Ультрафиолетовые лучи а. Ультрафиолетовое излучение в природе и медицине
Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) - электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 - 10 нм, 7,9·1014 - 3·1016 Герц).
Понятие об ультрафиолетовых лучах впервые встречается у индийского философа 13-го века в его труде. Атмосфера описанной им местности Bhootakasha содержала фиолетовые лучи, которые невозможно увидеть невооружённым глазом.
Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета.В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также актиническим излучением. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля, Македонио Меллони и др.
Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения может быть по-разному поделен на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348) даёт следующие определения:
|
Наименование |
Аббревиатура |
Длина волны в нанометрах |
Количество энергии на фотон |
|
Ближний |
400 нм - 300 нм |
3.10 - 4.13 эВ |
|
|
Средний |
300 нм - 200 нм |
4.13 - 6.20 эВ |
|
|
Дальний |
200 нм - 122 нм |
6.20 - 10.2 эВ |
|
|
Экстремальный |
121 нм - 10 нм |
10.2 - 124 эВ |
|
|
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон |
400 нм - 315 нм |
3.10 - 3.94 эВ |
|
|
Ультрафиолет B, средневолновой |
315 нм - 280 нм |
3.94 - 4.43 эВ |
|
|
Ультрафиолет С, коротковолновой |
280 нм - 100 нм |
4.43 - 12.4 эВ |
Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «черным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения.
Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.
Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:
Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315-400 нм)
УФ-B лучи (UVB, 280-315 нм)
Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100-280 нм)
Практически весь UVC и приблизительно 90 % UVB поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле - UVB.
Несколько позже в работах (О. Г. Газенко, Ю. Е. Нефёдов, Е. А. Шепелев, С. Н. Залогуев, Н. Е. Панфёрова, И. В. Анисимова) указанное специфическое действие излучения было подтверждено в космической медицине. Профилактическое УФ облучение было введено в практику космических полётов наряду с Методическими указаниями (МУ) 1989 г. «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей (с применением искусственных источников УФ излучения)». Оба документа являются надёжной базой дальнейшего совершенствования УФ профилактики.
Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам.
Длительное воздействие ультрафиолетового излучения может способствовать развитию меланомы и преждевременному старению.
Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки).
Природные источники
Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле - Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:
от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью (см. озоновые дыры)
от высоты Солнца над горизонтом
от высоты над уровнем моря
от атмосферного рассеивания
от состояния облачного покрова
от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы)
Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ излучения, шедшими параллельно с развитием электрических источников видимого света, сегодня специалистам, работающим с УФ излучением в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т. д., предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ излучения.
Существует ряд лазеров, работающих в ультрафиолетовой области. Лазер позволяет получать когерентное излучение высокой интенсивности. Однако область ультрафиолета сложна для лазерной генерации, поэтому здесь не существует столь же мощных источников, как в видимом и инфракрасном диапазонах. Ультрафиолетовые лазеры находят своё применение в мacc-спектрометрии, лазерной микродиссекции, биотехнологиях и других научных исследованиях.
Многие полимеры, используемые в товарах народного потребления, деградируют под действием УФ света. Для предотвращения деградации в такие полимеры добавляются специальные вещества, способные поглощать УФ, что особенно важно в тех случаях, когда продукт подвергается непосредственному воздействию солнечного света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнению поверхности, растрескиванию, а иногда и полному разрушению самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света.
Описанный эффект известен как УФ старение и является одной из разновидностей старения полимеров. К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как, полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), а также специальные волокна, например, арамидное волокно. Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры. Воздействие УФ на полимеры используется в нанотехнологиях, трансплантологии, рентгенолитографии и др. областях для модификации свойств (шероховатость, гидрофобность) поверхности полимеров. Например, известно сглаживающее действие вакуумного ультрафиолета (ВУФ) на поверхность полиметилметакрилата.
Применение: Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением, Стерилизация воздуха и твёрдых поверхностей, Дезинфекция питьевой воды, Химический анализ, УФ - спектрометрия, Анализ минералов, Качественный хроматографический анализ, Ловля насекомых, Искусственный загар и «Горное солнце», реставрация.
Солнце, как и другие звезды, излучает не только видимый свет - оно производит целый спектр электромагнитных волн, отличающихся частотой, длиной и количеством переносимой энергии. Этот спектр делится на диапазоны от радиации до радиоволн, и самым важным среди них является ультрафиолет, без которого невозможна жизнь. В зависимости от различных факторов УФ-излучение может приносить как пользу, так и вред.
Ультрафиолет - это участок электромагнитного спектра, находящийся между видимым и рентгеновским излучением и имеющий длину волны от 10 до 400 нм. Такое название он получил как раз из-за своего расположения - сразу за диапазоном, который воспринимается человеческим глазом как фиолетовый цвет.
Ультрафиолетовый диапазон измеряется в нанометрах и делится на подгруппы в соответствии с международным стандартом ISO:
- ближний (длинноволновой) - 300−400 нм;
- средний (средневолновой) - 200−300 нм;
- дальний (коротковолновый) - 122−200 нм;
- экстремальный - длина волны равна 10−121 нм.
В зависимости от того, к какой группе относится ультрафиолетовое излучение, свойства его могут изменяться. Так, подавляющая часть диапазона является невидимой для человека, но ближний ультрафиолет можно увидеть, если он имеет длину волны 400 нм. Такой фиолетовый свет испускают, например, диоды.
Поскольку разные диапазоны света отличаются количеством переносимой энергии и частотой, подгруппы значительно отличаются проникающей способностью. Например, при воздействии на человека ближние УФ-лучи блокируются кожей, а средневолновое излучение может проникнуть в клетки и вызвать мутации ДНК. Это свойство используется в биотехнологии для получения генномодифицированных организмов.
Как правило, на Земле можно встретиться только с ближним и средним ультрафиолетом: такое излучение поступает от Солнца, не блокируясь атмосферой, а также генерируется искусственным путем. Именно лучи 200−400 нм играют большую роль в развитии жизни, ведь с их помощью растения вырабатывают кислород из углекислого газа. Опасное же для живых организмов жесткое коротковолновое излучение не попадает к поверхности планеты благодаря озоновому слою, который частично отражает и поглощает фотоны.
Источники ультрафиолета
Природными генераторами электромагнитного излучения являются звезды: в процессе термоядерного синтеза, происходящего в центре звезды, создается полный спектр лучей. Соответственно, основная часть ультрафиолета на Земле поступает от Солнца. Интенсивность излучения, достигающего поверхности планеты, зависит от многих факторов:
- толщина озонового слоя;
- высота Солнца над горизонтом;
- высота над уровнем моря;
- состав атмосферы;
- погодные условия;
- коэффициент отражения излучения от поверхности Земли.
С солнечным ультрафиолетом связано множество мифов. Так, считается, что в пасмурную погоду нельзя загореть, однако, хоть облачность и влияет на интенсивность УФ-излучения, большая его часть способна проникать сквозь облака. В горах и зимой на уровне моря может показаться, что риск вреда от ультрафиолета минимален, но на самом деле он даже возрастает: на большой высоте интенсивность излучения увеличивается из-за разреженности воздуха, а снежный покров становится косвенным источником ультрафиолета, так как до 80% лучей отражаются от него.
Особенно осторожным нужно быть в солнечный, но холодный день: даже если тепло от Солнца не чувствуется, ультрафиолет есть всегда. Тепло и УФ-лучи находятся на противоположных концах видимого спектра и имеют разную длину волны. Когда инфракрасное излучение зимой проходит по касательной к Земле и отражается, ультрафиолет всегда достигает поверхности.
Естественное УФ-излучение имеет существенный недостаток - его невозможно контролировать. Поэтому для использования в медицине, санитарии, химии, косметологии и других сферах разрабатываются искусственные источники ультрафиолетового излучения. Необходимый диапазон электромагнитного спектра генерируется в них путем нагрева газов электрическим разрядом. Как правило, лучи испускаются парами ртути. Таким принципом действия характеризуются разные виды ламп:
- люминесцентные - дополнительно производят видимый свет вследствие эффекта фотолюминесценции;
- ртутно-кварцевые - излучают волны с длиной от 185 нм (жесткий ультрафиолет) до 578 нм (оранжевый цвет);
- бактерицидные - имеют колбу из специального стекла, блокирующего лучи короче 200 нм, что не дает образовываться токсичному озону;
- эксилампы - не имеют ртути, ультрафиолет излучается в общем диапазоне;
- - благодаря эффекту электролюминесценции могут работать в любом узком диапазоне от до ультрафиолетового.
В научных исследованиях, экспериментах, биотехнологии используются специальные ультрафиолетовые . Источником излучения в них могут служить инертные газы, кристаллы или свободные электроны.
Таким образом, разные искусственные источники ультрафиолета генерируют излучение разных подтипов, что определяет их сферу применения. Лампы, работающие в диапазоне >300 нм, используются в медицине, <200 - для обеззараживания и т. д.
Сферы применения
Ультрафиолет способен ускорять некоторые химические процессы, например, синтез витамина D в коже человека, деградацию молекул ДНК и полимерных соединений. Кроме того, он вызывает эффект фотолюминесценции в некоторых веществах. Благодаря таким свойствам искусственные источники этого излучения широко применяются в самых разных сферах.
Медицина
В первую очередь в медицине нашло применение бактерицидное свойство ультрафиолетовой радиации. С помощью УФ-лучей подавляется рост патогенных микроорганизмов при ранениях, обморожениях, ожогах. Облучение крови применяется при отравлениях алкоголем, наркотическими веществами и медикаментами, воспалении поджелудочной железы, сепсисе, тяжелых инфекционных заболеваниях.
