Длина волны 400 нм что означает

Ультрафиолетовое излучение подтипы и воздействие на человека.

Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения может быть по-разному поделен на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348)[2] даёт следующие определения:

Наименование	Длина волны в нанометрах	Количество энергии на фотон	Аббревиатура
Ближний	400—300 нм	3,10—4,13 эВ	NUV
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон	400—315 нм	3,10—3,94 эВ	UVA
Средний	300—200 нм	4,13—6,20 эВ	MUV
Ультрафиолет B, средневолновой	315—280 нм	3,94—4,43 эВ	UVB
Дальний	200—122 нм	6,20—10,2 эВ	FUV
Ультрафиолет С, коротковолновой	280—100 нм	4,43—12,4 эВ	UVC
Экстремальный	121—10 нм	10,2—124 эВ	EUV, XUV

Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «чёрным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения вследствие явления фотолюминесценции.

Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.

Воздействие на здоровье человека УФ излучения

Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:

• Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315—400 нм)
• УФ-B лучи (UVB, 280—315 нм)
• Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100—280 нм)

Практически весь УФ-C и приблизительно 90 % УФ-B поглощаются при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона УФ-A достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет УФ-A и в небольшой доле — УФ-B.

Несколько позже в работах (О. Г. Газенко, Ю. Е. Нефёдов, Е. А. Шепелев, С. Н. Залогуев, Н. Е. Панфёрова, И. В. Анисимова) указанное специфическое действие излучения было подтверждено в космической медицине. Профилактическое УФ облучение было введено в практику космических полётов наряду с Методическими указаниями (МУ) 1989 г. «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей (с применением искусственных источников УФ излучения)». Оба документа являются надёжной базой дальнейшего совершенствования УФ профилактики.

Действие на кожу

Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам.

Ультрафиолетовое излучение может приводить к образованию мутаций (ультрафиолетовый мутагенез). Образование мутаций, в свою очередь, может вызывать рак кожи, меланому кожи и преждевременное старение.

Действие на глаза

Ультрафиолетовое излучение средневолнового диапазона (280—315 нм) практически неощутимо для глаз человека и в основном поглощается эпителием роговицы, что при интенсивном облучении вызывает радиационное поражение — ожог роговицы (электроофтальмия). Это проявляется усиленным слезотечением, светобоязнью, отёком эпителия роговицы, блефароспазмом. В результате выраженной реакции тканей глаза на ультрафиолет глубокие слои (строма роговицы) не поражаются т. к. человеческий организм рефлекторно устраняет воздействие ультрафиолета на органы зрения, поражённым оказывается только эпителий. После регенерации эпителия зрение, в большинстве случаев, восстанавливается полностью. Мягкий ультрафиолет длинноволнового диапазона (315—400 нм) воспринимается сетчаткой как слабый фиолетовый или серовато-синий свет, но почти полностью задерживается хрусталиком, особенно у людей среднего и пожилого возраста[3]. Пациенты, которым имплантировали искусственный хрусталик ранних моделей, начинали видеть ультрафиолет; современные образцы искусственных хрусталиков ультрафиолет не пропускают. Ультрафиолет коротковолнового диапазона (100—280 нм) может проникать до сетчатки глаза. Так как ультрафиолетовое коротковолновое излучение обычно сопровождается ультрафиолетовым излучением других диапазонов, то при интенсивном воздействии на глаза гораздо ранее возникнет ожог роговицы (электроофтальмия), что исключит воздействие ультрафиолета на сетчатку по вышеуказанным причинам. В клинической офтальмологической практике основным видом поражения глаз ультрафиолетом является ожог роговицы (электроофтальмия).

Защита глаз

• Для защиты глаз от вредного воздействия ультрафиолетового излучения используются специальные защитные очки, задерживающие до 100 % ультрафиолетового излучения и прозрачные в видимом спектре. Как правило, линзы таких очков изготавливаются из специальных пластмасс или поликарбоната.
• Многие виды контактных линз также обеспечивают 100 % защиту от УФ-лучей (обратите внимание на маркировку упаковки).
• Фильтры для ультрафиолетовых лучей бывают твердыми, жидкими и газообразными. Например, обычное стекло непрозрачно при λ < 320 нм[4]; в более коротковолновой области прозрачны лишь специальные сорта стекол (до 300—230 нм), кварц прозрачен до 214 нм, флюорит — до 120 нм. Для еще более коротких волн нет подходящего по прозрачности материала для линз объектива, и приходится применять отражательную оптику — вогнутые зеркала. Однако для столь короткого ультрафиолета непрозрачен уже и воздух, который заметно поглощает ультрафиолет, начиная с 180 нм.

УФ светильники и рециркуляторы воздуха можно купить у нас. Они представлены в разделе УФ светильники и рециркуляторы воздуха.

Категории товаров

• Накладные и подвесные
• Офисные светильники
• Прожекторы
• Промышленные светильники
• Трековые светильники
• Уличные светильники
• Услуги
• УФ светильники и рециркуляторы воздуха
• Электронные компоненты

Ультрафиолетовый спектр и его влияние на развитие растения

В естественных условиях растения постоянно находятся под воздействием ультрафиолетового излучения. В спектре солнечного света 7% энергии приходится на ультрафиолет. Это длины электромагнитных волн в диапазоне 200-400 нм. От наиболее к наименее жесткому ультрафиолет подразделяют на 3 вида — С, В и А. С областями излучения 100-280 нм, 280-320 нм, 320-400 нм соответственно.

