Содержащиеся в атмосфере Земли кислород, солнечные лучи и вода являются основными условиями способствующими продолжению жизни на планете. Исследователями давно доказано, что интенсивность и спектр солнечной радиации в вакууме, существующем в космосе, остается неизменным.

На Земле же интенсивность ее воздействия, которую мы называем ультрафиолетовым излучением, зависит от множества факторов. В их числе: время года, географическое расположение местности над уровнем моря, толщина озонового слоя, облачность, а также уровень концентрации промышленных и естественных примесей в воздушных массах.

Ультрафиолетовые лучи

Солнечный свет доходит до нас в двух диапазонах. Человеческий глаз способен различить только один из них. В невидимом для людей спектре и находятся ультрафиолетовые лучи. Что они представляют собой? Это не что иное, как электромагнитные волны. Длина ультрафиолетового излучения находится в диапазоне от 7 до 14 нм. Такие волны несут на нашу планету огромнейшие потоки тепловой энергии, из-за чего их нередко называют тепловыми.

Под ультрафиолетовым излучением принято понимать обширный спектр, состоящий из электромагнитных волн с диапазоном, условно разделенным на дальние и ближние лучи. Первые из них считаются вакуумными. Их полностью поглощают верхние слои атмосферы. В условиях Земли их генерирование возможно только в условиях вакуумных камер.

Что касается ближних ультрафиолетовых лучей, их делят на три подгруппы, классифицируя по диапазонам на:

Длинные, находящиеся в пределах от 400 до 315 нанометров;

Средние - от 315 до 280 нанометров;

Короткие - от 280 до 100 нанометров.

Измерительные приборы

Как человек определяет ультрафиолетовое излучение? На сегодняшний день существует множество специальных устройств, разработанных не только для профессионального, но и для бытового применения. С их помощью измеряется интенсивность и частота, а также величина полученной дозы УФ-лучей. Результаты позволяют оценить их возможный вред для организма.

Источники ультрафиолета

Основным «поставщиком» УФ-лучей на нашей планете является, разумеется, Солнце. Однако на сегодняшний день человеком изобретены и искусственные источники ультрафиолета, которыми являются специальные ламповые приборы. Среди них:

Ртутно-кварцевая лампа высокого давления, способная работать в общем диапазоне от 100 до 400 нм;

Люминисцентная витальная лампа, генерирующая волны длиной от 280 до 380 нм, максимальный пик ее излучения находится между значениями 310 и 320 нм;

Безозоннные и озонные бактерицидные лампы, вырабатывающие ультрафиолетовые лучи, 80% которых составляет в длину 185 нм.

Польза УФ-лучей

Аналогично естественному ультрафиолетовому излучению, идущему от Солнца, свет, вырабатываемый специальными приборами, воздействует на клетки растений и живых организмов, изменяя их химическую структуру. Сегодня исследователям известны лишь некоторые разновидности бактерий, способные существовать без этих лучей. Остальные же организмы, попав в условия, где отсутствует ультрафиолетовое излучение, непременно погибнут.

УФ-лучи способны оказать значимое влияние на происходящие метаболические процессы. Они повышают синтез серотонина и мелатонина, что оказывает положительное влияние на работу центральной нервной, а также эндокринной системы. Под действием ультрафиолетового света активизируется выработка витамина D. А это главный компонент, способствующий усвоению кальция и препятствующий развитию остеопороза и рахита.

Вред УФ-лучей

Губительное для живых организмов жесткое ультрафиолетовое излучение не пропускают на Землю озоновые слои, находящиеся в стратосфере. Однако лучи, находящиеся в среднем диапазоне, доходящие до поверхности нашей планеты, способны вызвать:

Ультрафиолетовую эритему - сильный ожог кожи;

Катаракту - помутнение хрусталика глаза, которое приводит к слепоте;

Меланому - рак кожи.

Кроме этого, ультрафиолетовые лучи способны оказать мутагенное действие, вызвать сбои в работе иммунных сил, что становится причиной возникновения онкологических патологий.

Поражение кожи

Ультрафиолетовые лучи порой вызывают:

1. Острые повреждения кожи. Их возникновению способствуют высокие дозы солнечной радиации, содержащие лучи среднего диапазона. Они воздействуют на кожу в течение короткого времени, вызывая при этом эритему и острый фотодерматоз.
2. Отсроченное повреждение кожи. Оно возникает после длительного облучения длинноволновыми УФ-лучами. Это хронические фотодерматиты, солнечная геродермия, фотостарение кожи, возникновение новообразований, ультрафиолетовый мутагенез, базальноклеточный и плоскоклеточный рак кожи. В этом списке находится и герпес.