Облучение УФ-лампой улучшает состояние пациента при заболеваниях разных систем организма:
- эндокринная - дефицит витамина D, или рахит, сахарный диабет;
- нервная - невралгии разной этиологии;
- опорно-двигательная - миозит, остеомиелит, остеопороз, артрит и другие заболевания суставов;
- мочеполовая - аднексит;
- респираторная;
- болезни кожи - псориаз, витилиго, экзема.
Следует учитывать, что ультрафиолет не является основным средством лечения перечисленных заболеваний: облучение им используется как физиотерапевтическая процедура, положительно сказывающаяся на самочувствии больного. Она имеет ряд противопоказаний, поэтому применять ультрафиолетовую лампу без консультации с врачом нельзя.
Используется УФ-излучение и в психиатрии для лечения «зимней депрессии», при которой из-за уменьшения уровня естественного солнечного света снижается синтез мелатонина и серотонина в организме, что сказывается на работе ЦНС. Для этого применяются специальные люминесцентные лампы, излучающие полный спектр света от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона.
Санитария
Наиболее полезным является применение ультрафиолетового излучения с целью дезинфекции. Для обеззараживания воды, воздуха и твердых поверхностей используются ртутно-кварцевые лампы низкого давления, генерирующие лучи с длиной волны 205−315 нм. Такая радиация лучше всего поглощается молекулами ДНК, что приводит к нарушению структуры генов микроорганизмов, из-за чего они перестают размножаться и быстро вымирают.
Ультрафиолетовое обеззараживание отличается отсутствием продолжительного действия: сразу после завершения обработки эффект спадает, и микроорганизмы вновь начинают размножаться. С одной стороны, это делает дезинфекцию менее эффективной, с другой - лишает ее способности негативно воздействовать на человека. УФ-облучение не может использоваться для полной обработки питьевой воды или жидкостей для хозяйственных нужд, но может служить дополнением к хлорированию.
Облучение средневолновым ультрафиолетом часто комбинируется с обработкой жестким излучением с длиной волны 185 нм. В этом случае кислород превращается в , ядовитый для патогенных организмов. Такой метод дезинфекции называется озонированием, и он имеет в несколько раз большую эффективность, чем обычное освещение УФ-лампой.
Химический анализ
Благодаря тому, что свет с разной длиной волны поглощается материей в разной степени, УФ-лучи могут использоваться для спектрометрии - метод определения состава вещества. Образец облучается генератором ультрафиолета с изменяющейся длиной волны, поглощает и отражает часть лучей, на основании чего строится график-спектр, уникальный для каждого вещества.
Эффект фотолюминесценции используется при анализе минералов, в состав которых входят вещества, способные светиться при облучении ультрафиолетом. Этот же эффект применяется для защиты документов: они помечаются специальной краской, которая испускает видимый свет под лампой черного света. Также при помощи люминесцентной краски можно определить наличие УФ-излучения.
Помимо прочего, УФ-излучатели используются в косметологии, например, для создания загара, сушки и в других процедурах, в полиграфии и реставрации, энтомологии, генной инженерии и т. д.
Негативное воздействие УФ-лучей на человека
Хотя УФ-лучи широко применяются для лечения заболеваний и обладают оздоровительным эффектом, возможно и вредное влияние ультрафиолетового излучения на организм человека. Все зависит от того, сколько энергии будет перенесено в живые клетки солнечной радиацией.
Наибольшей энергией обладают коротковолновые лучи (тип UVC); кроме того, они обладают наибольшей проникающей способностью и могут разрушить ДНК даже в глубоких тканях организма. Однако такое излучение полностью поглощается атмосферой. Среди лучей, достигающих поверхности, 90% приходится на длинноволновое (UVA) и 10% - на средневолновое (UVB) излучение.
Длительное воздействие лучей UVA или кратковременное облучение ультрафиолетом UVB приводит к получению достаточно большой дозы радиации, влекущей за собой печальные последствия:
- ожоги кожи разной степени тяжести;
- мутации клеток кожи, приводящие к ускорению старения и меланоме;
- катаракту;
- ожог роговой оболочки глаза.
Отсроченные повреждения - рак кожи и катаракта - могут развиваться в течение долгого времени; при этом излучение типа UVA может действовать в любое время года и в любую погоду. Поэтому защищаться от солнца следует всегда, в особенности людям с повышенной фоточувствительностью.
Защита от ультрафиолета
У человека есть естественная защита от ультрафиолетового излучения - меланин, содержащийся в клетках кожи, волосах, радужной оболочке глаза. Этот белок поглощает большую часть ультрафиолета, не давая ему воздействовать на другие структуры организма. Эффективность защиты зависит от цвета кожи, именно поэтому лучи UVA способствуют возникновению загара.
Однако при чрезмерном воздействии меланин перестает справляться с УФ-лучами. Чтобы солнечный свет не нанес вред, следует:
- стараться оставаться в тени;
- носить закрытую одежду;
- защищать глаза специальными очками или контактными линзами, блокирующими УФ-излучение, но прозрачными для видимого света;
- пользоваться защитными кремами, в состав которых входят минеральные или органические вещества, отражающие УФ-лучи.
Конечно, необязательно всегда использовать полный набор защитных средств. Следует ориентироваться на ультрафиолетовый индекс, описывающий наличие избыточного УФ-излучения у поверхности земли. Он может принимать значения от 1 до 11, а активная защита требуется при 8 баллах и более. Информацию об этом индексе можно узнать из прогноза погоды.
Таким образом, ультрафиолет - это тип электромагнитного излучения, который может приносить как пользу, так и вред. Важно помнить, что солнечные ванны оздоровляют и омолаживают организм только при умеренном применении; избыточное воздействие света может привести к серьезным проблемам со здоровьем.
Спектр лучей, видимых глазом человека, не имеет резкой, четко определенной границы. Верхней границей видимого спектра одни исследователи называют 400 нм, другие 380, третьи сдвигают ее до 350...320 нм. Это объясняется различной световой чувствительностью зрения и указывает на наличие лучей не видимых глазом.
В 1801 г. И. Риттер (Германия) и У. Уола-стон (Англия) используя фотопластинку доказали наличие ультрафиолетовых лучей. За фиолетовой границей спектра она чернеет быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение пластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны.
Ультрафиолетовые лучи охватывают широкий диапазон излучений: 400...20 нм. Область излучения 180... 127 нм называется вакуумной. Посредством искусственных источников (ртутно-кварцевых, водородных и дуговых ламп), дающих как линейчатый, так и непрерывный спектр, получают ультрафиолетовые лучи с длиной волны до 180 нм. В 1914 г. Лайман исследовал диапазон до 50 нм.
Исследователи обнаружили тот факт, что спектр ультрафиолетовых лучей Солнца, достигающих земной поверхности, очень узок - 400...290 нм. Неужели солнце не излучает свет с длиной волны короче 290 нм?
Ответ на этот вопрос нашел А. Корню (Франция). Он установил, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи короче 295 нм, после чего выдвинул предположение: Солнце излучает коротковолновые ультрафиолетовое излучение, под его действием молекулы кислорода распадаются на отдельные атомы, образуя молекулы озона, поэтому в верхних слоях атмосферы озон должен покрывать землю защитным экраном. Гипотеза Корню получила подтверждение тогда, когда люди поднялись в верхние слои атмосферы. Таким образом, в земных условиях спектр солнца ограничен пропусканием озонового слоя.
Количество ультрафиолетовых лучей, достигающих земной поверхности, зависит от высоты Солнца над горизонтом. В течение периода нормального освещения освещенность изменяется на 20%, тогда как количество ультрафиолетовых лучей достигающих земной поверхности уменьшается в 20 раз.
Специальными экспериментами установлено, что при подъеме вверх на каждые 100 м интенсивность ультрафиолетового излучения возрастает на 3...4%. На долю рассеянного ультрафиолета в летний полдень приходится 45...70% излучения, а достигающего земной поверхности - 30...55%. В пасмурные дни, когда диск Солнца закрыт тучами, поверхности Земли достигает главным образом рассеянная радиация. Поэтому можно хорошо загореть не только под прямыми лучами солнца, но и в тени, и в пасмурные дни.
Когда Солнце стоит в зените, в экваториальной области поверхности земли достигают лучи длиной 290...289 нм. В средних широтах коротковолновая граница, в летние месяцы, составляет примерно 297 нм. В период эффективного освещения верхняя граница спектра составляет порядка 300 нм. За полярным кругом земной поверхности достигают лучи с длиной волны 350...380 нм.
Влияние ультрафиолетового излучения на биосферу
Выше диапазона вакуумной радиации ультрафиолетовые лучи легко поглощаются водой, воздухом, стеклом, кварцем и не достигают биосферы Земли. В диапазоне 400... 180 нм влияние на живые организмы лучей различной длины волны не одинакова. Наиболее богатые энергией коротковолновые лучи сыграли существенную роль в образовании первых сложных органических соединений на Земле. Однако эти лучи способствуют не только образованию, но и распаду органических веществ. Поэтому прогресс жизненных форм на Земле наступил лишь после того, когда благодаря деятельности зеленых растений атмосфера обогатилась кислородом и, под действием ультрафиолетовых лучей, образовался защитный озоновый слой.Для нас представляют интерес ультрафиолетовое излучение Солнца и искусственных источников ультрафиолетового излучения в диапазоне 400...180 нм. Внутри этого диапазона выделены три области:
А - 400...320 нм;
В - 320...275 нм;
С - 275...180нм.
В действии каждого из этих диапазонов на живой организм есть существенные различия. Ультрафиолетовые лучи действуют на вещество, в том числе и живое, по тем же законам, что и видимый свет. Часть поглощаемой энергии превращается в тепло, но тепловое действие ультрафиолетовых лучей не оказывает на организм заметного влияния. Другой способ передачи энергии - люминесценция.