УФ-С — губительный и полностью поглощается атмосферными газами. УФ-В также поглощается атмосферой, но небольшая его часть все же достигает поверхности земли. И УФ-А почти беспрепятственно проходит сквозь атмосферу, воздействуя в дальнейшем на растения и другие объекты живого мира.

Восприятие ультрафиолета

За обработку световых сигналов в ультрафиолетовом спектре отвечают сразу несколько фоторецепторов. Уже знакомые из предыдущих статей — фитохром, криптохром, фототропин, а также открытый относительно недавно рецептор UVR8. Первые 3 типа рецепторов имеют несколько пиков восприятия светового излучения. То есть каждый из них способен реагировать на разные длины волн.

С UVR8 ситуация иная. Как видно на графике, он сосредоточен только на УФ-В. Со стороны растения такое решение обосновано, ведь высокоэнергетическое излучение УФ-В имеет серьезное воздействие практически на все организмы. Благодаря информации, полученной с помощью UVR8, растение способно запускать ответные реакции для защиты и восстановления от избыточного ультрафиолетового излучения.

Пики поглощения спектров фитохромом, криптохромом, фототропином и URV8.

Фитохром, рецептор красного света, также способен улавливать УФ-В. Но для запуска генетических программ это имеет меньшее значение в сравнении с действием UVR8. Это демонстрирует опыт, где мутантные растения, лишенные данного рецептора, росли при естественном освещении с хлоротичными и скрученными листьями. За восприятие УФ-А, который также участвует в фотоморфогенезе, отвечают рецепторы синего света: криптохром и фототропин.

Интенсивность фотосинтеза

Растения могут существенно различаться по восприимчивости к ультрафиолету. Повреждение ДНК, деградация белков, участвующих в фотосинтезе, нарушение работы хлоропластов, разрушение хлорофилла и каротиноидов — такие последствия характерны для излучения в области 280-400 нм. Но не все так однозначно. Результат зависит от мощности и продолжительности воздействия ультрафиолета. И ряд экспериментов показывает, в каких условиях возможно получить дополнительный синтез вторичных метаболитов без вреда для фотосинтеза и товарного вида продукции.

В исследовании, опубликованном в журнале New phytologist, показано, как небольшие дозы ультрафиолетового излучения не провоцировали угнетения скорости фотосинтеза у растений арабидопсиса. После 20 дней от всходов арабидопсис, выращиваемый в теплице, подвергли воздействию дополнительного УФ-В в течение 12 дней по 2 часа. Мощность коротковолнового излучения составляла 1.7 Вт/м2. Авторы работы отмечают, что для существенного торможения скорости фотосинтеза нужно воздействовать на растения ультрафиолетом по 4 часа в день с мощностью 6 Вт/м2. Таким образом исследователи избежали негативного влияния ультрафиолета на фотосинтез и при этом увеличили производство вторичных метаболитов.

Похожих результатов удалось добиться российским ученым с листовым салатом. Его также выращивали в теплице и после 24 дней от всходов начали воздействовать ультрафиолетом на растения. В этом опыте интенсивность УВ-В была выше, чем в зарубежном — 2.7 Вт/м2. Но при этом существенно различалась продолжительность облучения — от 2 до 15 минут в день.

«1»- контроль, «2»- дополнительная УФ обработка.

По накоплению надземной биомассы можно косвенно судить об изменениях скорости фотосинтеза. И среди тестируемых сортов салата не было обнаружено статистически значимых различий. Эти показатели видны на графике ниже, где “1”- контроль, “2”- дополнительная УФ обработка.

Влияние UV на развитие растения

Ультрафиолет по сути своей стрессор для живых организмов. И один из механизмов, который используют растения для защиты — изменение своей морфологии. В общих чертах это проявляется в уменьшении размеров растения, площади его листьев, количества устьиц, длины междоузлий, а также стимуляции пазушного ветвления. При этом может увеличиваться толщина как самих листьев, так и их защитного воскового слоя.

Также есть данные, что умеренные дозы коротковолнового излучения стимулируют производство хлорофиллов. По всей видимости это компенсаторный механизм в ответ на сокращающуюся площадь листа. На графике снизу ромбовидными фигурами показана зависимость между интенсивностью ультрафиолетового воздействия и количеством хлорофилла у арабидопсиса.

Интересно, что ультрафиолетовые лучи оказывают не просто ингибирующее воздействие на ростовые процессы, но приводят к комплексным изменениям в росте растения. В упомянутом ранее исследованиис арабидопсисом ученые отметили существенные трансформации на стадии цветения. Вместе с уменьшением высоты растений, изменилось количество цветущих стеблей. Такая закономерность сохранялась и в опытах на других культурах.

Авторы работы связывают это явление с изменениями метаболизма гормона ауксина. Подобной реакции можно добиться прищипыванием верхушки побега, которое также сопровождается изменениями в работе этого гормона. Но прищипывание так или иначе является стрессором. Для культур с коротким жизненным циклом важно выбирать наименее травмирующие способы формирования растения. Умеренные дозы ультрафиолета вносят вклад в развитие организма и при этом не вызывают у него стресс. Поэтому применение коротковолнового излучения может оказаться перспективным решением.

