Welche schädlichen UV-Wellenlängen filtern Cer-dotierte Quarzröhren in erster Linie?

Bei der Entwicklung medizinischer oder sterilisierender Geräte legen Ingenieure oft besonderen Wert auf Sicherheitsmaßnahmen gegen schädliche Strahlung durch medizinische Lichtquellen. Bei der Produktentwicklung wird dies als ein Thema mit hohem Konformitätsgrad angesehen.

Die Möglichkeiten für UV-blockierende Verkapselungsmaterialien sind jedoch begrenzt. Das Material muss eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht ermöglichen, ohne die Leistung des therapeutischen Lasers zu beeinträchtigen, und gleichzeitig die schädliche UV-Strahlung filtern. Außerdem muss es haltbar und beständig gegen hohe Temperaturen und Strahlung sein. CO₂-Laser (10.600 nm) und Er:YAG-Laser (2940 nm), die bei der Tumorablation oder Narbenentfernung eingesetzt werden, arbeiten in der Regel bei 100-300 °C und verdampfen das Gewebe durch intensive Absorption durch Wassermoleküle.

Eines der besten im Handel erhältlichen Materialien sind Cer-dotierte Quarzrohre, wie sie z. B. von totalquartzworks.com in ihrer UV-Block-Quarzrohr-Serie angeboten werden. Diese Röhren nutzen Cer-Ionen (Ce³⁺/Ce⁴⁺), um schädliche UV-Bänder stark zu absorbieren.

1. UV-Wellenlängen gefiltert

UV-Typ	Wellenlängenbereich	Verbundenes Risiko	Filtrationseffekt
UVC	100-280 nm	Verursacht schwere Haut- und Augenschäden; DNA-Störungen	Hohe Absorption, insbesondere bei 200-280 nm; nahezu vollständige Blockade
UVB	280-315 nm	Führt zu Sonnenbrand und erhöht das Risiko von Hautkrebs	Teilweise Absorption; starke Wirkung von 280-300 nm, schwächer über 300 nm
UVA	315-400 nm	Dringt tief ein und verursacht Hautalterung und Pigmentierung	Schwache Absorption; oft ergänzt durch Beschichtungen wie TiO₂

2. Wichtigste Anwendungen

Medizinische Geräte und Sterilisationsgeräte:
Sie werden als Beobachtungsfenster in keimtötenden Lampen (z. B. 254 nm) verwendet und lassen sichtbares Licht durch, während sie UVC zum Schutz der Benutzer blockieren.

Halbleiterlithographie:
Filtert kurzwelliges UV von Excimer- oder Quecksilberlampen (z. B. 193 nm, 248 nm), um Schäden durch Streulicht zu verringern.

Luft- und Raumfahrt und Nuklearindustrie:
Schützt vor schädlicher UV-Strahlung in Umgebungen mit hoher Strahlung und bewahrt gleichzeitig die optische Transparenz.

3. Vorteile und Beschränkungen

Vorteile:

• Hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht (400-700 nm)
• Hervorragende Beständigkeit gegen Hitze und Strahlung
• Längere Lebensdauer im Vergleich zu organischen UV-Filtern wie PMMA

Beschränkungen:

• Schwacher UVA-Blocker; erfordert oft Co-Dotierung oder Oberflächenbeschichtung
• Die Filtrationsleistung hängt von der Gleichmäßigkeit der Dotierung ab und erfordert eine präzise Herstellung

4. Vergleich mit anderen UV-Filtermaterialien

Material	Effektiver Filterbereich	Beschränkungen
Cerium-dotiertes Quarzrohr	100-300 nm	Schwach für UVA
Standard-Quarzglas	Unterhalb von 200 nm	Unwirksam für UVC/UVB
Borosilikatglas	Unterhalb von 300 nm	Geringe Absorption, erfordert hohe Dicke
Organische UV-Filter	Abstimmbar nach Formel	Schnelle Alterung, niedrige Temperaturbeständigkeit

Zusammenfassung

Mit Cerium dotierte Quarzrohre sind ideal für die Blockierung kurzwelliger ultravioletter Strahlung (UVC und ein Teil der UVB-Strahlung), insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen und starker Strahlung. Für einen umfassenderen Schutz, wie z. B. eine umfassende UV-Abschirmung bei Körperpflege- oder Verbraucheranwendungen, wird die Kombination mit anderen Materialien empfohlen.