Фотохимические реакции под действием ультрафиолетовых лучей проходят наиболее интенсивно. Энергия фотонов ультрафиолетового света очень велика, поэтому при их поглощении молекула ионизируется и распадается на части. Иногда фотон выбивает электрон за пределы атома. Чаще всего происходит возбуждение атомов и молекул. При поглощении одного кванта света с длиной волны 254 нм энергия молекулы возрастает до уровня, соответствующего энергии теплового движения при температуре 38000°С.
Основная часть солнечной энергии достигает земли в качестве видимого света и инфракрасного излучения и лишь незначительная часть - в виде ультрафиолета. Максимальных значений поток УФ достигает в середине лета на Южном полушарии (Земля на 5% ближе к Солнцу) и 50% от суточного количества УФ поступает в течение 4-х полуденных часов. Diffey установил, что для географических широт с температурой 20-60° человек, загорающий с 10:30 до 11:30 и затем с 16:30 до заката, получит только 19% от суточной дозы УФ. В полдень, интенсивность УФ (300 нм) в 10 раз выше, чем тремя часами раньше или позже: незагорелому человеку достаточно 25 минут для получения легкого загара в полдень, однако для достижения этого же эффекта после 15:00, ему понадобится лежать на солнце не менее 2-х часов.
Ультрафиолетовый спектр в свою очередь разделяют на ультрафиолет-А (UV-A) с длиной волны 315-400 nm, ультрафиолет-В (UV-B) -280-315 nm и ультрафиолет-С (UV-С)- 100-280 nm которые отличаются по проникающей способности и биологическому воздействию на организм.
UV-A не задерживается озоновым слоем, проходит сквозь стекло и роговой слой кожи. Поток UV-A (среднее значение в полдень) в два раза выше на уровне Полярного Круга, чем на экваторе, так что абсолютное его значение больше в высоких широтах. Не отмечается и существенных колебаний в интенсивности UV-A в разные времена года. За счет поглощения, отражения и рассеивания при прохождении через эпидермис, в дерму проникает только 20-30% UV-A и около 1% от общей его энергии достигает подкожной клетчатки.
Большая часть UV-B поглощается озоновым слоем, который "прозрачен" для UV-A. Так что доля UV-B во всей энергии ультрафиолетового излучения в летний полдень составляет всего около 3%. Он практически не проникает сквозь стекло, на 70% отражается роговым слоем, на 20% ослабляется при прохождении через эпидермис - в дерму проникает менее 10%.
Однако длительное время считалось, что доля UV-В в повреждающем действии ультрафиолета составляет 80%, поскольку именно этот спектр отвечает за возникновение эритемы солнечного ожога.
Необходимо учитывать и тот факт, что UV-В сильнее (меньшая длина волны) чем UV-А рассеивается при прохождении через атмосферу, что приводит и к изменению соотношения между этими фракциями с увеличением географической широты (в северных странах) и временем суток.
UV-С (200-280 нм) поглощается озоновым слоем. В случае использования искусственного источника ультрафиолета, он задерживается эпидермисом и не проникает в дерму.
Действие ультрафиолетового излучения на клетку
В действии коротковолнового излучения на живой организм наибольший интерес представляет влияние ультрафиолетовых лучей на биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты. Молекулы биополимеров содержат кольцевые группы молекул, содержащие углерод и азот, которые интенсивно поглощают излучение с длиной волны 260...280 нм. Поглощенная энергия может мигрировать по цепи атомов в пределах молекулы без существенной потери, пока не достигнет слабых связей между атомами и не разрушит связь. В течение такого процесса, называемого фотолизом, образуются осколки молекул, оказывающие сильное действие на организм. Так, например, из аминокислоты гистидина образуется гистамин - вещество, расширяющее кровеносные капилляры и увеличивающее их проницаемость. Кроме фотолиза под действием ультрафиолетовых лучей в биополимерах происходит денатурация. При облучении светом определенной длины волны электрический заряд молекул уменьшается, они слипаются и теряют свою активность - ферментную, гормональную, антигенную и пр.Процессы фотолиза и денатурации белков идут параллельно и независимо друг от друга. Они вызываются разными диапазонами излучения: лучи 280...302 нм вызывают главным образом фотолиз, а 250...265 нм - преимущественно денатурацию. Сочетание этих процессов определяет картину действия на клетку ультрафиолетовых лучей.
Самая чувствительная к действию ультрафиолетовых лучей функция клетки - деление. Облучение в дозе 10(-19) дж/м2 вызывает остановку деления около 90% бактериальных клеток. Но рост и жизнедеятельность клеток при этом не прекращается. Со временем восстанавливается их деление. Чтобы вызвать гибель 90% клеток, подавление синтеза нуклеиновых кислот и белков, образование мутаций, необходимо довести дозу облучения до 10(-18) дж/м2. Ультрафиолетовые лучи вызывают в нуклеиновых кислотах изменения, которые влияют на рост, деление, наследственность клеток, т.е. на основные проявления жизнедеятельности.
Значение механизма действия на нуклеиновую кислоту объясняется тем, что каждая молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) уникальна. ДНК - это наследственная память клетки. В ее структуре зашифрована информация о строении и свойствах всех клеточных белков. Если любой белок присутствует в живой клетке в виде десятков и сотен одинаковых молекул, то ДНК хранит информацию об устройстве клетки в целом, о характере и направлении процессов обмена веществ в ней. Поэтому нарушения в структуре ДНК могут оказаться непоправимыми или привести к серьезному нарушению жизнедеятельности.
Действие ультрафиолетового излучения на кожу
Воздействие ультрафиолета на кожу заметно влияет на метаболизм нашего организма. Общеизвестно, что именно УФ-лучи инициируют процесс образования эргокальциферола (витамина Д), необходимого для всасывания кальция в кишечнике и обеспечения нормального развития костного скелета. Кроме того, ультрафиолет активно влияет на синтез мелатонина и серотонина - гормонов, отвечающих за циркадный (суточный) биологический ритм. Исследования немецких ученых показали, что при облучении УФ-лучами сыворотки крови в ней на 7 % увеличивалось содержание серотонина - "гормона бодрости", участвующего в регуляции эмоционального состояния. Его дефицит может приводить к депрессии, колебаниям настроения, сезонным функциональным расстройствам. При этом количество мелатонина, обладающего тормозящим действием на эндокринную и центральную нервную системы, снижалось на 28%. Именно таким двойным эффектом объясняется бодрящее действие весеннего солнца, поднимающего настроение и жизненный тонус.Действие излучения на эпидермис - наружный поверхностный слой кожи позвоночных животных и человека, состоящий из многослойного плоского эпителия человека, представляет собой воспалительную реакцию называемую эритемой. Первое научное описание эритемы дал в 1889 г. А.Н. Макла-нов (Россия), который изучил также действие ультрафиолетовых лучей на глаз (фотоофтальмию) и установил, что в основе их лежат общие причины.
Различают калорическую и ультрафиолетовую эритему. Калорическая эритема обусловлена воздействием видимых и инфракрасных лучей на кожу и прилива к ней крови. Она исчезает почти сразу после прекращения действия облучения.
После прекращения воздействия УФ-облучения, через 2..8 часов появляется покраснение кожи (ультрафиолетовая эритема) одновременно с ощущением жжения. Эритема появляется после скрытого периода, в пределах облученного участка кожи, и сменяется загаром и шелушением. Длительность эритемы имеет продолжительность от 10... 12 часов до 3...4 дней. Покрасневшая кожа горяча на ощупь, чуть болезненна и кажется набухшей, слегка отечной.
По существу эритема представляет собой воспалительную реакцию, ожог кожи. Это особое, асептическое (Асептический - безгнилостный) воспаление. Если доза облучения слишком велика или кожа особенно чувствительна к ним, отечная жидкость, накапливаясь, отслаивает местами наружный покров кожи, образует пузыри. В тяжелых случаях появляются участки некроза (омертвения) эпидермиса. Через несколько дней после исчезновения эритемы кожа темнеет и начинает шелушиться. По мере шелушения слущивается часть клеток, содержащих меланин (Меланин - основной пигмент тела человека; придает цвет коже, волосам, радужной оболочке глаза. Он содержится и в пигментном слое сетчатки глаза, участвует в восприятии света), загар бледнеет. Толщина кожного покрова человека варьирует в зависимости от пола, возраста (у детей и стариков - тоньше) и локализации - в среднем 1..2 мм. Его назначение - защитить организм от повреждений, колебаний температуры, давления.
Основной слой эпидермиса прилегает к собственно коже (дерме), в которой проходят кровеносные сосуды и нервы. В основном слое идет непрерывный процесс деления клеток; более старые вытесняются наружу молодыми клетками и отмирают. Пласты мертвых и отмирающих клеток образуют наружный роговой слой эпидермиса толщиной 0,07...2,5 мм (На ладонях и подошвах, главным образом за счет рогового слоя, эпидермис толще, чем на других участках тела), который непрерывно слущивается снаружи и восстанавливается изнутри.
Если падающие на кожу лучи поглощаются мертвыми клетками рогового слоя, они не оказывают на организм никакого влияния. Эффект облучения зависит от проникающей способности лучей и от толщины рогового слоя. Чем короче длина волны излучения, тем меньше их проникающая способность. Лучи короче 310 нм не проникают глубже эпидермиса. Лучи с большей длиной волны достигают сосочкового слоя дермы, в котором проходят кровеносные сосуды. Таким образом, взаимодействие ультрафиолетовых лучей с веществом происходит исключительно в коже, главным образом в эпидермисе.