Синтез вторичных метаболитов

Вторичные метаболиты не являются жизненно необходимыми соединениями для растений. Их производство требует ресурсов, тратить которые организм не станет без серьезной причины. А между тем такие соединения несут в себе пищевую и лекарственную ценность для человека. Поэтому важно создавать такие условия выращивания, при которых растение увеличивает синтез вторичных метаболитов без потери общей производительности.

В ответ на облучение ультрафиолетом в поверхностном слое растительной ткани увеличивается синтез веществ, которые препятствуют проникновению пагубных лучей. Синтезируемые вещества представлены в основном фенольными и флавоноидными соединениями, которые имеют широкое применение в медицине. На их основе изготавливают противомикробные, противовоспалительные, желчегонные и другие виды препаратов. Употребляя фенольные соединения с пищей, мы получаем антиоксидантный и противоопухолевый эффект. Что важно, для запуска программы по синтезу защитных веществ не обязательно подвергать растение реальной угрозе. В тех же экспериментах с арабидопсисоми листовым салатом показано, что повышенный синтез целевых соединений возможен при нормальном функционировании всего организма.

Пара слов о каннабисе

Другой зарубежный эксперимент также показал преимущества ультрафиолета в этой области. Добавление коротковолнового излучения в общий поток света увеличило концентрацию каннабиноидов в соцветиях каннабиса. В опыте было 3 варианта освещения: натриевая лампа высокого давления и 2 светодиодных облучателя.

Под газоразрядной лампой средний урожай сухих соцветий был наибольшим — 26.6г. Тогда как под светодиодными облучателями AP673L и NS1 23.1 и 22.8 г соответственно. Но по содержанию как общего количества, так и отдельно взятых каннабиноидов вариант с натриевой лампой оказался последним. В процентном соотношении на графиках показано как меняется количество различных каннабиноидов по вариантам.

Спектральные свойства и интенсивность света (в PAR, диапазон 400-700 нм) при каждой обработке светом.

Интересно заметить, что облучатель AP673L не имеет в спектральном составе ультрафиолетового света. И тем не менее он обходит ДНаТ по уровню влияния на синтез каннабиноидов. Это можно объяснить тем, что у светодиодного светильника больше доля синего в сравнении с газоразрядной лампой — 14% против 8%. В статье про синий спектр уже упоминалось явление, при котором излучение 400 нм может запускать в растении фотопротекторную программу. То есть синий свет может работать отчасти как ультрафиолет, стимулируя синтез защитных соединений.

Заключение

Ультрафиолетовый спектр входит в состав солнечного света, и растения в открытом грунте постоянно находятся под его воздействием. Поэтому в растительном организме существуют системы по восприятию и защите от коротковолнового излучения. Эта защита проявляется на разных уровнях — меняется морфология культуры и биосинтез веществ. И правильное включение ультрафиолета в общий спектр может увеличить синтез целевых соединений без негативного влияния на развитие растения.

Ультрафиолетовое излучение, виды, свойства и применение

Открытие ультрафиолетового излучения произошло благодаря работам нескольких ученых. Одним из первых был Уильям Рамзай в 1802 году. Он заметил, что при пропускании солнечного света через кристаллическую соль часть света поглощалась, а другая часть проходила через кристаллы. Это явление получило название «рассеяния света».

Через несколько лет, в 1814 году, Уильям Гершель обнаружил, что свет, пропущенный через кристаллы кварца, также поглощался. Это открытие позволило создать первый фильтр для ультрафиолетового излучения — кварцевую лампу.

Однако, настоящее открытие произошло в 1900 году, когда Макс Лауэ открыл его способность использоваться для изучения кристаллических структур. Благодаря этому открытию, ультрафиолетовое излучение стало использоваться в рентгеновской кристаллографии, которая стала одной из важнейших областей физики.

С тех пор ультрафиолетовое излучение нашло широкое применение в различных областях, включая медицину, косметологию, промышленность и научные исследования.

Виды ультрафиолетовое излучения

Существует несколько типов ультрафиолетового излучения (УФ), каждый из которых имеет свою длину волны и область применения. Вот основные характеристики:

А (УФ-А, UVA)

Это наиболее широко используемое излучение в косметологии и производстве солнцезащитных кремов. УФ-А имеет длину волны в диапазоне от 300 до 400 нм и отвечает за загар кожи. При воздействии на кожу УФ-А может вызывать фотостарение и повреждение ДНК.

В (УФ-В, UVB)

Этот тип излучения используется в дерматологии и медицине для лечения некоторых кожных заболеваний, например, псориаза. УФ-В имеет длину волны около 280 — 320 нм, что делает его более опасным, чем УФ-А.

С (УФ-С, UVC)

Это самое опасное излучение, которое имеет длину волны менее 200 нм. УФ-С используется в промышленности для обеззараживания и стерилизации, а также в научных исследованиях.

Эти типы ультрафиолетового излучения могут быть опасны для здоровья человека, если не использовать соответствующие меры предосторожности при их использовании.

