چراغهايي که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده است، نيز به نسبت زياد اشعه مادون قرمز دارند. در اين چراغ نسبت اشعه کوتاه بين 1 ميکرومتر و 7 ميکرومتر خيلي کم ، ولي نسبت اشعه مادون قرمز بلند آن زياد است.

• چراغ بخار جيوه چراغ بخار جيوه نيز ، اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاه بين 0.92 ميکرومتر و 1.3 ميکرومتر توليد مي‌کند، ولي نسبت اشعه حاصله نسبت به ساير منابع کمتر است.

اندازه گيری اشعه مادون قرمز

براي اندازه گيري اشعه مادون قرمز از جذب انرژي حرارتي آن استفاده مي‌نمايند، يعني اين اشعه را به جسمي مي‌تابانند که بتواند کليه انرژي را جذب کند و سپس مقدار حرارتي را که در جسم مزبور توليد گشته ، اندازه مي‌گيرند.

• پيل ترموالکتريکي: وسيله دقيق ديگر براي اندازه گيري اشعه مادون قرمز ، استفاده از پيل ترموالکتريک مي‌باشد که در آن انرژي حرارتي تبديل به انرژي الکتريکي مي‌شود و به سهولت قابل اندازه گيري است.
• سوزن ترموالکتريک: براي اندازه گيري درجه حرارت در داخل نسوج زنده از دستگاهي به نام سوزن ترموالکتريک استفاده مي‌کنند.

خواص فيزيولوژيکي اشعه مادون قرمز

• اشعه مادون قرمز سبب گرم شدن پوست و نسج سلولي زير جلدي مي‌شود.
• اشعه مادون قرمز ممکن است در پوست سوختگي‌هاي نسبتا شديدي ايجاد نمايد.
• اگر اشعه مادون قرمز را به مقدار مناسب بکار برند، در نتيجه اتساع رگهاي زير پوست ، سبب تسهيل اعمال فيزيولوژيک پوست مي‌شود و حتي از راه عکس‌العمل پوستي در بهبودي حال عمومي ‌نيز مي‌تواند موثر واقع شود.
• اين اشعه خاصيت تسکين درد را نيز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذيه بافتها است.

کاربرد اشعه مادون قرمز

• پزشکي
• نجوم

مادون قرمز در نجوم

تلسکوپ ها و آشکارسازهايي که توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار مي گيرند نيز از خودشان انرژي گرمايي منتشر مي سازند. بنابراين براي به حداقل رساندن اين تاثيرات نامطلوب و براي اينکه بتوان حتي تشعشعات ضعيف آسماني را هم آشکار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسکوپ ها و تجهيزات خود را به درجه حرارتي نزديک به ????F ، يعني درجه حرارتي حدود صفر مطلق ، مي رسانند. مثلا در يک ناحيه پرستاره ، نقاطي که توسط نور مريي قابل رويت نيستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبي نشان داده ميشود. همچنين مادون قرمز ميتواند چند کانون داغ و متراکم را همره با ابرهايي از گاز و غبار نشان دهد. اين کانونها شامل مناطق پرستاره‌اي هستند که در واقع ميتوان آنها را محل تولد ستاره‌اي جديد دانست. با وجود اين ابرها ، رويت ستاره‌هاي جديد با استفاده از نور مريي به سختي امکانپذير است.

اما انتشار گرما باعث آشکار شدن آنها در تصاوير مادون قرمز ميشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهاي بلند مادون قرمز ميتوانند به مطالعه توزيع غبار در مراکزي که محل شکل گيري ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موجهاي کوتاه ميتوان شکافي در ميان گازها و غبارهاي تيره و تاريک ايجاد کرد تا بتوان نحوه شکل گيري ستاره‌هاي جديد را مورد مطالعه قرار داد. فضاي بين ستاره‌اي در کهکشان راه شيري ما نيز از توده‌هاي عظيم گاز و غبار تشکيل شده است. اين فضاهاي بين ستاره‌اي يا از انفجارهاي شديد نواخترها ناشي شده‌اند و يا از متلاشي شدن تدريجي لايه‌هاي خارجي ستاره‌هايي جديد از آن شکل ميگيرند. ابرهاي بين ستاره‌اي که حاوي گاز و غبار هستند، در طول موجهاي بلند مادون قرمز خيلي بهتر آشکار مي شوند (??? برابر بيشتر از نور مريي).