Основное количество ультрафиолетовых лучей поглощается в ростковом (основном) слое эпидермиса. Процессы фотолиза и денатурации приводят к гибели шиловидных клеток зародышевого слоя. Активные продукты фотолиза белков вызывают расширение сосудов, отек кожи, выход лейкоцитов и другие типичные признаки эритемы.
Продукты фотолиза, распространяясь по кровеносному руслу, раздражают также нервные окончания кожи и через центральную нервную систему рефлекторно воздействуют на все органы. Установлено, что в нерве, отходящем от облученного участка кожи, частота электрических импульсов повышается.
Эритема рассматривается как сложный рефлекс, в возникновении которого участвуют активные продукты фотолиза. Степень выраженности эритемы и возможность ее образования зависит от состояния нервной системы. На пораженных участках кожи, при обморожении, воспалении нервов эритема либо вовсе не появляется, либо выражена очень слабо, несмотря на действие ультрафиолетовых лучей. Угнетает образование эритемы сон, алкоголь, физическое и умственное утомление.
Н. Финзен (Дания) впервые применил ультрафиолетовое излучение для лечения ряда болезней в 1899 г. В настоящее время подробно изучены проявления действия разных участков ультрафиолетового излучения на организм. Из ультрафиолетовых лучей, содержащихся в солнечном свете, эритему вызывают лучи с длиной волны 297 нм. К лучам с большей или меньшей длиной волны эритемная чувствительность кожи снижается.
С помощью искусственных источников излучения эритему удалось вызвать лучами диапазона 250...255 нм. Лучи с длиной волны 255 нм дает резонансная линия излучения паров ртути, используемых в ртутно-кварцевых лампах.
Таким образом, кривая эритемной чувствительности кожи имеет два максимума. Впадина между двумя максимумами обеспечивается экранирующим действием ороговевшего слоя кожи.
Защитные функции организма
В естественных условиях вслед за эритемой развивается пигментация кожи - загар. Спектральный максимум пигментации (340 нм) не совпадает ни с одним из пиков эритемной чувствительности. Поэтому, подбирая источник излучения можно вызвать пигментацию без эритемы и наоборот.Эритема и пигментация не являются стадиями одного процесса, хотя они и следуют одна за другой. Это проявление разных, связанных друг с другом процессов. В клетках самого нижнего слоя эпидермиса - меланобластах - образуется кожный пигмент меланин. Исходным материалом для образования меланина служат аминокислоты и продукты распада адреналина.
Меланин - не просто пигмент или пассивный защитный экран отгораживающий живые ткани. Молекулы меланина представляют собой огромные молекулы с сетчатой структурой. В звеньях этих молекул связываются и нейтрализуются осколки разрушенных ультрафиолетом молекул, не пропуская их в кровь и внутреннюю среду организма.
Функция загара заключается в защите клеток дермы, расположенных в ней сосудах и нервах от длинноволновых ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей, вызывающих перегрев и тепловой удар. Ближние инфракрасные лучи и видимый свет, особенно его длинноволновая, "красная" часть, могут проникать в ткани гораздо глубже, чем ультрафиолетовые лучи, - на глубину 3...4 мм. Гранулы меланина - темно-коричневого, почти черного пигмента - поглощают излучение в широкой области спектра, защищая от перегрева нежные, привыкшие к постоянной температуре внутренние органы.
Оперативный механизм защиты организма от перегрева - прилив крови к коже и расширение кровеносных сосудов. Это приводит к увеличению теплоотдачи посредством излучения и конвекции (Общая поверхность кожного покрова взрослого человека составляет 1,6 м2). Если воздух и окружающие предметы имеют высокую температуру, вступает в действие еще один механизм охлаждения - испарение за счет потоотделения. Эти механизмы терморегуляции предназначены для защиты от воздействия видимых и инфракрасных лучей Солнца.
Потоотделение, наряду с функцией терморегуляции, препятствует воздействию ультрафиолетового излучения на человека. Пот содержит урокановую кислоту, которая поглощает коротковолновое излучение благодаря наличию в ее молекулах бензольного кольца.
Световое голодание (дефицит естественного УФ-облучения)
Ультрафиолетовое излучение поставляет энергию для фотохимических реакций в организме. В нормальных условиях солнечный свет вызывает образование небольшого количества активных продуктов фотолиза, которые оказывают на организм благотворное действие. Ультрафиолетовые лучи в дозах, вызывающих образование эритемы, усиливают работу кроветворных органов, ретикуло-эндоте-лиальную систему (Физиологическая система соединительной ткани, вырабатывающая антитела разрушающие чужеродные организму тела и микробы), барьерные свойства кожного покрова, устраняют аллергию.Под действием ультрафиолетового излучения в коже человека из стероидных веществ образуется жирорастворимый витамин D. В отличие от других витаминов он может поступать в организм не только с пищей, но и образовываться в нем из провитаминов. Под влиянием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 280...313 нм провитамины, содержащиеся в кожной смазке выделяемой сальными железами, превращаются в витамин D и всасываются в организм.
Физиологическая роль витамина D заключается в том, что он способствует усвоению кальция. Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови, уплотняет клеточные и тканевые мембраны, регулирует активность ферментов. Болезнь, возникающая при недостатке витамина D у детей первых лет жизни, которых заботливые родители прячут от Солнца, называется рахитом.
Кроме естественных источников витамина D используют и искусственные, облучая провитамины ультрафиолетовыми лучами. При использовании искусственных источников ультрафиолетового излучения следует помнить, что лучи короче 270 нм разрушают витамин D. Поэтому с помощью фильтров в световом потоке ультрафиолетовых ламп подавляется коротковолновая часть спектра. Солнечное голодание проявляется в раздражительности, бессоннице, быстрой утомляемости человека. В больших городах, где воздух загрязнен пылью, ультрафиолетовые лучи вызывающие эритему почти не достигают поверхности Земли. Длительная работа в шахтах, машинных отделениях и закрытых заводских цехах, труд ночью, а сон в дневные часы приводят к световому голоданию. Световому голоданию способствует оконное стекло, которое поглощает 90...95% ультрафиолетовых лучей и не пропускает лучи в диапазоне 310...340 нм. Окраска стен также имеет существенное значение. Например, желтая окраска полностью поглощает ультрафиолетовые лучи. Недостаток света, особенно ультрафиолетового излучения, ощущают люди, домашние животные, птицы и комнатные растения в осенний, зимний и весенний периоды.
Восполнить недостаток ультрафиолетовых лучей позволяют лампы, которые наряду с видимым светом излучают ультрафиолетовые лучи в диапазоне длин волн 300...340 нм. Следует иметь в виду, что ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав ультрафиолетовых ламп, направление излучения и высота размещения ламп, длительность горения ламп, могут вместо пользы принести вред.
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения
Нельзя не отметить и бактерицидную функцию УФ-лучей. В медицинских учреждениях активно пользуются этим свойством для профилактики внутрибольничной инфекции и обеспечения стерильности оперблоков и перевязочных. Воздействие ультрафиолета на клетки бактерий, а именно на молекулы ДНК, и развитие в них дальнейших химических реакций приводит к гибели микроорганизмов.Загрязнение воздуха пылью, газами, водяными парами оказывает вредное влияние на организм. Ультрафиолетовые лучи Солнца усиливают процесс естественного самоочищения атмосферы от загрязнений, способствуя быстрому окислению пыли, частичек дыма и копоти, уничтожая на пылинках микроорганизмы. Природная способность к самоочищению имеет пределы и при очень сильном загрязнении воздуха оказывается недостаточной.
Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 253...267 нм наиболее эффективно уничтожает микроорганизмы. Если принять максимум эффекта за 100%, то активность лучей с длиной волны 290 нм составит 30%, 300 нм - 6%, а лучей лежащих на границе видимого света 400 нм,- 0,01% максимальной.
Микроорганизмы обладают различной чувствительностью к ультрафиолетовым лучам. Дрожжи, плесневые грибки и споры бактерий гораздо устойчивее к их действию, чем вегетативные формы бактерий. Споры отдельных грибков, окруженные толстой и плотной оболочкой, отлично себя чувствуют в высоких слоях атмосферы и, не исключена возможность, что они могут путешествовать даже в космосе.
Чувствительность микроорганизмов к ультрафиолетовым лучам особенно велика в период деления и непосредственно перед ним. Кривые бактерицидного эффекта, торможения и роста клеток практически совпадают с кривой поглощения нуклеиновыми кислотами. Следовательно, денатурация и фотолиз нуклеиновых кислот приводит к прекращению деления и роста клеток микроорганизмов, а в больших дозах к их гибели.
Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей используются для дезинфекции воздуха, инструмента, посуды, с их помощью увеличивают сроки хранения пищевых продуктов, обеззараживают питьевую воду, инактивируют вирусы при приготовлении вакцин.
Негативное воздействие ультрафиолетового облучения
Хорошо известен и ряд негативных эффектов, возникающих при воздействии УФ-излучения на организм человека, которые могут приводить к ряду серьезных структурных и функциональных повреждений кожи. Как известно, эти повреждения можно разделить на:Роль УФ-лучей спектра А в этиологии фотостарения доказана работами многих зарубежных и российских ученых, но тем не менее, механизмы фотостарения продолжают изучаться с использованием современной научно-технической базы, клеточной инженерии, биохимии и методов клеточной функциональной диагностики.
Слизистая оболочка глаза - коньюктива - не имеет защитного рогового слоя, поэтому она более чувствительна к уф-облучению, чем кожа. Резь в глазу, краснота, слезотечение, частичная слепота появляются в результате дегенерации и гибели клеток коньюктивы и роговицы. Клетки при этом становятся непрозрачными. Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, достигая хрусталика, в больших дозах могут вызвать его помутнение - катаракту.