Принцип работы

Принцип работы ультрафиолетового излучения основан на его способности вызывать фотохимические реакции в биологических материалах, таких как ДНК, белки и липиды. В общем случае, УФИ может привести к следующим основным эффектам:

• Разрыв водородных связей: УФИ нарушает водородные связи в молекулах воды, что приводит к образованию свободных радикалов и активных форм кислорода, которые могут вызывать окислительный стресс и повреждение клеток.
• Фотодимеризация тимина: В ДНК, тимин (T) является одним из четырех нуклеотидов, который особенно чувствителен к УФИ. Когда УФИ попадает на ДНК, оно может вызвать фотодимеризацию тимина, что может привести к ошибкам при репликации ДНК и увеличению риска развития рака.
• Фотоокисление белков: УФИ также может вызывать окисление белков, что влияет на их структуру и функцию.
• Фотолизис липидов: Ультрафиолетовое излучение может приводить к разложению липидов, что вызывает изменения в структуре и функции мембран клеток.
• Стимуляция выработки витамина D: Находясь под воздействием УФИ, наша кожа начинает вырабатывать витамин D, который играет важную роль в здоровье костей, иммунной системы и регуляции клеточного роста.

В целом, принцип работы ультрафиолетового излучения заключается в том, что оно вызывает различные фотохимические и фотобиологические реакции в биологических системах, что может приводить как к положительным, так и к отрицательным последствиям для здоровья.

Свойства УФ-излучения

Основные свойства ультрафиолетового излучения следующие:

• Высокая энергия: имеет более высокую энергию, чем видимый свет, и может повреждать клетки кожи, вызывать ожоги и даже рак.
• Биологическая активность: ультрафиолетовое излучение влияет на многие биологические процессы в живых организмах, такие как синтез витамина D, фотосинтез и иммунный ответ. Оно может быть использовано для лечения некоторых заболеваний, но также может вызывать рак кожи при длительном воздействии.
• Фотохимическое действие: вызывает фотохимические реакции в молекулах, что может приводить к изменению их структуры и функций.
• Космическое значение: ультрафиолетовое излучение является важным фактором в поддержании жизни на Земле, защищая нашу планету от вредного солнечного излучения и поддерживая озоновый слой.
• Безопасность: в некоторых случаях ультрафиолетовое излучение может приносить пользу для здоровья, например, при лечении некоторых кожных заболеваний, но продолжительное воздействие может приводить к ожогам и раку кожи. Поэтому важно использовать защиту от ультрафиолета и избегать длительного пребывания на солнце.

Применение ультрафиолетового излучения

В медицине

• Фотодинамическая терапия (ФДТ) — это метод лечения рака, основанный на использовании УФ-излучения для активации фотосенсибилизатора в опухоли. Фотосенсибилизатор поглощает УФ-свет и передает свою энергию на опухоль, вызывая ее гибель. ФДТ может быть использована для лечения рака кожи, меланомы, рака предстательной железы и других видов рака.
• Фототоксичность — это реакция организма на УФ-излучение, которое может привести к повреждению кожи, глаз или внутренних органов. Это может произойти при длительном пребывании на солнце без защиты или при использовании УФ-лампы для лечения определенных заболеваний.
• Фототерапия — лечение различных кожных заболеваний, таких как псориаз, экзема, акне и другие. УФ-лучи могут стимулировать выработку коллагена в коже, что способствует ее регенерации и улучшению ее состояния.

Кроме того, ультрафиолетовое излучение применяется для дезинфекции помещений и оборудования, что особенно важно в условиях пандемии COVID-19.

В косметологии

Ультрафиолетовое излучение находит широкое применение в косметологических процедурах. Вот несколько примеров его использования:

• Загар: ультрафиолетовые лампы в соляриях используются для создания естественного загара на коже без воздействия прямых солнечных лучей. Это позволяет достичь красивого оттенка кожи без риска ожогов.
• Лечение кожных заболеваний: ультрафиолетовые лучи обладают антибактериальным действием, что позволяет использовать их для лечения акне, псориаза, экземы и других кожных проблем.
• Защита кожи: УФ помогает защитить кожу от вредных ультрафиолетовых лучей солнца. Использование солнцезащитных кремов с высоким фактором защиты SPF (Sun Protection Factor) и ношение защитной одежды при длительном пребывании на солнце может снизить риск солнечных ожогов и других негативных последствий.
• Создание специальных эффектов: в косметологических салонах для создания световых татуировок, рисунков и других эффектов на коже.
• Омоложение кожи: некоторые косметические процедуры, такие как лазерная шлифовка и микродермабразия, используют ультрафиолетовое излучение для удаления ороговевших клеток и стимуляции процессов регенерации кожи.

В промышленности

Ультрафиолетовое (УФ) излучение используется в различных отраслях промышленности, включая:

• Фотолитография — процесс создания микроэлектронных устройств на полупроводниковых пластинах путем облучения ультрафиолетовым светом.
• Стерилизация — УФ-излучение используется для уничтожения бактерий, вирусов и других микроорганизмов на поверхности материалов.
• Освещение — УФ-лампы используются для освещения помещений, например, в больницах, лабораториях и производственных цехах.
• Производство красок — УФ-свет применяется для полимеризации красок и создания специальных эффектов на поверхности изделий.
• Обработка воды — используются для очистки воды от бактерий и других загрязнителей.
• Фотохимическая обработка — применяется в промышленности для очистки воды, воздуха и поверхностей от различных загрязнений. УФ-излучение может использоваться для дезинфекции воды, удаления вредных веществ из воздуха и очистки поверхностей от бактерий и вирусов.