Как острые, так и отсроченные повреждения порой получают при чрезмерных увлечениях искусственными солнечными ваннами, а также при посещениях тех соляриев, которые используют несертифицированное оборудование или где не проводятся мероприятия по калибровке УФ-ламп.

Защита кожи

Человеческое тело, при ограниченном количестве любых солнечных ванн, способно справиться с ультрафиолетовым излучением самостоятельно. Дело в том, что свыше 20 % таких лучей может задержать здоровый эпидермис. На сегодняшний день защита от ультрафиолета, чтобы избежать возникновения злокачественных образований, потребует:

Ограничения времени пребывания на солнце, что особенно актуально в летние полуденные часы;

Ношение легкой, но в то же время закрытой одежды;

Подбор эффективных солнцезащитных кремов.

Использование бактерицидных свойств ультрафиолета

УФ-лучи способны убить грибок, а также другие микробы, которые находятся на предметах, поверхности стен, пола, потолков и в воздухе. В медицине широко используются эти бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения, и применение им находится соответствующее. Специальные лампы, вырабатывающие УФ-лучи, обеспечивают стерильность хирургических и манипуляционных помещений. Однако ультрафиолетовое бактерицидное излучение используется медиками не только в целях борьбы с различными внутрибольничными инфекциями, но и как один из методов устранения многих заболеваний.

Светолечение

Применение ультрафиолетового излучения в медицине представляет собой один из методов избавления от различных заболеваний. В процессе такого лечения производится дозированное воздействие УФ-лучей на организм пациента. При этом применение ультрафиолетового излучения в медицине для этих целей становится возможным благодаря использованию специальных ламп фототерапии.

Подобная процедура проводится для устранения заболеваний кожи, суставов, органов дыхания, периферической нервной системы, женских половых органов. Назначается ультрафиолет для ускорения процесса заживления ран и для профилактики рахита.

Особенно эффективно применение ультрафиолетового излучения в терапии псориаза, экземы, витилиго, некоторых видов дерматита, пруриго, порфирии, прурита. Стоит отметить, что такая процедура не требует анестезии и не вызывает у больного неприятных ощущений.

Применение лампы, производящей ультрафиолет, позволяет получить хороший результат при лечении больных, прошедших тяжелые гнойные операции. В этом случае пациентам также помогает бактерицидное свойство этих волн.

Применение УФ-лучей в косметологии

Инфракрасные волны активно используются и в сфере поддержания красоты и здоровья человека. Так, применение ультрафиолетового бактерицидного излучения необходимо для обеспечения стерильности различных помещений и приборов. Например, это может быть профилактика инфицирования маникюрных инструментов.

Применение ультрафиолетового излучения в косметологии - это, конечно же, солярий. В нем с помощью специальных ламп клиенты могут получить загар. Он прекрасно защищает кожу от возможных последующих ожогов солнца. Именно поэтому косметологи рекомендуют перед поездкой в жаркие страны или на море пройти несколько сеансов в солярии.

Необходимы в косметологии и специальные УФ-лампы. Благодаря им происходит быстрая полимеризация особого геля, используемого для маникюра.

Определение электронных структур предметов

Находит свое применение ультрафиолетовое излучение и в физических исследованиях. С его помощью определяют спектры отражения, поглощения и испускания в УФ-области. Это позволяет уточнить электронную структуру ионов, атомов, молекул и твердых тел.

УФ-спектры звезд, Солнца и других планет несут в себе информацию о тех физических процессах, которые происходят в горячих областях исследуемых космических объектов.

Очистка воды

Где еще используются УФ-лучи? Находит свое применение ультрафиолетовое бактерицидное излучение для обеззараживания питьевой воды. И если ранее с этой целью использовался хлор, то на сегодняшний день уже достаточно хорошо изучено его негативное влияние на организм. Так, пары этого вещества способны вызвать отравление. Попадание в организм самого хлора провоцирует возникновение онкологических заболеваний. Именно поэтому для обеззараживания воды в частных домах все чаще стали применяться ультрафиолетовые лампы.

Применяются УФ-лучи и в бассейнах. Ультрафиолетовые излучатели для устранения бактерий используют в пищевой, химической и фармакологической промышленности. Этим сферам также нужна чистая вода.