اخترشناسان براي ديدن ستاره‌هاي جديد که توسط اين ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهاي کوتاه مادون قرمز براي نفوذ در ابرهاي تاريک استفاده ميکنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهاي نجومي ‌مجهز به مادون قرمز صفحات ديسک مانندي از غبار را کشف کردند که اطراف ستاره‌ها را احاطه کرده‌اند. اين صفحات احتمالا حاوي مواد خامي ‌هستند که تشکيل دهنده منظومه‌هاي شمسي هستند. وجود آنها خود گوياي اين است که سياره‌ها در حال گردش حول ستاره‌ها هستند.
مادون قرمز در پزشکي

اگر نگاه دقيق و علمي ‌به يک طيف الکترومغناطيسي بيندازيم، ميبينيم که از يک طرف طيف تا سوي ديگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها بر اساس طول موج و فرکانس‌هاي مختلف قرار دارند، از آن جمله ميتوان به تشعشعات گاما ، اشعه ايکس ، ماوراي بنفش ، نور مريي ، مادون قرمز و امواج راديويي اشاره کرد. هر کدام از اين پرتوها و تشعشعات همگام با پيشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هايي را در زمينه‌هاي علمي ‌پديد آورده‌اند که در اينجا علاوه بر کاربرد مادون قرمز در شاخه ستاره شناسي ، اشاره‌اي به کارآيي چشمگيري اين پرتو در رشته پزشکي خواهيم داشت.

کاربرد درمانی مادون قرمز

بکار بردن گرما يکي از متداولترين روشهاي درمان فيزيکي است. از موارد استعمال درماني مادون قرمز موارد زير را مي توان ذکر کرد.

• تسکين درد: با وجود حرارت ملايم، کاهش درد به احتمال زياد بواسطه اثر تسکيني بر روي پايانه‌هاي عصبي، حسي، سطحي است. همچنين به علت بالا رفتن جريان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابوليتها و مواد دردزاي تجمع در بافتها ، درد کاهش مييابد.
• استراحت ماهيچه: تابش اين اشعه راه مناسبي براي درمان اسپاسم و دستيابي به استراحت عضلاني ميباشد.
• افزايش خون رساني: در درمان زخمهاي سطحي و عفونتهاي پوستي ، براي اينکه فرآيند ترميم به خوبي انجام گيرد، بايد به مقدار کافي خون به ناحيه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نيز افزايش گردش خون سبب افزايش تعداد گلبولهاي سفيد و کمک به نابودي باکتريها ميکند. از اين پرتو ميتوان براي درمان مفصل آرتوريتي و ضايعات التهابي نيز استفاده کرد.

معرفی UV یا اشعه فرابنفش

اشعه فرابنفش انرژی الکترومغناطیسی است که طول موج کوتاه و انرژی زیادی دارد و برای چشم انسان نامرئی است و در طیف الکترومغناطیسی ، بین اشعه ایکس و نور مرئی قرار دارد.

گستره اشعه فرابنفش

اشعه فرابنفش بین طول موجهای 0.0144 میکرومتر و 0.39 میکرومتر است. اشعه فرابنفش را به سه منطقه تقسیم می‌کنند:

• ماورا بنفش با طول موج بلند یا ماورا بنفش A: این اشعه بین طول موجهای 0.39 و 0.315 میکرومتر قرار دارد. نسبت این اشعه در نور آفتاب ، قوس الکتریکی زغال و چراغ های الکتریکی معمولی زیاد است.
• ماورا بنفش با طول موج متوسط یا ماورا بنفش B: این اشعه بین طول موجهای 0.315 و 0.28 میکرومتر است. این اشعه در نور چراغ بخار جیوه و قوسهای الکتریکی با الکترودهای فلزی وجود دارد، تاثیر آنها در پوست شدید است.
• ماورا بنفش با طول موج کوتاه یا ماورا بنفش C: این اشعه شامل طول موجهای کوتاهتر از 0.28 میکرومتر است و فقط در قوس الکتریکی جیوه وجود دارد.