В науке

• Физика и химия: УФ-излучение играет важную роль в физике и химии. Оно используется для изучения структуры молекул и атомов, определения химических связей и реакций. Например, УФ-свет может быть использован для анализа состава органических соединений и определения их структуры.
• Биология: для изучения биологических процессов. Например, он может помочь в изучении фотосинтеза у растений и животных, а также в исследовании структуры ДНК и РНК. УФ-излучение также может быть использовано в генетических исследованиях для изучения мутаций и наследственности.
• Материаловедение: УФ-излучение имеет важное значение в материаловедении. Оно может использоваться для синтеза новых материалов с заданными свойствами. Например, УФ-излучением можно создать полимерные материалы с особыми оптическими свойствами, которые могут быть использованы в оптической промышленности.
• Техника: yапример, можно использовать для создания солнечных батарей, которые преобразуют свет в электричество.

В энергетике

Ультрафиолетовое излучение находит применение в различных областях энергетики, включая солнечную энергетику, ядерную энергетику и энергетику на основе возобновляемых источников.

• Солнечная энергетика — использует солнечные панели, которые преобразуют энергию солнечного света в электрическую энергию. Солнечные панели используют фотогальванические элементы, которые поглощают ультрафиолетовое излучение и преобразуют его в электричество.
• Ядерная энергетика — применяет ядерные реакторы для производства энергии путем расщепления атомов. В ядерных реакторах используется ультрафиолетовое излучение, чтобы инициировать ядерные реакции.

Энергетика на основе возобновляемых источников, таких как ветер и гидроэнергетика, также использует ультрафиолетовое излучение. Например, ветрогенераторы используют ультрафиолетовое излучение для обнаружения наличия ветра, а гидроэлектростанции используют ультрафиолетовое излучение для очистки воды перед ее использованием.

Длина волны 400 нм что означает

Главная Статьи Ультрафиолет

Ультрафиолет

УЛЬТРАФИОЛЕТ – ИЗЛУЧЕНИЕ ТЫСЯЧИ ПРИМЕНЕНИЙ

Ультрафиолетовая (УФ) область излучений, охватывает длины волн от 9 до 400нм.

УФ-излучение инициирует в облучаемом веществе фотохимические превращения за счёт способности активировать любые атомы (молекулы), с которыми взаимодействует, возбуждая в них электроны.

Человечество научилось применять УФ-излучение во многих областях жизнедеятельности.

УФ излучение подразделяют:

УФ-С — 120 -280 нм,

УФ-В — 280 -320 нм,

УФ — А — 320 -400нм.

Излучения области С обладают бактериальным действием. Их применяют для стерилизации воздуха и воды, для предохранения продуктов от порчи. Также излучения области С обладают свойством озонировать воздух. На использовании излучения этой области основано действие источников света — люминесцентных ламп.

Излучения области В (средней) оказывают на организм антирахитное действие, регулируют обмен веществ в живых организмах, благотворно действуют на рост домашней птицы и животных, обладают эритемным эффектом, т.е. способностью вызывать покраснение и загар человеческой кожи.

Излучения области А (ближней) широко применяются для люминесцентного анализа, для активации светящихся веществ в сигнальных, декоративных и других устройствах.

Однако, необходимо иметь в виду, что деление это не слишком строгое, так как свойства УФ-радиации, приписанные одной области, часто присущи и соседним областям, но в меньшей мере.

Ультрафиолетовое излучение лежит в основе принципов работы многих технических систем и технологических процессов, таких как:

1. Устройства для фотографирования и светокопирования;
2. Технологии отбеливания;
3. Системы для производства витамина Д из эргостерина;
4. Люминесцентные источники света;
5. Методики идентификации материалов при их сортировке по свойствам, чистоте и происхождению, например, в дефектоскопии — для обнаружения пор и трещин в отливках и сварных швах, в криминалистике — для выявления подделки денег, документов, так как небольшие изменения в сортах бумаги и красок проявляются в люминесценции, в искусствоведении — при исследовании и восстановлении старых картин и пергаментов.

Ниже мы кратко рассмотрим лишь некоторые аспекты УФ-излучения: его источники, приемники и отдельные вопросы взаимодействия с объектами живой природы.

Источники ультрафиолетового излучения (естественные и искусственные)

Раскалённый шар, находящийся в газообразном состоянии и называемый нами Солнцем, является естественным источником электромагнитных волн, доходящих до Земли.

Спектр излучения Солнца сплошной и, в общих чертах, совпадает со спектром излучения абсолютно черного тела, нагретого примерно до 5800К. Максимум излучения находится в синезеленой области спектра при 460 нм, что соответствует максимуму чувствительности зрения человека.

Солнечное излучение поглощается уже в наружных слоях Солнца (до Земли доходит примерно 0.132 Вт/см2). Далее солнечное излучение частично поглощается в земной атмосфере, основными компонентами которой являются азот и кислород в соотношении 4:1.