Обеззараживание воздуха

Где еще человек использует УФ-лучи? Применение ультрафиолетового излучения для обеззараживания воздуха также становится все более распространенным в последнее время. Рециркуляторы и излучатели устанавливаются в местах массового скопления людей, таких, как супермаркеты, аэропорты и вокзалы. Использование УФИ, воздействующего на микроорганизмы, позволяет провести обеззараживание среды их обитания в самой высокой степени, вплоть до 99,9 %.

Бытовое применение

Кварцевые лампы, создающие УФ-лучи, уже на протяжении многих лет дезинфицируют и очищают воздух в поликлиниках и больницах. Однако в последнее время все чаще находит свое применение ультрафиолетовое излучение в быту. Оно весьма эффективно для ликвидации органических загрязнителей, например, грибка и плесени, вирусов, дрожжей и бактерий. Эти микроорганизмы особенно быстро распространяются в тех помещениях, где люди по различным причинам надолго плотно закрывают окна и двери.

Использование бактерицидного облучателя в бытовых условиях становится целесообразным при малой площади жилья и большой семье, в которой есть маленькие дети и домашние питомцы. Лампа с УФ-излучением позволит периодически дезинфицировать комнаты, сводя к минимуму риск возникновения и дальнейшей передачи заболеваний.

Используются подобные приборы и туберкулезниками. Ведь такие больные не всегда проходят лечение в стационаре. Находясь дома, им требуется обеззараживать свое жилище, применяя в том числе и ультрафиолетовое излучение.

Применение в криминалистике

Учеными разработана технология, позволяющая обнаружить минимальные дозы взрывчатых веществ. Для этого используется прибор, в котором производится ультрафиолетовое излучение. Такое устройство способно определить наличие опасных элементов в воздухе и в воде, на ткани, а также на коже подозреваемого в преступлении.

Также находит свое применение ультрафиолетовое и инфракрасное излучение при макросъемке объектов с невидимыми и маловидимыми следами совершенного правонарушения. Это позволяет криминалистам изучить документы и следы выстрела, тексты, подвергшиеся изменениям в результате их залития кровью, чернилами и т.д.

Другие применения УФ-лучей

Ультрафиолетовое излучение используется:

В шоу-бизнесе для создания световых эффектов и освещения;

В детекторах валют;

В полиграфии;

В животноводстве и сельском хозяйстве;

Для ловли насекомых;

В реставрации;

Для проведения хроматографического анализа.

Новости

Что такое Ультрафиолетовый свет: УФ-излучение

17.09.2017

1343

Ультрафиолетовый свет

Ультрафиолетовый свет — это тип электромагнитного излучения, который заставляет плакаты с черным светом светиться, отвечает за летний загар и солнечные ожоги. Однако слишком большое воздействие УФ-излучения повреждает живую ткань.

Электромагнитное излучение исходит от солнца и передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный (ЭМ) спектр. Спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общими обозначениями являются радиоволны, микроволны, инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма-лучи.

Ультрафиолетовый (УФ) свет попадает в диапазон ЭМ-спектра между видимым светом и рентгеновскими лучами. Он имеет частоты приблизительно от 8 × 1014 до 3 × 1016 циклов в секунду или герц (Гц) и длины волн около 380 нанометров (1,5 × 10-5 дюймов) до примерно 10 нм (4 × 10-7 дюймов). Согласно «Ультрафиолетовому излучению» У.С. ВМФ, УФ обычно делится на три поддиапазона:

• UVA или вблизи УФ (315-400 нм)
• UVB или средний УФ (280-315 нм)
• UVC, или далеко УФ (180-280 нм)

Ультрафиолетовый свет обладает достаточной энергией для разрушения химических связей. Из-за их более высоких энергий УФ-фотоны могут вызывать ионизацию, процесс, в котором электроны отрываются от атомов. Полученная вакансия влияет на химические свойства атомов и заставляет их образовывать или разрушать химические связи, которых они иначе не имели бы. Это может быть полезно для химической обработки, или это может повредить материалы и живые ткани. Этот ущерб может быть полезен, например, на дезинфицирующих поверхностях, но он также может быть вредным, особенно для кожи и глаз, на которые наиболее неблагоприятно воздействуют ультрафиолетовое излучение.