Искусственные источники УФ-излучения в медицине
Бактерицидные лампыВ качестве источников УФ-излучения используются разрядные лампы, у которых в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм (остальная область спектра излучения играет второстепенную роль). К таким лампам относятся ртутные лампы низкого и высокого давления, а также ксеноновые импульсные лампы.
Ртутные лампы низкого давления конструктивно и по электрическим параметрам практически ни чем не отличаются от обычных осветительных люминесцентных ламп, за исключением того, что их колба выполнена из специального кварцевого или увиолевого стекла с высоким коэффициентом пропускания УФ-излучения, на внутренней поверхности которой не нанесен слой люминофора. Эти лампы выпускаются в широком диапазоне мощностей от 8 до 60 Вт. Основное достоинство ртутных ламп низкого давления состоит в том, что более 60 % излучения приходится на линию с длиной волны 254 нм, лежащей в спектральной области максимального бактерицидного действия. Они имеют большой срок службы 5.000-10.000 ч и мгновенную способность к работе после их зажигания.
Колба ртутно-кварцевых ламп высокого давления выполнена из кварцевого стекла. Достоинство этих ламп состоит в том, что они имеют при небольших габаритах большую единичную мощность от 100 до 1.000 Вт, что позволяет уменьшить число ламп в помещении, но обладают низкой бактерицидной отдачей и малым сроком службы 500-1.000 ч. Кроме того, нормальный режим горения наступает через 5-10 минут после их зажигания.
Существенным недостатком непрерывных излучательных ламп является наличие риска загрязнения парами ртути окружающей среды при разрушении лампы. В случае нарушения целостности бактерицидных ламп и попадания ртути в помещение должна быть проведена тщательная демеркуризация загрязненного помещения.
В последние годы появилось новое поколение излучателей - короткоимпульсные, обладающие гораздо большей биоцидной активностью. Принцип их действия основан на высокоинтенсивном импульсном облучении воздуха и поверхностей УФ-излучением сплошного спектра. Импульсное излучение получают при помощи ксеноновых ламп, а также с помощью лазеров. Данные об отличии биоцидного действия импульсного УФ-излучения от такового при традиционном УФ-излучении на сегодняшний день отсутствуют.
Преимущество ксеноновых импульсных ламп обусловлено более высокой бактерицидной активностью и меньшим временем экспозиции. Достоинством ксеноновых ламп является также то, что при случайном их разрушении окружающая среда не загрязняется парами ртути. Основными недостатками этих ламп, сдерживающими их широкое применение, является необходимость использования для их работы высоковольтной, сложной и дорогостоящей аппаратуры, а также ограниченный ресурс излучателя (в среднем1-1,5 года).
Бактерицидные лампы разделяются на озонные и безозонные .
У озонных ламп в спектре излучения присутствует спектральная линия с длиной волны 185 нм, которая в результате взаимодействия с молекулами кислорода образует озон в воздушной среде. Высокие концентрации озона могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Использование этих ламп требует контроля содержания озона в воздушной среде и тщательного проветривания помещения.
Для исключения возможности генерации озона разработаны так называемые бактерицидные "безозонные" лампы. У таких ламп за счет изготовления колбы из специального материала (кварцевое стекло с покрытием) или её конструкции исключается выход излучения линии 185 нм.
Бактерицидные лампы, отслужившие свой срок службы или вышедшие из строя, должны храниться запакованными в отдельном помещении и требуют специальной утилизации согласно требованиям соответствующих нормативных документов.
Бактерицидные облучатели.
Бактерицидный облучатель-это электротехническое устройство, в котором размещены: бактерицидная лампа, отражатель и другие вспомогательные элементы, а также приспособления для его крепления. Бактерицидные облучатели перераспределяют поток излучения в окружающее пространство в заданном направлении и подразделяются на две группы - открытые и закрытые.
Открытые облучатели используют прямой бактерицидный поток от ламп и отражателя (или без него), который охватывает широкую зону пространства вокруг них. Устанавливаются на потолке или стене. Облучатели, устанавливаемые в дверных проемах, называются барьерными облучателями или ультрафиолетовыми завесами, у которых бактерицидный поток ограничен небольшим телесным углом.
Особое место занимают открытые комбинированные облучатели. В этих облучателях, за счет поворотного экрана, бактерицидный поток от ламп можно направлять в верхнюю или нижнюю зону пространства. Однако эффективность таких устройств значительно ниже из-за изменения длины волны при отражении и некоторых других факторов. При использовании комбинированных облучателей бактерицидный поток от экранированных ламп должен направляться в верхнюю зону помещения таким образом, чтобы исключить выход прямого потока от лампы или отражателя в нижнюю зону. При этом облученность от отраженных потоков от потолка и стен на условной поверхности на высоте 1,5 м от пола не должна превышать 0,001 Вт/м2.
У закрытых облучателей (рециркуляторов) бактерицидный поток от ламп распределяется в ограниченном небольшом замкнутом пространстве и не имеет выхода наружу, при этом обеззараживание воздуха осуществляется в процессе его прокачки через вентиляционные отверстия рециркулятора. При применении приточно-вытяжной вентиляции бактерицидные лампы размещаются в выходной камере. Скорость воздушного потока обеспечивается либо естественной конвекцией, либо принудительно с помощью вентилятора. Облучатели закрытого типа (рециркуляторы) должны размещаться в помещении на стенах по ходу основных потоков воздуха (в частности, вблизи отопительных приборов) на высоте не менее 2 м от пола.
Согласно перечню типовых помещений, разбитых по категориям (ГОСТ), рекомендуется помещения I и II категорий оборудовать как закрытыми облучателями (или приточно-вытяжной вентиляцией), так и открытыми или комбинированными - при их включении в отсутствии людей.
В помещениях для детей и легочных больных рекомендуется применять облучатели с безозонными лампами. Искусственное ультрафиолетовое облучение, даже непрямое, противопоказано детям с активной формой туберкулеза, нефрозо-нефрита, лихорадочным состоянием и резким истощением.
Использование ультрафиолетовых бактерицидных установок требует строгого выполнения мер безопасности, исключающих возможное вредное воздействие на человека ультрафиолетового бактерицидного излучения, озона и паров ртути.
Основные меры безопасности и противопоказания к использованию терапевтического УФ-облучения.
Перед использованием УФ-облучения от искусственных источников необходимо посетить врача с целью подбора и установления минимальной эритемной дозы (МЭД), которая является сугубо индивидуальным параметром для каждого человека.Поскольку индивидуальная чувствительность людей широко варьируется, рекомендуется продолжительность первого сеанса сократить вдвое по сравнению с рекомендованным временем, с тем чтобы установить кожную реакцию пользователя. Если после первого сеанса обнаружится какая-либо неблагоприятная реакция, дальнейшее использование УФ-облучения не рекомендуется.
Регулярное облучение в течение длительного времени (год и больше) не должно превышать 2 сеансов в неделю, причем в год может быть не более 30 сеансов или 30 минимальных эритемных доз (МЭД), какой бы малой ни была эритемно-эффективная облученность. Рекомендуется иногда прерывать регулярные сеансы облучения.
Терапевтическое облучение необходимо проводить с обязательным использованием надежных защитных очков для глаз.
Кожа и глаза любого человека могут стать "мишенью" для ультрафиолета. Считается, что люди со светлой кожей более восприимчивы к повреждению, однако и смуглые, темнокожие люди тоже не могут чувствовать себя в полной безопасности.
Очень осторожным с естественным и искусственным УФ-облучением всего тела
следует быть следующим категориям людей:
Солнце посылает нам свет, тепло и ультрафиолетовое (УФ) излучение. Все мы подвергаемся воздействию ультрафиолетового излучения, поступающего от солнца, а также от искусственных источников, используемых в промышленности, торговле и других отраслях экономики.
Область ультрафиолетового излучения включает волны диапазоном 100 – 400 нм и условно делится на три группы:
- УФ-А (UVA) (315–400 нм)
- УФ-В (UVB) (280–315 нм)
- УФ-С (UVC) (100–280 нм)
Влияние природных факторов на уровень ультрафиолетового излучения:
Высота Солнца
Чем выше в небе находится солнце, тем выше уровень ультрафиолетового излучения. Следовательно,уровень ультрафиолетового излучения меняется в зависимости от времени суток и времени года. Вне тропиков наивысшая степень излучения наблюдается в летние месяцы при нахождении солнца в зените в районе полудня.Широта
При приближении к экваториальным регионам степень излучения повышается.Облачность
Степень ультрафиолетового излучения выше при безоблачном небе, но даже при наличии облаков степень ультрафиолетового излучения может быть высока. В этом случае ультрафиолетовое излучение, рассеиваясь, отражается различными поверхностями, и поэтому общий уровень ультрафиолетового излучения может быть достаточно высок.Высота
При увеличении высоты уменьшающийся слой атмосферы поглощает ультрафиолетовое излучение в меньшей степени. С увеличением высоты на каждые 1000 м уровень ультрафиолетового излучения возрастает на 10% - 12%.Озон
Озоновый слой поглощает часть ультрафиолетового излучения, направленного на земную поверхность. Толщина озонового слоя меняется в течение года и даже суток.Отражение от поверхности Земли
Ультрафиолетовое излучение отражается или рассеивается в разной степени различными поверхностями, например, чистый снег может отражать до 80% ультрафиолетового излучения, сухой прибрежный песок около 15%, морская пена около 25%.- Более 90% УФ излучения может проникать сквозь небольшую облачность.
- Чистый снег отражает до 80% УФ излучения.
- УФ излучение усиливается на 4% при подъеме на каждые 300 м.
- Люди, работающие в помещении, за год подвергаются воздействию УФ излучения в 5-10 раз меньше, чем люди, работающие вне помещений.