Коротковолновая часть (УФ) солнечного излучения обладает очень важной, с биологической точки зрения, способностью изменять газовый состав атмосферы. При взаимодействии с солнечным излучением преобладающая часть химических реакций происходит с кислородом О2. Молекулярный кислород легче всего диссоциирует при поглощении излучения в области 100-200нм, максимальной скорости распада соответствует высота примерно 100 км. Атомы, образовавшиеся в процессе фотораспада, обладают большой химической активностью и являются активными центрами цепных реакций, приводя к возникновению новых частиц, в частности, атомарный кислород может взаимодействовать с атомами и молекулами кислорода. В первом случае происходит рекомбинация и восстанавливается молекула О2. Для установившегося равновесия характерен баланс распада и рекомбинации. Спектр поглощения О2 состоит из серии полос, начиная с λ =193,5 — 202нм, сильнее поглощаются лучи с λ =186нм, поэтому коротковолновая область спектра солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, укорачивается до λ = 200-220нм. В результате взаимодействия атомарного кислорода с молекулами О2 может образоваться молекула озона О3. Образующийся озон находится, в основном, на высоте 40-70 км, (в среднем -50км), толщина слоя примерно 3 мм. Излучение длин 175-290нм почти полностью поглощается в озоновом слое, который работает как фильтр, защищающий Землю от УФ излучения. Наименьшая наблюдавшаяся длина волны солнечного излучения на Земле составляет 286нм, она была выявлена в полярной области.

Начавшееся истощение озонового слоя будет существенно влиять на экологическую обстановку на Земле. Согласно оценкам, уменьшение среднего содержания озона на 5% увеличит падающую на Землю радиацию с длинами до 300нм на 10%, что может привести к 10% увеличению случаев рака кожи. Усиление УФ излучения отрицательно сказывается на адаптации и миграции, подавляет процессы размножения и развития всех форм жизни на Земле. Из 200 видов растений — 2/3 чувствительны к ультрафиолету, наиболее сильно — семейство тыквенных (огурцы, тыквы), бобовых (горох, соя), лучше всего переносят увеличение дозы УФ излучения подсолнечник, хлопчатник. УФ излучение прежде всего поражает икру и мальков, личинки креветок и устриц, крабов. Это весьма ощутимо для человечества, так как потребление рыбы в странах Европы составляет примерно 20%, а в странах Азии эта доля доходит до 70%. Отсюда видно, что возможное разрушение озонового слоя, который защищает все живое на Земле от губительного воздействия жесткой ультрафиолетовой радиации представляет собой глобальную проблему. Помимо способности изменять химический состав внешней среды, УФ является и ионизатором воздуха, вызывает ионизацию газов в верхних слоях атмосферы, что обуславливает ее высокую проводимость. Кроме того, ультрафиолет, проходя через земную атмосферу, встречает на своем пути твердые и жидкие поверхности (частички облаков, пыли, дыма) и вызывает фотоэлектрический эффект, выбивая электроны. Эти электроны, соединяясь с молекулами воздуха, создают отрицательные ионы, что также повышает проводимость верхних слоев атмосферы. Химическое и ионизирующее действие УФ радиации приводит к возникновению ядер конденсации в атмосфере, которыми обусловлены многие гидрометеорологические явления на Земле. Таким образом, с одной стороны, земная атмосфера служит фильтром, защищая Землю от высокоэнергетичных фотонов коротковолновой части солнечного спектра и существенно изменяет состав дошедшей до Земли радиации, с другой стороны, сама является результатом этого действия. По оценкам, УФ-поток, составляет не более 1.5% общей солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Кроме процессов поглощения, часть излучения при прохождении сквозь атмосферу, рассеивается молекулами воздуха и мелким частицами, взвешенными в нем. Рассеяние излучения зависит от длины волны, особенно этот эффект проявляется в ультрафиолетовой области спектра. Лучи отклоняются от первоначального направления, не теряя при этом своей энергии и достигают земной поверхности через излучение неба. Излучение неба оказалось практически постоянным до высот 3300м. Излучение неба составляет от 50 до 80% общего излучения Солнца и неба, поэтому даже в тени можно получить загар. Почти вся потребность человеческого организма в УФ-излучении все же покрывается за счет естественной радиации Солнца. Однако содержание УФ -лучей в солнечном спектре подвержено большим изменениям (сезонные колебания по интенсивности, широте местности, потери за счет запыленности воздуха, особенно в условиях промышленных городов), поэтому в целях профилактики и коррекции УФ-недостаточности и для исследовательских целей большую роль приобретают искусственные источники ультрафиолета.

Искусственные источники УФ.

Искусственные источники в ультрафиолетовой области спектра разделяют на температурные, газоразрядные и люминесцентные.

1. Температурным источником электромагнитного излучения является любое нагретое тело. Широко используемые лампы накаливания имеют температуру 2000-3000К, так что их излучение лежит, в основном, в инфракрасной области спектра, сравнительно небольшая доля его приходится на видимую область и совсем ничтожная—на ультрафиолетовую.

С повышением температуры источника происходит увеличение доли ультрафиолетовой составляющей. Большой мощностью УФ-потока обладает угольная дуга, благодаря более высокой температуре 4000К. В пламени кислородно-ацетиленовой или кислородно-водородной горелки достигается температура выше и твердые тела, нагретые им, могут излучать УФ. В плазменной горелке может быть достигнута температура свыше 6000К, в результате чего возникает интенсивное ультрафиолетовое излучение.

2. Газоразрядные источники являются наиболее распространенными в технике ультрафиолетовыми излучателями. Их спектр состоит преимущественно из линий (линейчатый спектр), причем значительная часть энергии излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Газоразрядных излучателей сконструировано очень много, в основе действия их всех лежит один принцип, основанный на квантованности состояний электронов в атомах. С помощью электрического поля проводится возбуждение атома, т.е. электрон в атоме переводится в более высокое энергетическое состояние, после чего электрон спускается в более низкое энергетическое состояние, высвечивая разницу энергий состояний в виде фотона, как раз эта разница энергий в атоме соответствует энергиям ультрафилетового диапозона. Среди разрядов в газах и в парах металлов, применяющихся для получения УФ, разряд в парах ртути имеет наибольшее значение, так как он дает в УФ-спектре наибольшее количество интенсивных линий. В зависимости от давления паров ртути различают разряд низкого давления, происходящий при давлении 0.01-1мм.рт.ст. и разряд высокого давления, происходящий при давлении паров от 100 мм.рт.ст. до нескольких атмосфер. Спектры излучения высокого и низкого давлений содержат одни и те же линии, различаются лишь по интенсивности. Большая часть излучаемой энергии в ртутных лампах низкого давления приходится на λ 253.7нм, что почти соответствует максимуму бактерицидной эффективности, поэтому они используются для борьбы с микробами. Ртутные лампы высокого давления дают более интенсивные линии при длинах волн 254,297, 303, 313, 365нм , а линия 253.7 теряет свое превалирующее значение. Такие источники УФ используются в фототерапии кожных болезней и в промышленности — в фотохимических реакторах, в печатном деле. Среди других газоразрядных ламп чаще используются ксеноновые лампы высокого давления потому, что спектр их излучения близок к спектру Солнца над стратосферой. В люминесцентных лампах ультрафиолетовое излучение, генерируемое ртутным паром в инертном газе при низком давлении активирует люминесцентный материал (люминофор), покрывающий внутреннюю поверхность стеклянной трубки. Люминофор преобразует коротковолновое УФ излучение в длинноволновое или видимый свет в зависимости от используемого люминофора, от давления газа в лампе.

3. Люминесцентные источники делятся на: люминесцентные солнечные лампы и источники «черный свет». Люминесцентные солнечные лампы содержат люминофор, излучающий в основном при длине волны λ = 340нм. Диапазон длин волн генерируемого излучения лежит от 275 до 380нм. Этот источник эффективен с точки зрения «загара». Преимущество — возможность получения однородного поля значительной протяженности. В источнике «черного» света используемый люминофор излучает энергию в диапазоне 300-410нм с максимумом в области 350-365нм. Эти лампы используются для свечения люминесцентных красок и для фототерапии кожи с фотоактивными лекарственными веществами. Источники излучения в области УФ имеют либо линейчатый, либо смесь сплошного и линейчатого спектров. Из сложного излучения выделить излучение узкого спектрального состава удается с помощью фильтров. В УФ-области нейтральными фильтрами для ослабления излучения чаще всего служат тонкие слои платины на кварцевом стекле или металлические сетки.

3. Приемники ультрафиолетового излучения.

Биологическими приемниками УФ излучения могут быть все живые организмы.

4.Воздействие УФ на человека

Если говорить о лечебном действии солнечных лучей на организм человека, то указания о лечебном действии солнечного света можно найти еще у Геродота (484-425 гг. до н.э.). Первым врачом, рекомендовавшим применение солнечных ванн в лечебных и профилактических целях, считают Гиппократа.

Хотя основными приемниками излучения у человека являются кожа и глаза, но действие солнечной энергии на человека состоит из множества совокупно действующих факторов.

В настоящее время обычно выделяют следующие области применения УФ-радиации:

1. Бактерицидную. В воздухе обитаемых людьми помещений всегда присутствуют в значительном количестве болезнетворные микробы, находящиеся во взвешенном состоянии. Проникая в организм человека через дыхательные пути, они вызывают аэрогенные инфекционные болезни: грипп, пневмонию и т.д. Если рассматривать бактерии как своеобразный приемник излучения, то этот приемник обладает наибольшей чувствительностью в области 253,7 — 265,4 нм. Известно, что при воздействии излучения с λ =253.7нм и мощности 0.01вт в объеме воздуха 30м за 1минуту убывает 63% микробов, за 10 минут 99.99%. Изменения, происходящие под действием УФ-излучения в бактериях и низших организмах, проходят следующие три стадии: возбуждение и усиление движения, начало деструктивных изменений, смерть клетки в результате фотохимических процессов. Кривая бактерицидной эффективности УФ-излучения соответствует спектру поглощения нуклеиновых кислот, т.е. мишенью УФ являются молекулы ДНК. Бактерицидным эффектом УФ пользуются для санации и дезинфекции различных объектов внешней среды — воздуха, воды, пищевых продуктов и тары, хирургического оборудования. Роль УФ в борьбе с микробами не ограничивается только губительным действием на внешнюю среду, но проявляется и в повышении иммунологических свойств организма, так в облученных УФ-помещениях наряду с уменьшением количества бактерий воздуха, уменьшается тяжесть и средняя длительность заболевания находящихся там людей.
2. Эритемную. У млекопитающих действию УФ подвергаются, в первую очередь, глаза и кожа. Благодаря высокому содержанию поглощающих свет веществ (белки, нуклеиновые кислоты, пигменты), а также неоднородностям, кожа за счет поглощения, отражения и рассеивания ослабляет внешнее излучение. Самый верхний слой кожи — роговой слой- состоит из неживых клеток, не имеющих ядер и представляет собой, в значительной мере, мертвую ткань, лишенную собственного обмена веществ, но находящуюся в состоянии диффузионного обмена с расположенными глубже живыми слоями кожи.

