Теоретически вопрос «Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых? » мог бы заинтересовать любого человека. Ведь и те, и другие лучи входят в состав солнечного спектра – а воздействию Солнца мы подвергаемся ежедневно. На практике же его чаще всего задают себе те, кто собирается приобрести устройства, известные как инфракрасные обогреватели, и хотел бы убедиться в том, что подобные приборы абсолютно безопасны для здоровья человека.
Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых с точки зрения физики
Как известно, кроме семи видимых цветов спектра за его пределами имеются и невидимые глазу излучения. Помимо инфракрасных и ультрафиолетовых, к ним относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи и микроволны.
Инфракрасные и УФ-лучи сходны в одном: и те, и другие относятся к той части спектра, который не видим невооруженному глазу человека. Но этим и ограничивается их сходство.
Инфракрасное излучение
Инфракрасные лучи были обнаружены за пределами красной границы, между длинноволновым и коротковолновым участками этой части спектра. Стоит отметить, что почти половина солнечной радиации – это именно инфракрасное излучение. Основная характеристика этих не видимых глазу лучей – сильная тепловая энергия: ее непрерывно излучают все нагретые тела.
Излучение этого вида подразделяется на три области по такому параметру, как длина волны:
- от 0,75 до 1,5 мкм – ближняя область;
- от 1,5 до 5,6 мкм – средняя;
- от 5,6 до 100 мкм – дальняя.
Нужно понимать, что инфракрасное излучение является не продуктом всевозможных современных технических устройств, к примеру, ИК-обогревателей. Это фактор природной окружающей среды, который постоянно действует на человека. Наше тело непрерывно поглощает и отдает инфракрасные лучи.
Ультрафиолетовое излучение
Существование лучей за фиолетовой границей спектра было доказано в 1801 году. Диапазон ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, составляет от 400 до 20 нм, однако до земной поверхности доходят только незначительная часть коротковолнового спектра – до 290 нм.
Ученые считают, что ультрафиолету принадлежит значительная роль в образовании первых на Земле органических соединений. Однако воздействие этого излучения носит и отрицательный характер, приводя к распаду органических веществ.
При ответе на вопрос, чем инфракрасное излучение отличается от ультрафиолетового
, необходимо обязательно рассмотреть воздействие на организм человека. И здесь основное отличие заключается в том, что эффект инфракрасных лучей ограничивается преимущественно тепловым действием, в то время как ультрафиолетовые лучи способны оказывать еще и фотохимическое воздействие.
УФ-излучение активно поглощается нуклеиновыми кислотами, следствием чего являются изменения важнейших показателей жизнедеятельности клеток – способности к росту и делению. Именно повреждение ДНК является главным компонентом механизма воздействия на организмы ультрафиолетовых лучей.
Основной орган нашего тела, на который действует ультрафиолетовое излучение – это кожа. Известно, что благодаря УФ-лучам запускается процесс образования витамина Д, который необходим для нормального усвоения кальция, а также синтезируются серотонин и мелатонин – важные гормоны, оказывающие влияние на суточные ритмы и настроение человека.
Воздействие ИК и УФ-излучения на кожу
Когда человек подвергается воздействию солнечных лучей, на поверхность его тела оказывают влияние и инфракрасные, ультрафиолетовые лучи. Но результат этого воздействия будет различным:
- ИК-лучи вызывают прилив крови к поверхностным слоям кожи, повышение ее температуры и покраснение (калорическая эритема). Этот эффект исчезает сразу же, как только действие облучения прекращается.
- Воздействие УФ-излучения имеет скрытый период и может проявляться через несколько часов после облучения. Длительность ультрафиолетовой эритемы составляет от 10 часов до 3-4 дней. Кожа краснеет, может шелушиться, затем окраска ее становится более темной (загар).
Доказано, что избыточное воздействие ультрафиолета может привести к возникновению злокачественных заболеваний кожи. В то же время в определенных дозах УФ-излучение полезно для организма, что позволяет применять его для профилактики и лечения, а также для уничтожения бактерий в воздухе помещений.
Безопасно ли инфракрасное излучение?