- В воде на глубине 0,5 м уровень УФ излучения составляет 40% от уровня УФ излучения на поверхности.
- 60% от общего количества УФ излучения мы получаем в промежуток времени от 10-00 до 14-00 ч.
- Тень уменьшает уровень УФ-излучения на 50% и более.
- Белый песок отражает до 15% УФ излучения.
Влияние ультрафиолетового излучения на здоровье
Небольшое количество ультрафиолетового излучения полезно и необходимо
для выработки витамина Д. Ультрафиолетовое излучение также используется
для лечения некоторых болезней, в их числе рахит, псориаз и экзема.
Лечение проводится под медицинским наблюдением, принимая в расчет
пользу лечения и риск от воздействия ультрафиолетового излучения.
Однако длительное воздействие ультрафиолетового излучения на человека
может привести к острым и хроническим поражениям кожи, глаз и имунной
системы.
Популярным заблуждением является то, что только светлокожое население
должно быть обеспокоено чрезмерным "пребыванием на солнце". Более
темная кожа имеет большее содержание защитного пигмента меланина. У
людей с такой кожей наблюдается меньший процент развития рака кожи.
Однако рак кожи диагностируется и у этой группы населения, но часто на
более поздней и более опасной стадии.
Риск повреждения глаз и имунной системы ультрафиолетовым излучением не зависит от типа кожи.
Наиболее известными острыми поражениями в результате чрезмерного
воздействия ультрафиолетового излучения являются солнечные ожоги и загар, при длительном воздействии ультрафиолетовое излучение вызывает
дегенеративные изменения в клетках и кровеносных сосудах, что приводит к
преждевременному старению кожи. Ультрафиолетовое излучение может также
вызывать острое поражение глаз.
Хронические поражения включают рак кожи и катаракту.
Ежегодно отмечается 2-3 миллиона случаев заболевания незлокачественным
раком кожи и 132000 случая заболевания меланомой кожи. Незлокачественный
рак кожи может быть удален хирургическим путем и редко приводит к
летальному исходу, злокачественная меланома является одним из
показателей причин смертности светлокожего населения.
Ежегодно приблизительно 12 – 15 миллионов человек слепнут по причине
катаркты. Согласно проведенным исследованиям до 20% случаев слепоты
могут быть вызваны или усилены воздействием солнца, особенно в Индии,
Пакистане и других странах, близких к экватору.
Также существует предположение, что ультрафиолетовое излучение может
увеличивать риск инфекционных болезней и ограничивать эффективность
вакцинаций.
Однако, несмотря на все вышеуказанное, многие считают интенсивное
загорание нормальным. Дети, подростки и их родители воспринимают загар
как показатель привлекательности и хорошего здоровья.
Группа риска
- Длительное пребывание на солнце в детстве увеличивает риск развития в дальнейшем рака кожи и может причинить серьезный вред глазам.
- Все дети до 15 лет имеют чувствительную кожу и глаза – защищайте их и сами подавайте им хороший пример!
- Дети до одного года не должны находиться под прямыми лучами солнца!
- Родители, защищайте детей от солнца! Учите их применению солнцезащитных средств и режиму пребывания на солнце!
Влияние истощения озонового слоя на здоровье
Истощение озонового слоя, вероятно, усилит неблагоприятные
последствия ультрафиолетового излучения, так как стратосферный озон
является его эффективным поглотителем.
С уменьшением озонового слоя защитный фильтр, представляемый атмосферой,
уменьшается. Соответственно, население и окружающая среда подвергаются
более высокой степени ультрафиолетового излучения, в особенности
излучению UVB, которое оказываает большое влияние на здоровье людей,
животных, морские организмы и жизнь растений.
Вычислительные модели предсказывают, что уменьшение стратосферного
озона на 10% может вызвать дополнительно 300 000 незлокачественных, 4500
злокачественных заболеваний раком кожи и 1,6 – 1,75 миллионов случаев
заболевания катарактой ежегодно.
ГЛОБАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ (УФ) ИНДЕКС
Введение
С 1970-х годов отмечается увеличение количества заболеваний раком
кожи среди светлокожего населения. Это увеличение связывается с
привычками населения пребывать "на солнце" под его ультрафиолетовым
компонентом и общераспространенным мнением о привлекательности и пользе
загара.
Таким образом, появляется острая необходимость повышения
осведомленности населения о вредном воздействии ультрафиолетового
излучения, имеющая целью изменение привычек населения для
предотвращения тенденции к увеличению случаев заболевания раком кожи.
Глобальный ультрафиолетовый индекс является упрощенной мерой измерения
уровня ультрафиолетовой радиации на поверхности Земли и индикатором
потенциальной опасности для кожи. Он служит средством повышения
осведомленности населения и предупреждения о необходимости применения
защитных мер от воздействия ультрафиолетвого излучения.
УФИ был разработан Всемирной Организацией Здравоохранения при
содействии Программы Объединенных Наций об окружающей среде, Всемирной
Метеорологической Организации, Международной Комиссии по защите от
неионизирующего излучения, Немецкого Федерального Офиса защиты от
радиации.
Начиная с первого оглашения в 1995 г., было проведено несколько
международных встреч экспертов (Les Diablerets; Baltimore, 1996; Les
Diablerets, 1997; Munich, 2000) с целью упорядочения информирования
населения об УФИ и активизации использования УФИ как средства защиты от
солнца.
Что такое глобальный солнечный ультрафиолетовый индекс?
Глобальный солнечный УФ-индекс (УФИ, UV index, UVI) характеризует
уровень солнечного ультрафиолетового излучения у поверхности Земли.
УФ-индекс принимает значения от нуля и выше. При этом чем больше
значение УФ-индекса, тем больше потенциальная опасность для кожи и глаз
человека и тем меньше время, требуемое для причинения вреда здоровью.
Значения УФ-индекса соответствуют уровням воздействия ультрафиолетового излучения солнца по следующим категориям:
Зачем нужен ультрафиолетовый индекс?
УФ-индекс является важным средством повышения осведомленности
населения о риске чрезмерного пребывания в зоне ультрафиолетового
излучения и предупреждает о необходимости применения солнцезащитных
средств.
Уровень ультрафиолетового излучения и, следовательно, значения УФ-
индекса различны в течение суток. Обычно показывается максимальное
значение ультрафиолетового излучения, наблюдаемое в 4-часовой период в
районе солнечного полудня. Солнечный полдень длится с 12 часов до 14
часов дня.
Люди, строя планы на день и решая "в чем выйти", обычно руководствуются
прогнозом погоды (или видом из окна) и особенно прогнозом температуры
воздуха.
Аналогично температурной шкале, УФ-индекс показывает уровень
ультрафиолетового излучения и возможную опасность воздействия Солнца.
Зная прогноз УФ-индекса, каждый может сделать выбор, способствующий сохранению здоровья.
| Необходимые меры защиты в зависимости от значения УФ-индекса | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Защита не требуется | Требуется защита | Требуется повышенная защита | ||||||||||
| Пребывание вне помещения не представляет опасности |
В полуденные часы оставайтесь в тени! Носите одежду с длинными рукавами и шляпу! Пользуйтесь солнцезащитным кремом! |
Полуденные часы пережидайте внутри помещения! Вне помещения оставайтесь в тени! Обязательно носите одежду с длинными рукавами, шляпу, пользуйтесь солнцезащитным кремом! |
||||||||||
Даже для людей с очень чувствительной светлой кожей риск причинения
вреда здоровью минимален при значениях УФ-индекса ниже 3, и при
нормальных обстоятельствах применение защитных средств не требуется.
Защита необходима при значениях УФ-индекса выше 3, усиление защитных мер
требуется при значении УФ-индекса 8 и выше. В этом случае нужно
использовать все защитные средства:
- Ограничьте нахождение на солнце в полуденные часы.
- Оставайтесь в тени.
- Носите одежду с длинными рукавами.
- Наденьте широкополую шляпу для защиты глаз, лица и шеи.
- Защитите глаза очками с прилегающей оправой.
- Используйте солнцезащитный крем с фактором солнечной защиты (SPF)15+. Не применяйте солнцезащитный крем для продления времени пребывания на солнце.
- Защитите малышей: это особенно важно.
Мифы и реальность
| МИФ | РЕАЛЬНОСТЬ |
|---|---|
| Солнечный загар полезен. | Загар- это защита организма от дальнейшего повреждения ультрафиолетовым излучением. |
| Загар предохраняет от солнца. | Темный загар на светлой коже является ограниченной защитой, эквивалентной SPF (солнцезащитному фактору) приблизительно равному 4. |
| Вы не загорите в облачный день. | До 80 % солнечного ультрафиолетового излучения проникает сквозь облачный покров. Туман может увеличивать уровень ультрафиолетового излучения. |
| Вы не загорите, находясь в воде. | Вода представляет минимальную защиту от ультрафиолетового излучения, а отражение от воды может увеличивать уровень ультрафиолетового излучения. |
| Ультрафиолетовое излучение не опасно зимой. | Уровень ультрафиолетового излучения обычно ниже в зимние месяцы, но отражение от снега может его удвоить, особенно на высотах. Будьте особенно осторожны ранней весной, когда температура воздуха невысока, но солнечное УФ-излучение сильно. |
| Солнцезащитный крем является средством защиты, я могу увеличить время загорания. | Солнцезащитный крем должен использоваться не с целью продления времени пребывания "на солнце", а с целью усиления защиты от ультрафиолетового излучения. |
| Вы не "сгорите", если будете делать перерывы во время загорания. | Воздействие ультрафиолетового излучения имеет тенденцию к накоплению в течение дня. |
| Вы не загорите, если солнечное тепло неощутимо. | Солнечный загар вызывается ультрафиолетовым излучением, которое невозможно почувствовать. Ощущая тепло Солнца, мы ощущаем его инфракрасное, а не ультрафиолетовое излучение. |
ПОМНИТЕ!