جذب اشعه فرابنفش

• از شیشه معمولی فقط اشعه فرابنفش A عبور می‌کند. در صنعت شیشه‌هایی با ترکیبات مخصوص می‌سازند که طول موج 0.26 یعنی ماورا بنفش B و A و قسمتی از C را نیز عبور دهد.
• شفافیت کوارتز خیلی بیشتر از شیشه است و فقط طول موج های کوتاهتر از 0.18 میکرومتر در آن جذب می‌شود. به همین سبب حبابهای چراغهای مولد اشعه فرابنفش را از کوارتز تهیه می‌کنند.
• آب خالص برای اشعه فرابنفش، شفاف‌ترین مایعات است و طبقات نازک آن امواج بلندتر از 0.2 میکرومتر را از خود عبور می‌دهند.
• گازها معمولا برای اشعه فرابنفش، شفاف هستند و طول موجهای بلندتر از 0.18 میکرومتر از لایه‌های نازک هوا بخوبی عبور می‌کنند.

منابع اشعه فرابنفش

منابع اشعه فرابنفش خیلی زیاد است. تعدادی از آنها عبارتند از:

• قوس الکتریکی زغال: نسبت اشعه فرابنفش در قوس الکتریکی زغال نسبتا کم است، ولی اگر اکسیدهای فلزی به الکترودهای زغالی اضافه کنند، مقدار این اشعه افزایش می‌یابد. برای این کار الکترودهایی می‌سازند که در آنها یک غلاف زغالی دور اکسید فلزی را گرفته است. قوس هایی که الکترود آنها از فلز خالص ساخته شده باشند، نیز به نسبت زیاد اشعه فرابنفش دارند.
• چراغ های بخار جیوه: مهمترین و متداولترین منابع اشعه فرابنفش چراغ های بخار جیوه هستند که با مصرف کم نیروی الکتریکی ، مقدار زیادی اشعه فرابنفش تولید می‌کنند. قسمت اساسی لامپ از لوله‌ای از جنس کوارتز ساخته شده است که در دو طرف آن دارای دو مخزن جیوه است.

اندازه گیری اشعه فرابنفش

اساس اندازه گیری اشعه فرابنفش متکی به خواص فیزیکی و شیمیایی آن است. وسایلی که برای اندازه گیری اشعه فرابنفش وجود دارد، اکتی نومتر (Actinometer) نامیده می‌شود و به سه دسته تقسیم می‌شود:

پیل ترموالکتریک : جسمی را که کلیه اشعه را جذب می‌کند، در معرض تابش اشعه قرار داده و حرارت حاصله را اندازه گیری می‌کنند.

• اکتی نومتر فیزیکی : مهمترن این نوع اکتی نومترها سلول فوتوالکتریک (Photoelectric) است که از یک حباب از جنس کوارتز که به خوبی تخلیه شده است، تشکیل شده و نیز شامل دو الکترود است.
• اکتی نومتر شیمیایی : املاح نقره در اثر تابش اشعه فرابنفش احیا شده و چون نقره آن آزاد می‌گردد، املاح سیاه رنگ می‌شود. اکتی نومتری که متکی به خاصیت فوق است، اکتی نومتر بوردیه (Bordier) است.

خواص فیزیکی و شیمیایی اشعه فرابنفش

خواص فیزیکی اشعه فرابنفش

خاصیت فوتوالکتریک: اگر اشعه فرابنفش به فلزات بتابد، از آنها الکترون جدا می‌کند، ولی جدا شدن الکترون در کلیه فلزات به یک اندازه نیست و حساسیت کادمیوم بیش از همه می‌باشد. مقدار الکترونی که از فلز جدا می‌شود، متناسب با مقدار انرژی اشعه‌ای است که به آن می‌تابد.

خواص شیمیایی اشعه فرابنفش

خاصیت فلوئورسانس: یکی از خواص مهم و جالب اشعه فرابنفش خاصیت فلوئورسانس آن می‌باشد. اگر در مقابل اشعه فرابنفش و یا یک چراغ بخار جیوه، اجسامی از قبیل گچ و کولوفان (Colophan) و محلول سالسیلات دو سود یا آنتی پیرین و یا بعضی از سنگهای معدنی را قرار دهند، ملاحظه می‌شود که هر یک به نسبت جذب اشعه به رنگ های مختلف درخشندگی پیدا می‌کند. این خاصیت نیز بستگی به طول موج و شدت جذب اشعه دارد. بعضی اجسام در مقابل اشعه فرابنفش با موج بلند این خاصیت را ندارند و به عکس در مقابل اشعه فرابنفش با موج کوتاه خاصیت فلوئورسانس پیدا می‌کند.