Опасения людей по отношению к такому виду устройств, как инфракрасные обогреватели, вполне понятно. В современном обществе уже сформировалась устойчивая тенденция с изрядной долей опасения относиться ко многим видам излучения: радиация, рентгеновские лучи и др.
Рядовым потребителям, которые собираются приобрести устройства, основанные на использовании инфракрасного излучения, важнее всего знать следующее: инфракрасные лучи совершенно безопасны для здоровья человека. Именно это стоит подчеркнуть, рассматривая вопрос, чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых
.
Исследованиями доказано: длинноволновое ИК-излучение не только полезно для нашего тела – оно ему совершенно необходимо. При недостатке ИК-лучей страдает иммунитет организма, а также проявляется эффект его ускоренного старения.
Положительное воздействие инфракрасного излучения уже не вызывает сомнений и проявляется в различных аспектах.
ультрафиолетовое излучение
Открытие инфракрасного излучения побудило немецкого физика Иоганна Вильгельма Риттера начать изучение противоположного конца спектра, прилегающего к его фиолетовой области. Очень скоро обнаружилось, что там располагается излучение с весьма сильной химической активностью. Новое излучение получило название ультрафиолетовых лучей.
Что же такое ультрафиолетовое излучение? И каково его влияние на земные процессы и действие на живые организмы?
Отличие ультрафиолетового излучения от инфракрасного
Ультрафиолетовое излучение, как и инфракрасное, представляет собой электромагнитные волны. Именно эти излучения ограничивают спектр видимого света с двух сторон. Оба вида лучей не воспринимаются органами зрения. Имеющиеся отличия в их свойствах вызвано разницей в длине волны.
Диапазон ультрафиолетового излучения, располагающегося между видимым и рентгеновским излучением, - достаточно широк: от 10 до 380 микрометра (мкм).
Основное свойство инфракрасного излучения - это его тепловое действие, тогда как важнейшей особенностью ультрафиолета является его химическая активность. Именно благодаря этой особенности ультрафиолетовое излучение оказывает огромное влияние на организм человека.
Влияние ультрафиолетового излучения на человека
Биологический эффект, оказываемый различными длинами ультрафиолетовых волн, имеет существенные различия. Поэтому биологи разделили весь УФ диапазон на 3 участка:
- УФ-A лучи, это ближний ультрафиолет;
- УФ-B - средний;
- УФ-C - дальний.
Окутывающая нашу планету атмосфера, является своеобразным щитом, защищающим Землю от мощного потока ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца.
Причём УФ-C лучи поглощаются озоном, кислородом, водяным паром и углекислым газом почти на 90%. Поэтому поверхности Земли в основном достигает радиация, содержащая УФ-A и небольшую долю УФ-В.
Наиболее агрессивным является коротковолновое излучение. Биологическое действие коротковолнового УФ-излучения при попадании на живые ткани могло бы оказывать достаточно разрушительное влияние. Но к счастью, озоновый щит планеты уберегает нас от его воздействия. Однако, не следует забывать, что источниками лучей именно этого диапазона являются ультрафиолетовые лампы и сварочные аппараты.
Биологическое действие длинноволнового УФ-излучения заключается преимущественно в эритемном (вызывающим покраснение кожи) и загарном действии. Эти лучи достаточно мягко воздействуют на кожу и ткани. Хотя существует индивидуальная зависимость кожи от воздействия УФ.
Также при воздействии интенсивного ультрафиолета могут пострадать глаза.
О влиянии ультрафиолетового излучения на человека знают все. Но в основном - это поверхностные сведения. Попробуем детальнее осветить эту тему.
Как влияет ультрафиолет на кожу (ультрафиолетовый мутагенез)
Хроническое солнечное голодание ведёт ко многим негативным последствиям. Точно так же, как и другая крайность - желание приобрести «красивый, шоколадный цвет тела» за счёт длительного пребывания под палящими солнечными лучами. Как и почему влияет ультрафиолет на кожу? Чем грозит неконтролируемое пребывание на солнце?