- Загар не останавливает ультрафиолетовое излучение! Даже если ваша кожа загорела, ограничьте пребывание на солнце в полуденные часы и применяйте меры солнцезащиты.
- Ограничивайте время загорания! Загар – это указание, что Ваша кожа получила передозировку ультрафиолетового излучения! Защитите свою кожу!
- Носите солнцезащитные очки, широкополую шляпу и защищающую одежду, пользуйтесь солнцезащитным кремом SPF 15+.
- Использование солнцезащитного крема - средство не для продления времени вашего пребывания "на солнце", а уменьшения риска пребывания "на солнце" для здоровья.
- Прием некоторых медикаментов, а также использование духов и дезодорантов делают кожу более чувствительной, вызывая серьезные солнечные ожоги.
- Пребывание "на солнце" увеличивает риск развития рака кожи, ускоряет старение кожи и вредит глазам. Защитите себя!
- Тень - одно из лучших средств защиты от солнечной радиации. Постарайтесь оставаться в тени в полуденные часы, когда степень ультрафиолетового излучения наиболее высока.
- Облачность на небе не предохраняет от загара. Ультрафиолетовое излучение проникает сквозь облака.
- Помните, что вред коже и глазам наносит ультрафиолетовое излучение, которое нельзя увидеть или почувствовать- НЕ ОБМАНЫВАЙТЕСЬ УМЕРЕННЫМИ ТЕМПЕРАТУРАМИ!
- Если вы предполагаете находиться на открытом воздухе в течение дня, не забудьте солнцезащитное средство, шляпу и одежду с длинными рукавами.
- Во время пребывания на горнолыжных склонах не забывайте, что высота и чистый снег могут удвоить ультрафиолетовое излучение, не забывайте о солнцезащитных очках и солнцезащитном креме! В горах уровень ультрафиолетового излучения увеличивается приблизительно на 10% каждые 1000 м.
- Источники информации:
1.Материалы сайта Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ).
http://www.who.int/uv/intersunprogramme/activities/uv_index/en/index.html
2."Global Solar UV Index. A Practical Guide". "Глобальный солнечный УФ-индекс. Практическое руководство.", ВОЗ 2002
http://www.who.int/uv/publications/globalindex/en/index.html
Руководство рекомендовано Всемирной Организацией Здравоохранения, Всемирной Метеорологической Организацией, Программой ООН по окружающей среде, Международной Комиссией по защите от неионизирующего излучения.Прогноз УФ-индекса и толщины озонового слоя предоставлен.
Энергия Солнца представляет собой электромагнитные волны, которые подразделяются на несколько частей спектра:
- рентгеновские лучи - с самой короткой длиной волны (ниже 2 нм);
- длина волны ультрафиолетового излучения составляет от 2 до 400 нм;
- видимая часть света, которая улавливается глазом человека и животных (400-750 нм);
- теплое окислительное (свыше 750 нм).
Каждая часть находит свое применение и имеет большое значение в жизни планеты и всей ее биомассы. Мы же рассмотрим, что представляют собой лучи в диапазоне от 2 до 400 нм, где они используются и какую роль играют в жизни людей.
История открытия УФ-излучения
Первые упоминания относятся еще к XIII веку в описаниях философа из Индии. Он писал о невидимом глазу фиолетовом свете, который был им обнаружен. Однако технических возможностей того времени явно недоставало, чтобы подтвердить это экспериментально и изучить подробно.
Удалось же это пять веков спустя физику из Германии Риттеру. Именно он проводил опыты над хлоридом серебра по распаду его под воздействием электромагнитного излучения. Ученый увидел, что быстрее данный процесс идет не в той области света, которая была к тому времени уже открыта и называлась инфракрасной, а в противоположной. Выяснилось, что это новая область, до сих пор не исследованная.
Таким образом, в 1842 году было открыто ультрафиолетовое излучение, свойства и применение которого в последствии подверглись тщательному разбору и изучению со стороны разных ученых. Большой вклад в это внесли такие люди, как: Александр Беккерель, Варшавер, Данциг, Македонио Меллони, Франк, Парфенов, Галанин и другие.
Общая характеристика
Что же представляет собой применение которого на сегодняшний день столь широко в различных отраслях деятельности человека? Во-первых, следует обозначить, что появляется данный света только при очень высоких температурах от 1500 до 2000 0 С. Именно в таком интервале УФ достигает пика активности по воздействию.
По физической природе это электромагнитная волна, длина которой колеблется в довольно широких пределах - от 10 (иногда от 2) до 400 нм. Весь диапазон данного излучения условно делится на две области:
- Ближний спектр. Доходит до Земли через атмосферу и озоновый слой от Солнца. Длина волны - 380-200 нм.
- Далекий (вакуумный). Активно поглощается озоном, кислородом воздуха, компонентами атмосферы. Исследовать удается только специальными вакуумными устройствами, за что и получил свое название. Длина волны - 200-2 нм.
Существует своя классификация видов, которые имеет ультрафиолетовое излучение. Свойства и применение находит каждый из них.
- Ближний.
- Дальний.
- Экстремальный.
- Средний.
- Вакуумный.
- Длинноволновой черный свет (УФ-А).
- Коротковолновой гермицидный (УФ-С).
- Средневолновой УФ-В.
Длина волны ультрафиолетового излучения у каждого вида своя, но все они находятся в общих уже обозначенных ранее пределах.
Интересным является УФ-А, или, так называемый, черный свет. Дело в том, что данный спектр имеет длину волны от 400-315 нм. Это находится на границе с видимым светом, который человеческий глаз способен улавливать. Поэтому такое излучение, проходя через определенные предметы или ткани, способно переходить в область видимого фиолетового света, и люди различают его как черный, темно-синий или темно-фиолетовый оттенок.
Спектры, которые дают источники ультрафиолетового излучения, могут быть трех типов:
- линейчатые;
- непрерывные;
- молекулярные (полосные).
Первые характерны для атомов, ионов, газов. Вторая группа - для рекомбинационного, тормозного излучения. Источники третьего типа чаще всего встречаются при изучении разреженных молекулярных газов.
Источники ультрафиолетового излучения
Основные источники УФ-лучей делятся на три большие категории:
- естественные или природные;
- искусственные, созданные человеком;
- лазерные.
Первая группа включает в себя единственный вид концентратора и излучателя - Солнце. Именно небесное светило дает мощнейший заряд данного типа волн, которые способны проходить через и достигать поверхности Земли. Однако не всей своей массой. Учеными выдвигается теория о том, что жизнь на Земле зародилась только тогда, когда озоновый экран стал защищать ее от избыточного проникновения вредного в больших концентрациях УФ-излучения.
Именно в этот период стали способны существовать белковые молекулы, нуклеиновые кислоты и АТФ. До сегодняшнего дня слой озона вступает в тесное взаимодействие с основной массой УФ-А, УФ-В и УФ-С, обезвреживая их, и не давая пройти через себя. Поэтому защита от ультрафиолетового излучения всей планеты - исключительно его заслуга.
От чего зависит концентрация проникающего на Землю ультрафиолета? Есть несколько основных факторов:
- озоновые дыры;
- высота над уровнем моря;
- высота солнцестояния;
- атмосферное рассеивание;
- степень отражения лучей от земных природных поверхностей;
- состояние облачных паров.
Диапазон ультрафиолетового излучения, проникающего на Землю от Солнца, колеблется в пределах от 200 до 400 нм.
Следующие источники - это искусственные. К ним можно отнести все те приборы, устройства, технические средства, которые были сконструированы человеком для получения нужного спектра света с заданными параметрами длины волны. Это было сделано с целью получать ультрафиолетовое излучение, применение которого может быть крайне полезным в разных областях деятельности. К искусственным источникам относятся:
- Эритемные лампы, обладающие способностью активизировать синтез витамина D в коже. Это предохраняет от заболеваний рахитом и лечит его.
- Аппараты для соляриев, в которых люди получают не только красивый естественный загар, но и лечатся от заболеваний, возникающих при недостатке открытого солнечного света (так называемая, зимняя депрессия).
- Лампы-аттрактанты, позволяющие бороться с насекомыми в условиях помещений безопасно для человека.
- Ртутно-кварцевые устройства.
- Эксилампа.
- Люминесцентные устройства.
- Ксеноновые лампы.
- Газоразрядные устройства.
- Высокотемпературная плазма.
- Синхротронное излучение в ускорителях.
Еще один тип источников - лазеры. Их работа основана на генерации различных газов - как инертных, так и нет. Источниками могут быть:
- азот;
- аргон;
- неон;
- ксенон;
- органические сцинтилляторы;
- кристаллы.
Совсем недавно, около 4 лет назад, был изобретен лазер, работающий на свободных электронах. Длина ультрафиолетового излучения в нем равна той, которая наблюдается в условиях вакуума. Лазерные поставщики УФ используются в биотехнологических, микробиологических исследованиях, масс-спектрометрии и так далее.
Биологическое воздействие на организмы
Действие ультрафиолетового излучения на живых существ двояко. С одной стороны, при его недостатке могут возникать заболевания. Это выяснилось только в начале прошлого столетия. Искусственное облучение специальным УФ-А в необходимых нормах способно:
- активизировать работу иммунитета;
- вызвать образование важных сосудорасширяющих соединений (гистамин, например);
- укрепить кожно-мышечную систему;
- улучшить работу легких, повысить интенсивность газообмена;
- повлиять на скорость и качество метаболизма;
- повысить тонус организма, активизировав выработку гормонов;
- увеличить проницаемость стенок сосудов на коже.
Если УФ-А в достаточном количестве попадает в организм человека, то у него не возникает таких заболеваний, как зимняя депрессия или световое голодание, а также значительно снижается риск развития рахита.
Влияние ультрафиолетового излучения на организм бывает следующих типов:
- бактерицидное;
- противовоспалительное;
- регенерирующее;
- болеутоляющее.
Эти свойства во многом объясняют широкое применение УФ в медицинских учреждениях любого типа.
Однако, помимо перечисленных плюсов, есть и отрицательные стороны. Существует ряд заболеваний и недугов, которые можно приобрести, если не дополучать или, напротив, принимать в избыточном количестве рассматриваемые волны.
- Рак кожи. Это самое опасное воздействие ультрафиолетового излучения. Меланома способна образоваться при избыточном влиянии волн от любого источника - как природного, так и созданного людьми. Это особенно касается любителей загара в солярии. Во всем необходима мера и осторожность.
- Разрушительное действие на сетчатку глазных яблок. Другими словами, может развиться катаракта, птеригиум или ожег оболочки. Вредное избыточное воздействие УФ на глаза было доказано учеными уже давно и подтверждено экспериментальными данными. Поэтому при работе с такими источниками следует соблюдать На улице оградить себя можно при помощи темных очков. Однако в этом случае следует опасаться подделок, ведь если стекла не снабжены УФ-отталкивающими фильтрами, то разрушающее действие будет еще сильнее.
- Ожоги на коже. В летнее время их можно заработать, если долгое время неконтролируемо подвергать себя воздействию УФ. Зимой же можно получить их из-за особенности снега отражать практически полностью данные волны. Поэтому облучение происходит и со стороны Солнца, и со стороны снега.
- Старение. Если люди долгое время находятся под воздействием УФ, то у них начинают очень рано проявляться признаки старения кожи: вялость, морщины, дряблость. Это происходит от того, что защитные барьерные функции покровов ослабевают и нарушаются.
- Воздействие с последствиями во времени. Заключаются в проявлениях негативных воздействий не в молодом возрасте, а ближе к старости.
Все эти результаты являются последствиями нарушения дозировок УФ, т.е. они возникают, когда использование ультрафиолетового излучения проводится нерационально, неправильно, и без соблюдения мер безопасности.
Ультрафиолетовое излучение: применение
Основные области использования отталкиваются от свойств вещества. Это справедливо и для спектральных волновых излучений. Так, главными характеристиками УФ, на которых базируется его применение, являются:
- химическая активность высокого уровня;
- бактерицидное воздействие на организмы;
- способность вызывать свечение различных веществ разными оттенками, видимыми глазом человека (люминесценция).
Это позволяет широко использовать ультрафиолетовое излучение. Применение возможно в:
- спектрометрических анализах;
- астрономических исследованиях;
- медицине;
- стерилизации;
- обеззараживании питьевой воды;
- фотолитографии;
- аналитическом исследовании минералов;
- УФ-фильтрах;
- для ловли насекомых;
- для избавления от бактерий и вирусов.
Каждая из перечисленных областей использует определенный тип УФ со своим спектром и длиной волны. В последнее время данный тип излучения активно используется в физических и химических исследованиях (установление электронной конфигурации атомов, кристаллической структуры молекул и различных соединений, работа с ионами, анализ физических превращений на различных космических объектах).
Есть еще одна особенность воздействия УФ на вещества. Некоторые полимерные материалы способны разлагаться под воздействием интенсивного постоянного источника данных волн. Например, такие, как:
- полиэтилен любого давления;
- полипропилен;
- полиметилметакрилат или органическое стекло.
В чем выражается воздействие? Изделия из перечисленных материалов теряют окраску, трескаются, тускнеют и, в конечном итоге, разрушаются. Поэтому их принято называть чувствительными полимерами. Эту особенность деградации углеродной цепи при условиях солнечной освещенности активно используют в нанотехнологиях, рентгенолитографии, трансплантологии и прочих областях. Делается это в основном для сглаживания шероховатостей поверхности изделий.
Спектрометрия - основная область аналитической химии, которая специализируется на идентификации соединений и их состава по способности поглощать УФ-свет определенной длины волны. Получается, что спектры уникальны для каждого вещества, поэтому можно их классифицировать по результатам спектрометрии.
Также применение ультрафиолетового бактерицидного излучения осуществляется для привлечения и уничтожения насекомых. Действие основано на способности глаза насекомого улавливать невидимые человеку коротковолновые спектры. Поэтому животные летят на источник, где и подвергаются уничтожению.
Использование в соляриях - специальных установках вертикального и горизонтального типа, в которых человеческое тело подвергается воздействию УФ-А. Делается это для активизации выработки в коже меланина, придающего ей более темный цвет, гладкость. Кроме того, при этом подсушиваются воспаления и уничтожаются вредные бактерии на поверхности покровов. Особое внимание следует уделять защите глаз, чувствительных зон.
Медицинская область
Применение ультрафиолетового излучения в медицине основано также на его способностях уничтожать невидимые глазу живые организмы - бактерии и вирусы, и на особенностях, происходящих в организме во время грамотного освещения искусственным или естественным облучением.
Основные показания к лечению УФ можно обозначить в нескольких пунктах:
- Все виды воспалительных процессов, ран открытого типа, нагноений и открытых швов.
- При травмах тканей, костей.
- При ожогах, обморожениях и кожных заболеваниях.
- При респираторных недугах, туберкулезе, бронхиальной астме.
- При возникновении и развитии различных видов инфекционных заболеваний.
- При недугах, сопровождающихся сильными болевыми ощущениями, невралгии.
- Заболевания горла и носовой полости.
- Рахиты и трофическая
- Стоматологические заболевания.
- Регуляция давления кровяного русла, нормализация работы сердца.
- Развитие раковых опухолей.
- Атеросклероз, почечная недостаточность и некоторые другие состояния.
Все эти заболевания могут иметь весьма серьезные последствия для организма. Поэтому лечение и профилактика использованием УФ - это настоящее медицинское открытие, спасающее тысячи и миллионы людских жизней, сохраняющее и возвращающее им здоровье.
Еще один вариант использования УФ с медицинской и биологической точки зрения - это обеззараживание помещений, стерилизация рабочих поверхностей и инструментов. Действие основано на способности УФ угнетать развитие и репликацию молекул ДНК, что приводит к их вымиранию. Бактерии, грибки, простейшие и вирусы гибнут.
Основной проблемой при использовании такого излучения для стерилизации и обеззараживания помещения является область освещения. Ведь организмы уничтожаются только при непосредственном воздействии прямых волн. Все, что остается за пределами, продолжает свое существование.
Аналитическая работа с минералами
Способность вызывать у веществ люминесценцию позволяет применять УФ для анализа качественного состава минералов и ценных горных пород. В этом плане очень интересными бывают драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни. Каких только оттенков они не дают при облучении их катодными волнами! Очень интересно об этом писал Малахов, знаменитый геолог. В его труде рассказывается о наблюдениях за свечением цветовой палитры, которое способны давать минералы в разных источниках облучения.
Так, например, топаз, который в видимом спектре имеет красивый насыщенный голубой цвет, при облучении высвечивается ярко-зеленым, а изумруд - красным. Жемчуг вообще не может дать какой-то определенный цвет и переливается многоцветьем. Зрелище в результате получается просто фантастическое.
Если в состав исследуемой породы входят примеси урана, то высвечивание покажет зеленый цвет. Примеси мелита дают синий, а морганита - сиреневый или бледно-фиолетовый оттенок.
Использование в фильтрах
Для использования в фильтрах также применяется ультрафиолетовое бактерицидное излучение. Типы таких структур могут быть разные:
- твердые;
- газообразные;
- жидкие.
Основное применение такие устройства находят в химической отрасли, в частности, в хроматографии. С их помощью можно провести качественный анализ состава вещества и идентифицировать его по принадлежности к тому или иному классу органических соединений.
Обработка питьевой воды
Обеззараживание ультрафиолетовым излучением питьевой воды является одним из самых современных и качественных методов ее очистки от биологических примесей. Преимущества этого метода следующие:
- надежность;
- эффективность;
- отсутствие посторонних продуктов в воде;
- безопасность;
- экономичность;
- сохранение органолептических свойств воды.
Именно поэтому на сегодняшний день такая методика обеззараживания идет в ногу с традиционным хлорированием. Действие основано на тех же особенностях - разрушение ДНК вредоносных живых организмов в составе воды. Используют УФ с длиной волны около 260 нм.
Помимо прямого воздействия на вредителей, ультрафиолет используется также для разрушения остатков химических соединений, которые применяются для смягчения, очищения воды: таких, как, например, хлор или хлорамин.
Лампа черного света
Такие устройства снабжены специальными излучателями, способными давать волны большой длинны, близкой к видимому. Однако они все равно остаются неразличимы для человеческого глаза. Используются такие лампы в качестве устройств, читающих тайные знаки из УФ: например, в паспортах, документах, денежных купюрах и так далее. То есть, такие метки могут быть различимы только под действием определенного спектра. Таким образом построен принцип работы детекторов валюты, устройств для проверки натуральности денежных купюр.
Реставрация и определение подлинности картины
И в этой области находит применение УФ. Каждый художник использовал белила, содержащие в каждый эпохальный промежуток времени разные тяжелые металлы. Благодаря облучению возможно получение так называемых подмалевков, которые дают информацию о подлинности картины, а также о специфической технике, манере письма каждого художника.
Кроме того, лаковая пленка на поверхности изделий относится к чувствительным полимерам. Поэтому она способна стареть под воздействием света. Это позволяет определять возраст композиций и шедевров художественного мира.