Большая часть естественного света с ультрафиолетовыми лучами встречаются от солнца. Тем не менее, только около 10 процентов солнечного света является ультрафиолетовым излучением, и только около трети этого проникает в атмосферу когда достигает земли. Из солнечного света достигает экватора 95%, а 5% — ультрафиолет. Никакой измеримый УФК от солнечной радиации не достигает поверхности Земли, потому что озон, молекулярный кислород и водяной пар в верхней атмосфере полностью поглощают самые короткие длины волн УФ. Тем не менее, «ультрафиолетовое излучение широкого спектра действия является самым сильным и самым разрушительным для живых существ», согласно 13-му докладу NTP по канцерогенам».

Загар является реакцией на воздействие вредных лучей. По сути, загар обусловлен естественным защитным механизмом организма, который состоит из пигмента, называемого меланином, который продуцируется клетками в коже, называемыми меланоцитами. Меланин поглощает ультрафиолетовый свет и рассеивает его как тепло. Когда организм ощущает солнечный урон, он посылает меланин в окружающие клетки и пытается защитить их от дальнейшего повреждения. Пигмент заставляет кожу темнеть.

«Меланин — естественный солнцезащитный крем» , — сказал в интервью 2013 года помощник профессора дерматологии Медицинской школы Университета Тафтса. Тем не менее, постоянное воздействие ультрафиолетового света может подавить защиту организма. Когда это происходит, происходит токсическая реакция, приводящая к солнечному ожогу. Ультрафиолетовый свет может повредить ДНК в клетках организма. Тело ощущает это разрушение и наводняет область кровью, чтобы помочь в процессе заживления. Болезненное воспаление также происходит. Обычно в течение полудня из-за переизгашения на солнце характерный красно-омарный вид солнечного ожога начинает становиться известным и ощущаться.

Иногда клетки с ДНК, мутированные солнечными лучами, превращаются в проблемные клетки, которые не умирают, а продолжают распространяться как рак. «Ультрафиолетовый свет вызывает случайные повреждения в процессе восстановления ДНК, так что клетки приобретают способность избегать смерти», — сказал Чжуан.

Результатом является рак кожи, наиболее распространенная форма рака. Люди, получающие солнечные ожоги, подвергаются значительно более высокому риску. По словам Фонда рака кожи, риск смертельной формы рака кожи, называемый меланомой, удваивается для тех, кто получил пять или более солнечных ожогов.

Для получения ультрафиолетового света был разработан ряд искусственных источников. По данным Общества физики здоровья, «искусственные источники включают в себя кабины для загара, черные огни, лампы для вулканизации, бактерицидные лампы, ртутные лампы, галогенные лампы, высокоинтенсивные газоразрядные лампы, флуоресцентные и лампы накаливания и некоторые типы лазеров».

Одним из наиболее распространенных способов получения ультрафиолетового света является пропускание электрического тока через испаренную ртуть или какой-либо другой газ. Этот тип лампы обычно используется в кабинах для загара и для дезинфекции поверхностей. Лампы также используются в черных лампах, которые вызывают флуоресцентные краски и красители. Светоизлучающие диоды (светодиоды), лазеры и дуговые лампы также доступны как ультрафиолетовые источники с различными длинами волн для промышленных, медицинских и исследовательских применений.

Многие вещества, включая минералы, растения, грибы и микробы, а также органические и неорганические химикаты, могут поглощать ультрафиолетовый свет. Поглощение заставляет электроны в материале прыгать на более высокий уровень энергии. Эти электроны могут затем вернуться к более низкому энергетическому уровню в серии меньших шагов, испуская часть своей поглощенной энергии в виде видимого света — флуоресценции. Материалы, используемые в качестве пигментов в краске или красителе, которые проявляют такую ​​флуоресценцию, становятся ярче под солнечным светом, потому что поглощают невидимый ультрафиолетовый свет и повторно излучают его на видимых длинах волнах. По этой причине они обычно используются для знаков, спасательных жилетов и других применений, в которых важна высокая видимость.

Флуоресценцию можно также использовать для обнаружения и идентификации определенных минералов и органических материалов. Флуоресцентные зонды позволяют исследователям обнаруживать конкретные компоненты сложных биомолекулярных сборок, таких как живые клетки, с изящной чувствительностью и селективностью.