خاصیت فوتو شیمیایی

اشعه فرابنفش باعث تعداد زیادی فعل و انفعالات شیمیایی می‌شود و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه 0.3 میکرومتر شدیدتر است. از جمله مانند نور مرئی که املاح نقره را تجزیه و فلز آنها را آزاد می‌سازد و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه بیشتر است. مدتها برای اندازه گیری مقدار اشعه فرابنفش از این خاصیت استفاده می‌کردند.

کاربرد اشعه فرابنفش

1. برای ضد عفونی کردن آبها
2. تحریک پذیری شدید روی اعضای حسی سطحی
3. تخریب نسوج
4. تخریب باکتریها

نقاط ضعف اشعه فرا بفش

• عدم استفاده از اشعه فرا بفش در اب های کدر زیرا مانع نفوذ اشعه uv به اب می شود
• عدم استفاده از ان درآاب هایی که دارای جامد معلق هستند زیرا بر اشعه uv تاثیر گذاشته وعمل ضدعفونی کنندگی ان را کاهش می دهد.

قابلیت خود حفاظتی طبیعی بدن

جهت حفاظت از اثرات مخرب تابش UV ، بدن انسان گاهی (با توجه به نوع پوست و نژاد)، از خود نوعی پیگمنت ( رنگدانه) قهوه ای رنگ بنام ملانین Melanin آزاد می کند که این عمل با جلوگیری از نفوذ تابش به نسوج عمقی می تواند مفید فایده باشد. در غیر اینصورت، می توان از محصولات جلوگیری کننده از نفوذ تابش UV به بدن مانند لوسیون های ضدآفتاب یا suntan lotions که اکثرا بنام Sun blocks معروفند، استفاده شود.

امروزه بعضی از محصولات به اصطلاح Sunscreen دارای ترکیباتی از قبیل دی اکسید تیتانیوم TiO2 و اکسید دوزنگ یا Zinc Oxide و آووبنزون Avobenzone میباشند که کمک بزرگی جهت حمایت بدن درمقابل انواع تابش فرابنفش هستند.

اکثر کرم های ضد آفتاب با اعلام درجه اندازه گیری مقاومت خویش بر اساس معیار SPF ، ظاهرا تنها قادر به محافظت پوست از باند UVB هستند که همین نکته می تواند شما را به اشتباهبیندازد زیرا دگرباره لازم به تکرار است که که باند UVA که توسط این گونه لوسیون ها پوشش داده نمی شوند، به علت قدرت نفوذ بسیار بالا در نسوج بدن، عامل اصلی و اولیه سرطان پوست در انسان شناخته شده اند.

طبق استاندارد UPF، نوع پوشش یا لباس هم درزمینه قدرت جلوگیری از تابش های باند UVA و UVB موثر بوده و بر حسب توان مقاومتشان ، دسته بندی می شوند، پس نوع لباس پوشیدن ما هم در حمایت از نسوج بدن در مقابل UV قابل توجه و اهمیت است.

حفاظت از چشم

تابش UVB قدرت بالا برای چشمان بسیارمخرب ومی تواند باعث آب مروارید Cataract و اختلال مزمن قرنیهPterygium یا کوری موقت و دائم گردد. پوشش حفاظتی چشمان برای کسانی که به مدت طولانی در معرض تابش UV وبخصوص ازنوع طول موج کوتاه آن قویا توصیه می گردد، مثلا کوهنوردان و اسکی بازان که به جهت اقامت های طولانی در ارتفاعات بالا، عملا با رقیق شدن هوا، عامل اصلی مقاومت در مقابل تابش فرابنفش را ازدست می دهند.

گر چه عینک های آفتابی معمولی به میزان کمی در مقابل تابش UV مقاومند، اما توصیه می گردد که حتی المقدور از لنز های پلاستیکی (ترجیحا از جنس پلی کربنات Polycarbonate ) بجای لنز های شیشه ای استفاده گردد زیرا همانگونه که اشاره رفت، شیشه معمولی در مقابل UVA فاقد مقاومت بوده وآنرا به راحتی از خود عبور میدهد. عینکها باید قادر باشند از ورود تابش های UV از کناره ها و بالا و پائین آن نیز جلوگیری کنند.

در زیر پاورپوینت را با لینک مستقیم دانلود کنید.

حتما بخوانید:

⇐ بهداشت پرتوها و حفاظت PPT

⇐ بینایی و روشنایی

⇐ انواع پرتوها