ABSORPCJA PROMIENIOWANIA ULTRAFIOLETOWEGO (UV) W RÓŻNYCH MATERIAŁACH

Józefina Turło, Maria Wrzeszcz*, Zygmunt Turło, Andrzej Karbowski Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. Grudziądzka 5, *) Szkoła Podstawowa Nr 29, ul. Kosynierów Kościuszkowskich 6 87-100 Toruń, POLSKA

Wprowadzenie

W związku z ogromnym rozwojem dyscyplin szczegółowych, zaistniała potrzeba interdyscyplinarnego podejścia nie tylko do rozwiązywania tzw. problemów globalnych współczesnego świata, ale także do edukacji w tym zakresie. Jednym z takich problemów jest zagadnienie znane w literaturze pod nazwą „dziury ozonowej” [1]. Jego dogłębne rozumienie wymaga wiedzy z zakresu wielu dyscyplin naukowych: geografii, fizyki, chemii, biologii. Powinniśmy bowiem wiedzieć, gdzie interesująca nas warstwa, czyli tzw. ozonosfera się znajduje, co oznacza pojęcie dziury ozonowej i jakimi wynikami badań geofizycznych dotyczących charakteru i rozmiarów tej „dziury” obecnie dysponujemy. Ponieważ atmosfera ziemska, czyli gazowa otoczka Ziemi, w której efekt dziury ozonowej występuje jest środowiskiem, w którym żyje człowiek, scharakteryzowanie jej fizycznych właściwości jest również bardzo ważne. Należy wiedzieć jaki wpływ na osłabienie natężenie promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi ma atmosfera i na tym tle potrafić scharakteryzować rolę stratosferycznego ozonu w pochłanianiu krótkofalowego promieniowania ultrafioletowego Słońca, tzw. promieniowania UV-B (o długości fal (w zakresie 280-320 nm). Ważny jest też chemiczny aspekt dziury ozonowej: budowa, powstawanie i właściwości ozonu oraz mechanizmy, które prowadzą do zmniejszania jego ilości w ozonosferze, w tym mechanizm reakcji ozonu z freonami. Wreszcie, konieczna jest wiedza biologiczna, dotycząca wpływu promieniowania ultrafioletowego na procesy zachodzące w organizmach roślinnych, zwierzęcych i na człowieka, w tym znajomość konsekwencji wynikających z zaburzeń w funkcjonowaniu ozonosfery na zdrowie człowieka (szczególnie zdrowie jego skóry i oczu).

            W tej pracy zwracamy uwagę jedynie na aspekty fizyczne w/w zagadnienia, proponując doświadczenia z wykorzystaniem promieniowania ultrafioletowego, w celu zbadania własności różnych materiałów podczas ich ekspozycji na to promieniowanie w zakresie długości fal mogących stanowić zagrożenie dla organizmów żywych.

Propozycje doświadczeń z absorpcją promieniowania ultrafioletowego (UV) w różnych materiałach

Sprzęt i pomoce:

1.    Źródło promieniowania UV np. lampa rtęciowa bez luminoforu, lampa antybakteryjna lub kosmetyczna.

2.    Badane substancje i materiały np. folia polietylenowa, metalizowana cienka folia do kwiatów z napyloną warstewką aluminium, szybka szklana i kwarcowa, naświetlone filmy czarno-białe i kolorowe, szkła optyczne, różnego typu kremy itp.

3.    Ekran pokryty luminoforem jako detektor promieniowania UV np. powierzchnia pokryta żółtym lub zielonym markerem, farbą świecącą lub fluoresceiną.

Wykonanie:

Do wykonania doświadczenia potrzebne są substancje (barwniki) posiadające właściwość luminescencji, czyli świecenia (o określonej barwie) pod wpływem krótkofalowego promieniowania UV. Dzięki tej właściwości barwniki te można łatwo rozpoznać w świetle dziennym po jaskrawym, rzucającym się w oczy kolorze. Stosuje się je często w markerach, nalepkach reklamowych, a także na banknotach NBP o wyższych nominałach. W szczególnie dogodnej do eksperymentu postaci, barwniki te znajdują się np. w długopisach, tzw. „żelowych”.

Na sztywnej kartce wykonujemy dowolny napis markerami lub farbą luminescencyjną. Lampę emitującą promieniowanie UV stawiamy naprzeciw kartki, tak by oświetlić napis. Obserwu-jemy świecenie napisu. Następnie na drodze wiązki promieni umieszczamy wybrane przez nas do badania substancje lub materiały i obserwujemy zmiany natężenia świecenia napisu w zależności od ich rodzaju (patrz poniższy rysunek).

Rys. 1. Schemat zestawu do badania absorpcji promieniowania ultrafioletowego:

 1. Lampa UV. 2. Badana substancja lub materiał. 3. Ekran.

Niektóre z badanych materiałów absorbują tylko część promieniowania UV, przepuszczając je, jak np. kwarc, inne natomiast pochłaniają je prawie całkowicie (szkło, plastik, metalizowana folia) lub całkowicie (film fotograficzny, okulary słoneczne lub kremy z filtrem UV-B).

Uwaga:

Aby efekt był widoczny, doświadczenie należy przeprowadzić w zaciemnionej sali.

Wniosek z doświadczenia:

Okulary szklane dobrze chronią oczy przed naświetleniem promieniowaniem ultrafioletowym [2, 3].

Inna propozycja eksperymentu do badania absorpcji promieniowania UV

Trudnością, która występuje w trakcie doświadczenia jest to, iż zewnętrzne oświetlenie z postronnych źródeł (z reguły bardzo silne) maskuje stosunkowo słabe świecenie luminescencyjne. A zatem, należy używać bądź silnych źródeł promieniowania UV, które są niebezpieczne dla zdrowia, bądź też prowadzać doświadczenie w zaciemnionej sali.

Inne rozwiązanie, niestety nadające się tylko do indywidualnej obserwacji polega na umieszczeniu ekranu z farbą luminescencyjną wewnątrz nieprzeźroczystej osłony w formie lunety lub tubusa. Konstrukcję tego typu przyrządu przedstawia rysunek 2.

Rys. 2. Schemat przyrządu do indywidualnych obserwacji absorpcji promieniowania UV:

1. Osłona. 2. Ekran szklany lub z folii z obszarem pokrytym stosownym barwnikiem luminescencyjnym od strony zewnętrznej. 3. Tubus z kartonu. 4. Badana substancja.

            Jeszcze lepiej byłoby zastosować w charakterze okularu soczewkę zbierającą, przez którą jak przez lupę będziemy obserwować ekran z farbą luminescencyjną. Taki detektor UV będzie znacznie mniejszy i bardziej poręczny, jakkolwiek trudniejszy w wykonaniu [3].

Literatura

[1] A. Dziewulska-Łosiowa, Ozon w atmosferze, PWN, Warszawa, 1991.

[2] J. Turło, red.: O dziurze ozonowej, PSBŚ, Toruń 1995.

[3]  Z. Turło: Pomiar promieniowania nadfioletowego, wykład monograficzny, Podyplomowe Studium Badania Środowiska, UMK Toruń, 1995.