В люминесцентных лампах, используемых для освещения, ультрафиолетовый свет с длиной волны 254 нм получается вместе с синим светом, который испускается при прохождении электрического тока через пары ртути. Это ультрафиолетовое излучение невидимо, но содержит больше энергии, чем излучаемый видимый свет. Энергия ультрафиолетового света поглощается флуоресцентным покрытием внутри флуоресцентной лампы и излучается как видимый свет. Подобные трубки без того же флуоресцентного покрытия излучают ультрафиолетовый свет, который можно использовать для дезинфекции поверхностей, поскольку ионизирующее воздействие УФ-излучения может убить большинство бактерий.

Помимо солнца, есть многочисленные небесные источники ультрафиолетового света. По словам НАСА, в космосе очень крупные молодые звезды сияют большей частью своего света на ультрафиолетовых волнах. Поскольку атмосфера Земли блокирует большую часть ультрафиолетового света, особенно на более коротких длинах волн, наблюдения проводятся с использованием высотных воздушных шаров и орбитальных телескопов, оснащенных специализированными датчиками изображения и фильтрами для наблюдения в УФ-области спектра ЭМ.

По словам Роберта Паттерсона, профессора астрономии в Университете штата Миссури, большинство наблюдений проводятся с использованием устройств с зарядовой связью (CCD), детекторов, предназначенных для чувствительности к коротковолновым фотонам. Эти наблюдения могут определять температуры поверхности самых горячих звезд и выявлять наличие промежуточных газовых облаков между Землей и квазарами.

Лечение рака ультрафиолетовым светом

В то время как воздействие ультрафиолетового света может привести к раку кожи, некоторые состояния кожи можно лечить с помощью ультрафиолетового света. В процедуре, называемой обработкой ультрафиолетовым излучением псоралина (PUVA), пациенты принимают лекарство или наносят лосьон, чтобы сделать кожу чувствительной к свету. Затем на кожу светится ультрафиолетовый свет. PUVA используется для лечения лимфомы, экземы, псориаза и витилиго.

Это может показаться нелогичным для лечения рака кожи тем же, что и вызвало его, но PUVA может быть полезным из-за воздействия ультрафиолетового света на продукцию клеток кожи. Это замедляет рост, который играет важную роль в развитии болезни.

Ключ к происхождению жизни?

Недавние исследования показывают, что ультрафиолетовый свет, возможно, сыграл ключевую роль в происхождении жизни на Земле, особенно в происхождении РНК. В статье 2017 года в журнале Astrophysics Journal авторы исследования отмечают, что звезды красного карлика не могут излучать достаточный ультрафиолетовый свет чтобы начать биологические процессы, необходимые для образования рибонуклеиновой кислоты необходимой для всех форм жизни на Земле. Исследование также предполагает, что этот вывод может помочь в поиске жизни в других частях Вселенной.

Ведущий научный сотрудник лаборатории обработки сенсорной информации Вадим Максимов, ведущий автор исследования, опубликованного в престижном британском журнале Proceedings of the Royal Society B , рассказал РИА Новости о том, в каких цветах видят мир птицы, рыбы, люди и насекомые.

Цвета, которых нет

Разных цветов на самом деле не существует — нет такого физического свойства. Красные, зеленые, синие предметы всего лишь отражают свет с немного разной длиной волны. Цвета "видит" уже наш мозг, получая сигнал от зрительных рецепторов, "настроенных" на определенную длину волны.

Способность различать цвета зависит от числа типов таких рецепторов в сетчатке глаза и их "настройки". Рецепторы, отвечающие за цветное зрение, называются колбочками, но существует также "черно-белый канал" — палочки. Они намного чувствительнее, благодаря им мы можем ориентироваться в сумерках, когда колбочки уже не работают. Но и различать цвета в это время мы не можем.

Что видят люди…

Большинство млекопитающих, в том числе собаки, обладают двумя типами колбочек — коротковолновыми (с максимумом чувствительности к излучению с длиной волны 420 нанометров) и длинноволновыми (550 нанометров). Однако у человека и у всех приматов Старого света три типа колбочек и «трехмерное» цветовое зрение. Колбочки человека настроены на 420, 530 и 560 нанометров — мы воспринимаем их как синий, зеленый и красный цвета.

"Но 2% мужчин — тоже дихроматы, их называют "цветнослепые". На самом деле они не цветнослепые, у них просто есть только два типа колбочек — коротковолновая и одна из двух длинноволновых. Они видят цвета, но хуже — не различают красный и зеленый. Это и есть дальтоники", — сказал Максимов.

Ненужное цветовое зрение

Зрение собак ученые исследовали с конце 19 века. В 1908 году ученик Павлова Леон Орбели, изучавший условные рефлексы у собак, доказал почти полное отсутствие цветового зрения у собак. Однако в середине 20 века американские ученые обнаружили, что у собак в сетчатке присутствуют два типа колбочек, "настроенных" на 429 и 555 нанометров, хотя и в небольшом числе — лишь 20% от общего числа фоторецепторов.

"Собаки могут видят цвета примерно так же, как дальтоники. Американцы, которые обнаружили приемники в сетчатке, видели, что собаку можно научить различать цвета. Но они все равно делали вывод, что в жизни собака скорее всего не использует цветовое зрение, поскольку собаки существенную часть жизни бодрствует в сумерки, когда колбочки не работают", — сказал Максимов.

Однако он и его коллеги в эксперименте смогли доказать, что собаки действительно не только технически способны различать цвета, но и использовать это умение в жизни. В эксперименте ученые помешали пищу в закрытой и непрозрачной для запахов коробке под листами бумаги, окрашенной в светло-синий, темно-синий, светло-желтый и темно-желтый цвета.

"А потом мы взяли и поменяли цветности этих листов. И вдруг оказалось, что собаки идут не на светлую, как раньше, а на темную бумагу, но с тем же цветом. Оказалось, что для нее важна не яркость, а цвет, то есть они не только могут различать цвета, но и пользуются этим на практике", — говорит ученый.

Четырехмерное зрение

Рекордсмены по цветному зрению — рыбы, птицы и рептилии. Большинство видов этих животных — тетрахроматы, в их сетчатке присутствуют четыре типа колбочек, а у тропических раков-богомолов — 16 типов приемников.

В частности, вьюрки обладают колбочками, настроенными на ультрафиолет (370 нанометров), синий (445 нанометров), зеленый (508 нанометров) и красный (565 нанометров) цвета. "При этом птицы плохо различают яркость. Черное от белого они отличают, но оттенки серого — отказываются. И их совсем нельзя научить, если стимулы отличаются не только яркостью, но и цветом. Они "цепляются" за цвет", — сказал Максимов.

Зато птицам доступен неведомый человеку ультрафиолетовый цвет. Максимов рассказал об экспериментах с полевыми воробьями, которых учили различать листы бумаги, выкрашенные мелом и цинковыми белилами в разные оттенки серого.

"Цинковые белила поглощают ультрафиолет, а мел — нет. Для человека это одинаковый белый цвет. Приучаем птиц летать на цинковые светлые листы, потом "цинковую" бумажку делаем темной, а "меловую" делаем светлой. И видим, что птица летала на светлую бумажку, а теперь начинает летать на темную — именно потому, что она видит "ультрафиолетовый" цвет", — отметил собеседник агентства.

Предела нет

Строго говоря, никакой четкой границы видимости для рецепторов не существует, просто по мере удаления от "своей" длины волны, они становятся все менее и менее чувствительными, нужна все более высокая яркость, чтобы "разбудить" рецептор, говорит ученый.

"Когда экспериментируют со зрением, по мере движения в стороны от видимого диапазона чувствительность падает экспоненциально, но сколько вы не будете двигаться в инфракрасную или ультрафиолетовую область, она остается ненулевой", — отметил Максимов.

По его словам, в особых условиях, в абсолютной темноте и после долгой адаптации человек может увидеть "инфракрасный свет" — излучение, проходящее через специальное стекло, пропускающее длины волн больше 720 нанометров. Синие колбочки сетчатки человека "аппаратно" способны видеть ультрафиолетовое излучение — проблема в том, что роговица и хрусталик глаза его не пропускают.

"Бывает, что у человека по поводу катаракты вынимается хрусталики, в этом случае человек может видеть ультрафиолет. У нас был сотрудник, который видел разницу между двумя белилами — свинцовыми и цинковыми. Цинковые белила поглощают ультрафиолет, а свинцовые отражают", — сказал Максимов.

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:

1. Ближний спектр. Доходит до Земли через атмосферу и озоновый слой от Солнца. Длина волны - 380-200 нм.
2. 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.

1. Ближний.
2. Дальний.
3. Экстремальный.
4. Средний.
5. Вакуумный.
6. Длинноволновой черный свет (УФ-А).
7. Коротковолновой гермицидный (УФ-С).
8. 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:

1. Эритемные лампы, обладающие способностью активизировать синтез витамина D в коже. Это предохраняет от заболеваний рахитом и лечит его.
2. 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).
3. Лампы-аттрактанты, позволяющие бороться с насекомыми в условиях помещений безопасно для человека.
4. Ртутно-кварцевые устройства.
5. Эксилампа.
6. Люминесцентные устройства.
7. Ксеноновые лампы.
8. Газоразрядные устройства.
9. Высокотемпературная плазма.
10. 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.

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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:

1. Все виды воспалительных процессов, ран открытого типа, нагноений и открытых швов.
2. При травмах тканей, костей.
3. При ожогах, обморожениях и кожных заболеваниях.
4. При респираторных недугах, туберкулезе, бронхиальной астме.
5. При возникновении и развитии различных видов инфекционных заболеваний.
6. При недугах, сопровождающихся сильными болевыми ощущениями, невралгии.
7. Заболевания горла и носовой полости.
8. Рахиты и трофическая
9. Стоматологические заболевания.
10. Регуляция давления кровяного русла, нормализация работы сердца.
11. Развитие раковых опухолей.
12. 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.

Обеззараживание с помощью УФ-ламп я помню с детства – в садике, санатории и даже в летнем лагере стояли несколько пугающие конструкции, которые светились красивым фиолетовым светом в темноте и от которых нас отгоняли воспитатели. Так что же такое на самом деле ультрафиолетовое излучение и зачем оно нужно человеку?

Пожалуй, первый вопрос, на который нужно ответить – что такое вообще ультрафиолетовые лучи и как они работают. Обычно так называют электромагнитное излучение, которое находится в диапазоне между видимым и рентгеновским излучением. Ультрафиолет характеризуется длиной волны от 10 до 400 нанометров.
Открыли его еще в 19 веке, и произошло это благодаря открытию инфракрасного излучения. Обнаружив ИК-спектр, в 1801 г. И.В. Риттер обратил внимание на противоположный конец светового диапазона в процессе опытов с хлоридом серебра. А затем сразу несколько ученых пришли к выводу о неоднородности ультрафиолета.

Сегодня его разделяют на три группы:

• УФ-А излучение – ближний ультрафиолет;
• УФ-Б – средний;
• УФ-С – дальний.

Такое разделение во многом обусловлено именно воздействием лучей на человека. Естественным и основным источником ультрафиолета на Земле является Солнце. По сути, именно от этого излучения мы спасаемся солнцезащитными кремами. При этом дальний ультрафиолет полностью поглощается атмосферой Земли, а УФ-А как раз доходит до поверхности, вызывая приятный загар. А в среднем 10% УФ-Б провоцируют те самые солнечные ожоги, а также могут приводить к образованию мутаций и кожных заболеваний.

Искусственные источники ультрафиолета создаются и используются в медицине, сельском хозяйстве, косметологии и различных санитарных учреждениях. Генерирование ультрафиолетового излучения возможно несколькими способами: температурой (лампы накаливания), движением газов (газовые лампы) или металлических паров (ртутные лампы). При этом мощность таких источников варьируется от нескольких ватт, обычно это небольшие мобильные излучатели, до киловатта. Последние монтируются в объемные стационарные установки. Сферы применения УФ-лучей обусловлены их свойствами: способностью ускорять химические и биологические процессы, бактерицидным эффектом и люминесценцией некоторых веществ.

Ультрафиолет широко применяется для решения самых различных задач. В косметологии использование искусственного УФ-излучения используется прежде всего для загара. Солярии создают довольно мягкий ультрафиолет-А согласно введенным нормам, а доля УФ-В в лампах для загара составляет не более 5%. Современные психологи рекомендуют солярии для лечения «зимней депрессии», которая в основном вызвана дефицитом витамина D, так как он образуется под влиянием УФ-лучей. Также УФ-лампы используют в маникюре, так как именно в этом спектре высыхают особо стойкие гель-лаки, шеллак и подобные им.

Ультрафиолетовые лампы используют для создания фотоснимков в нестандартных ситуациях, например, для запечатления космических объектов, которые невидимы в обычный телескоп.

Широко применяется ультрафиолет в экспертной деятельности. С его помощью проверяют подлинность картин, так как более свежие краски и лаки в таких лучах выглядят темнее, а значит можно установить реальный возраст произведения. Криминалисты также используют УФ-лучи для обнаружения следов крови на предметах. Кроме того, ультрафиолет широко используется для проявления скрытых печатей, защитных элементов и нитей, подтверждающих подлинность документов, а также в световом оформлении шоу, вывесок заведений или декораций.