Естественно, что покраснение кожи, далеко не всегда приводит к шоколадному загару. Потемнение кожи происходит как результат выработки организмом красящего пигмента - меланина, как свидетельство борьбы нашего организма с травмирующим действием УФ части солнечного излучения. При этом, если покраснение - это временное состояние кожи, то потеря её эластичности, разрастание клеток эпителия в виде веснушек и пигментных пятен - это стойкий косметический дефект. Ультрафиолет, глубоко проникая в кожные покровы, может стать причиной ультрафиолетового мутагенеза, то есть повреждения клеток кожи на генном уровне. Самым грозным его осложнением является меланома - опухоль кожи. Метастазирование меланомы может привести к летальному исходу.
Защита кожи от УФ-излучения
Существует ли защита кожи от УФ-излучения? Чтобы защитить кожу от солнца, особенно на пляже, достаточно придерживаться нескольких правил.
Для защиты кожи от ультрафиолетового излучения необходимо использовать и специально подобранную одежду.
Как влияет ультрафиолет на глаза (электроофтальмия)
Ещё одним проявлением негативного воздействия ультрафиолетового излучения на организм человека является электроофтальмия, то есть повреждение структур глаза под воздействием интенсивного ультрафиолета.
Поражающим фактором при этом процессе является средневолновой диапазон ультрафиолетовых волн.
Часто это происходит при следующих условиях:
- во время наблюдения за солнечными процессами без специальных приспособлений;
- при яркой, солнечной погоде на море;
- во время пребывания в горном, заснеженном районе;
- при кварцевании помещений.
При электроофтальмии имеет место ожёг роговицы. Симптомами такого поражения являются:
- усиленное слезотечение;
- резь;
- светобоязнь;
- покраснение;
- отёк эпителия роговицы и век.
К счастью, обычно глубокие слои роговицы не поражаются, и после заживления эпителия зрение восстанавливается.
Первая помощь при электроофтальмии
Описанные выше симптомы могут доставить человеку не только дискомфорт, но и настоящие страдания. Как оказать первую помощь при электроофтальмии?
Помогут следующие действия:
- промывание глаз чистой водой;
- закапывание увлажняющих капель;
- солнцезащитные очки.
Компрессы из влажных пакетиков чёрного чая и сырого, тёртого картофеля отлично снимают резь в глазах.
Если помощь не возымела действия, обратитесь к врачу. Он назначит терапию, направленную на восстановление роговицы.
Всех этих неприятностей можно было бы избежать, используя солнцезащитные очки со специальной маркировкой - UV 400, которые полностью защитят глаза от всех видов ультрафиолетовых волн.
Применение ультрафиолетового излучения в медицине
В медицине существует термин «ультрафиолетовое голодание». Это состояние организма возникает при отсутствии или недостаточном воздействии солнечного света на организм человека.
Чтобы избежать возникающих при этом патологий, используют искусственные источники УФ-излучения. Их дозированное использование помогает справиться с зимним дефицитом витамина D в организме и повысить иммунитет.
Наряду с этим ультрафиолетовая терапия широко применяется для лечения суставов, дерматологических и аллергических заболеваний.
Ультрафиолетовое облучение также помогает:
- поднять гемоглобин и понизить уровень сахара;
- улучшить работу щитовидной железы;
- восстановить работу дыхательной и эндокринной систем;
- обеззараживающее действие УФ-лучей широко применяется для дезинфекции помещений и хирургических инструментов;
- весьма полезны его бактерицидные свойства для лечения больных с тяжёлыми, гнойными ранами.
Как и при любом серьёзном воздействии на человеческий организм необходимо учитывать не только пользу, но и возможный вред от ультрафиолетового излучения.
Противопоказаниями для ультрафиолетовой терапии являются острые воспалительные и онкологические заболевания, кровотечения, II и III стадия гипертонической болезни, активная форма туберкулёза.
Каждое научное открытие несёт для человечества как потенциальные опасности, так и огромные перспективы его использования. Познание последствий воздействия ультрафиолета на человеческий организм, позволило не только минимизировать его негативное влияние, но и в полной мере применить ультрафиолетовое излучение в медицине и других сферах жизни.
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.
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.