Роговой слой неживых клеток служит фильтром, защищающим нижние живые слои от воздействия УФ-излучения длин волн меньше 200-210нм. Биологическое действие УФ на кожу проявляется в возникновении эритемы и пигментации. Ультрафиолетовая эритема определяется как покраснение кожи из-за расширения капилляров. В отличие от тепловой эритемы, возникающей вслед за интенсивным нагревом кожи, УФ -эритема проявляется по прошествии некоторого времени (латентный период). Интенсивность эритемы возрастает до некоторого максимального значения, а затем уменьшается. Прозрачность различных участков кожи зависит от толщины наружного рогового слоя: проникающие в него лучи с λ ∼ 200-250нм вызывают эритему, лучи с λ 250- 270нм проходят через зернистый слой, вызывая пигментацию и эритему, лучи с λ 270-320нм проникают до сосудистого слоя, вызывая обильную пигментацию и эритему, стимулируют работу жировых желез и нервных окончаний кожи, лучи с λ 320÷400нм 19 проходят через дерму, вызывая пигментацию. До подкожной клетчатки доходят лучи с λ 390-400нм, производя тепловой эффект и, вызывая покраснение кожи за счет переполнения кровью сосудистого слоя. Продолжительность латентного периода и характер изменения интенсивности покраснения во времени зависит от спектрального распределения энергии источника УФ излучения. между облучением и образованием эритемы. Эритема, вызванная УФ лучами, заканчивается пигментацией облученного участка кожи, т.е. загаром. Известно, что для образования минимально заметной эритемы, необходимо 4.8 мкал/см2 при 269.7нм. Частично загар связан с миграцией поверхностного меланина, находящегося в базальных клетках, в поверхностные слои кожи. В настоящее время распространена теория, что эти гранулы меланина служат защитным экраном от УФ излучения более важным, чем толщина ороговевшего слоя. Эритемная реакция кожи зависит от патологических процессов, происходящих в организме человека, резкое снижение фоточувствительности кожи наблюдается при гипертрофии, инфекционных заболеваниях. Изменение функционального состояния кожных рецепторов, поражение спинного мозга и т.д. изменяет эритемную реакцию. Так, облучение УФ во время наркоза дает резкое ослабление эритемы, повреждение спинного мозга влечет за собой угнетение эритемы ниже повреждения. В период развития и формирования эритемы наблюдается снижение порога болевой чувствительности, что позволяет применять её в качестве анальгезирующего средства. Разрушение большого количества живых клеток при УФ-облучении вызывает известное раздражение, так как разрушенные клетки должны быть удалены или восстановлены. В результате этого усиливается активность ферментов, гормонов, витаминов в слоях кожи, прилегающих к поверхности, т.е. усиливаются все обменные процессы. Таким образом, УФ эритема является сложным нервно- рефлекторным процессом, находящимся в зависимости как от периферической, так и от центральных отделов нервной системы. Все это является основанием широкого применения эритотерапии в клиниках внутренних и нервных заболеваний. С другой стороны, превышение безопасных доз УФ облучения приводит к злокачественным новообразованиям, к серьезнейшим заболеваниям глаз, кожи и других органов.

3 Антирахитную. Отсутствие солнечной радиации может привести к развитию патологического состояния, известного как «световое голодание» или недостаточность витаминов Д. При авитаминозе Д ухудшается фосфорно- кальциевый обмен, наблюдается снижение механической прочности костей, кариес зубов, склонность к костным переломам, у детей развивается рахит. При облучении λ 280 ÷ 302 нм в коже образуются витамины группы Д. Они оказывают существенное влияние на деятельность фермента фосфатазы, активируя её, что способствует мобилизации неорганического фосфора и связыванию кальция крови с фосфатами, которые откладываются в костях. Минимальное количество УФ, необходимое для поддержания физиологического уровня кальция и фосфора крови, составляет 1/8 — 1/9 эритемной дозы в день.

Действие УФ-излучения на органы зрения.

Перечисленные области воздействия не исчерпывают все возможности УФ излучения. Так, исследования последних лет показали, что УФ облучение крови приводит к фотомодификации поверхности клеток крови, их активации и освобождению из них биологически активных веществ, улучшению микроциркуляции крови. Эти эффекты положены в основу метода аутотрансфузии УФ-облученной крови (АУФОК), который имеет большие лечебные перспективы использования, в частности, при ишемической болезни сердца.

Механизм биологических реакций на УФ-воздействие сложен, многообразен, зависит от дозы, методики воздействия и складывается из целого ряда процессов. Различные аспекты биологического излучения приобретают в настоящее время особую актуальность, что связано как с опасностью начавшегося разрушения озонового слоя атмосферы, так и с большей изоляцией человека от окружающей среды.