В медицинских учреждениях ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации хирургических инструментов. Помимо этого, все еще широко распространено обеззараживание воздуха с помощью УФ-лучей. Существует несколько видов такого оборудования.

Так называют ртутные лампы высокого и низкого давления, а также ксеноновые импульсные лампы. Колба такой лампы изготавливается из кварцевого стекла. Основной плюс бактерицидных ламп – долгий срок службы и мгновенная способность к работе. Примерно 60% их лучей находятся в бактерицидном спектре. Ртутные лампы достаточно опасны в эксплуатации, при случайном повреждении корпуса необходима тщательная очистка и демеркуризация помещения. Ксеноновые лампы менее опасны при повреждении и отличаются более высокой бактерицидной активностью. Также бактерицидные лампы разделяют на озоновые и безозоновые. Первые характеризуются наличием в своем спектре волны длиной 185 нанометров, которая взаимодействует с находящимся в воздухе кислородом и превращает его в озон. Высокие концентрации озона опасны для человека, и использование таких ламп строго ограничено во времени и рекомендуется только в проветриваемом помещении. Все это привело к созданию безозоновых ламп, на колбу которых нанесено специальное покрытие, не пропускающее волну в 185 нм наружу.

Вне зависимости от вида бактерицидные лампы имеют общие недостатки: они работают в сложной и дорогостоящей аппаратуре, средний ресурс работы излучателя – 1,5 года, а сами лампы после перегорания должны храниться упакованными в отдельном помещении и утилизироваться специальным образом согласно действующим нормативам.

Состоят из лампы, отражателей и других вспомогательных элементов. Такие устройства бывают двух видов – открытые и закрытые, в зависимости от того, проходят УФ-лучи наружу или нет. Открытые выпускают ультрафиолет, усиленный отражателями, в пространство вокруг, захватывая сразу практически всю комнату, если установлены на потолке или стене. Проводить обработку помещения таким облучателем в присутствии людей строго запрещено.
Закрытые облучатели работают по принципу рециркулятора, внутри которого установлена лампа, а вентилятор втягивает в прибор воздух и выпускает уже облученный наружу. Их размещают на стенах на высоте не менее 2 м от пола. Их возможно использовать в присутствии людей, однако длительное воздействие не рекомендуется производителем, так как часть УФ-лучей может проходить наружу.
Из недостатков таких приборов можно отметить невосприимчивость к спорам плесени, а также все сложности утилизации ламп и строгий регламент использования в зависимости от типа излучателя.

Бактерицидные установки

Группа облучателей, объединенная в один прибор, использующийся в одном помещении, называется бактерицидной установкой. Обычно они достаточно крупногабаритные и отличаются высоким энергопотреблением. Обработка воздуха бактерицидными установками производится строго в отсутствие людей в комнате и отслеживается по Акту ввода в эксплуатацию и Журналу регистрации и контроля. Используется только в медицинских и гигиенических учреждениях для обеззараживания как воздуха, так и воды.

Недостатки ультрафиолетового обеззараживания воздуха

Помимо уже перечисленного, использование УФ-излучателей имеет и другие минусы. Прежде всего, сам ультрафиолет опасен для человеческого организма, он может не только вызывать ожоги кожи, но и сказываться на работе сердечно-сосудистой системы, опасен для сетчатки глаза. Кроме того, он может вызывать появление озона, а с ним и присущие этому газу неприятные симптомы: раздражение дыхательных путей, стимуляция атеросклероза, обострение аллергии.

Эффективность работы УФ-ламп достаточно спорная: инактивация болезнетворных микроорганизмов в воздухе разрешенными дозами ультрафиолета происходит только при статичности этих вредителей. Если микроорганизмы двигаются, взаимодействуют с пылью и воздухом, то необходимая доза облучения возрастает в 4 раза, чего не может создать обычная УФ-лампа. Поэтому эффективность работы облучателя рассчитывается отдельно с учетом всех параметров, и крайне сложно подобрать подходящие для воздействия на все типы микроорганизмов сразу.

Проникновение УФ-лучей относительно неглубокое, и если даже неподвижные вирусы находятся под слоем пыли, верхние слои защищают нижние, отражая от себя ультрафиолет. А значит, после уборки обеззараживание нужно проводить еще раз.
УФ-облучатели не могут фильтровать воздух, они борются только с микроорганизмами, сохраняя все механические загрязнители и аллергены в первозданном виде.