Подтипы
Деградация полимеров и красителей
Сфера применения
Чёрный свет
Химический анализ
УФ - спектрометрия
УФ-спектрофотометрия основана на облучении вещества монохроматическим УФ-излучением, длина волны которого изменяется со временем. Вещество в разной степени поглощает УФ-излучение с разными длинами волн. График, по оси ординат которого отложено количество пропущенного или отраженного излучения, а по оси абсцисс - длина волны, образует спектр . Спектры уникальны для каждого вещества, на этом основывается идентификация отдельных веществ в смеси, а также их количественное измерение.
Анализ минералов
Многие минералы содержат вещества, которые при освещении ультрафиолетовым излучением начинают испускать видимый свет. Каждая примесь светится по-своему, что позволяет по характеру свечения определять состав данного минерала. А. А. Малахов в своей книге «Занимательно о геологии» (М., «Молодая гвардия», 1969. 240 с) рассказывает об этом так: «Необычное свечение минералов вызывают и катодный, и ультрафиолетовый, и рентгеновский лучи. В мире мёртвого камня загораются и светят наиболее ярко те минералы, которые, попав в зону ультрафиолетового света, рассказывают о мельчайших примесях урана или марганца, включённых в состав породы. Странным „неземным“ цветом вспыхивают и многие другие минералы, не содержащие никаких примесей. Целый день я провёл в лаборатории, где наблюдал люминесцентное свечение минералов. Обычный бесцветный кальцит расцвечивался чудесным образом под влиянием различных источников света. Катодные лучи делали кристалл рубиново-красным, в ультрафиолете он загорался малиново-красными тонами. Два минерала - флюорит и циркон - не различались в рентгеновских лучах. Оба были зелёными. Но стоило подключить катодный свет, как флюорит становился фиолетовым, а циркон - лимонно-жёлтым.» (с. 11).
Качественный хроматографический анализ
Хроматограммы, полученные методом ТСХ , нередко просматривают в ультрафиолетовом свете, что позволяет идентифицировать ряд органических веществ по цвету свечения и индексу удерживания.
Ловля насекомых
Ультрафиолетовое излучение нередко применяется при ловле насекомых на свет (нередко в сочетании с лампами, излучающими в видимой части спектра). Это связано с тем, что у большинства насекомых видимый диапазон смещён, по сравнению с человеческим зрением, в коротковолновую часть спектра: насекомые не видят того, что человек воспринимает как красный, но видят мягкий ультрафиолетовый свет.
Искусственный загар и «Горное солнце»
При определённых дозировках искусственный загар позволяет улучшить состояние и внешний вид кожи человека, способствует образованию витамина D . В настоящее время популярны фотарии, которые в быту часто называют соляриями .
Ультрафиолет в реставрации
Один из главных инструментов экспертов - ультрафиолетовое, рентгеновское и инфракрасное излучение. Ультрафиолетовые лучи позволяют определить старение лаковой пленки - более свежий лак в ультрафиолете выглядит темнее. В свете большой лабораторной ультрафиолетовой лампы более темными пятнами проступают отреставрированные участки и кустарно переписанные подписи. Рентгеновские лучи задерживаются наиболее тяжелыми элементами. В человеческом теле это костная ткань, а на картине - белила. Основой белил в большинстве случаев является свинец, в XIX веке стали применять цинк, а в XX-м - титан. Все это тяжелые металлы. В конечном счете, на пленке мы получаем изображение белильного подмалевка. Подмалевок - это индивидуальный «почерк» художника, элемент его собственной уникальной техники. Для анализа подмалевка используются базы рентгенограмм картин великих мастеров. Также эти снимки применяются для распознания подлинности картины.
Примечания
- ISO 21348 Process for Determining Solar Irradiances . Архивировано из первоисточника 23 июня 2012.
- Бобух, Евгений О зрении животных . Архивировано из первоисточника 7 ноября 2012. Проверено 6 ноября 2012.
- Советская энциклопедия
- В. К. Попов // УФН . - 1985. - Т. 147. - С. 587-604.
- А. К. Шуаибов, В. С. Шевера Ультрафиолетовый азотный лазер на 337,1 нм в режиме частых повторений // Украинский физический журнал . - 1977. - Т. 22. - № 1. - С. 157-158.
- А. Г. Молчанов
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: