Практическое применение ультрафиолетового излучения

Ультрафиолетовые лучи имеют самую большую биологическую активность. Если учесть природные условия, то наиболее мощным кладезем таких лучей считается солнце. Поверхности земли касается лишь длинноволновая часть, а коротковолновую поглощает атмосфера. Помимо, естественных источников существуют искусственные, излучению которых можно подвергаться непроизвольно или же с целью лечения.

Общая характеристика

Ультрафиолетовое излучение – это излучение электромагнитного характера, имеющее длину волн от десяти до четырехсот нм. Их испускание, а также поглощение осуществляется различными квантами энергии. В медицине применяют лучи, длина которых равна 180-400 нм. Помимо этого, ультрафиолетовое излучение имеет отдельные спектры, имеющие лечебные свойства, например:

• А – от 315 до 400 нм;
• В – от 280 до 315 нм;
• С – от 180 до 280 нм.

Спектр А и В относят к длинноволновым лучам, а именно ДУФ, что касается группы С, то ее считают коротковолновой – КУФ.

УФ излучение владеет специфической активностью фотохимического характера, что активно и успешно применяют в медицине, а также на производстве. Облучение используют в процессе отбеливания тканей, синтезе конкретных веществ, получении витамина Д, производстве кожи лакированной, а также различных производственных манипуляциях. Важно учесть, что излучение имеет уникальные свойства, а именно – возможность организовать люминесценцию.

Ультрафиолетовое излучение оказывает влияние на следующий тип работников:

• медицинский персонал;
• сварщики;
• технические работники;
• в процессе стерилизации воды, а также светокопировки;
• при плавке, литье металлов;
• на производстве радиоламп.

Это важно! Ультрафиолетовые лучи способны изменять химическую структуру клеток, тканей.

Основные источники излучения

Ультрафиолетовое излучение имеет некоторые источники, а именно – естественные, искусственные. Что касается естественного источника, то к нему относятся солнечный свет, звезды, космические объекты и туманности. Земли достигает длинноволновая часть. Главный природный источник – солнце. Наибольшему воздействию подвержена та группа лиц, которая на протяжении длительного времени пребывает под солнечным светом.

Искусственные источники, оказывающие влияние на людей, подразделяются на несколько основных подгрупп:

Дуга сварки промышленной

Основным источником UVR экспозиции принято считать энергию оборудования для данной конструкции. УФ излучение достаточно высокое. Вызывает серьезное поражение кожного покрова, глаз, после 3-10 минут воздействия. Такое влияние возможно при нахождении в нескольких метрах от сварки. Именно поэтому работник, который занимается сваркой, обязан иметь специальную защиту для кожи, глаз.

Черный свет

Искусственный источник УФ излучений. Это специфическая лампа, которая занимается выработкой энергии ультрафиолетового диапазона. В основном их используют для испытаний порошков флуоресцентных с помощью адеструктивного способа, чтобы определить подлинность документов, банкнот и прочее. При воздействии на человеческий организм не причиняют существенного вреда.

Лампы рабочие и промышленные

UVR лампы – рабочие, промышленные. На производстве имеется множество процессов, которые используют указанную лампу. Например: фотохимический метод закрепления пластиков, чернил, красок. Воздействие на человека минимальное, так как применяется экранирование.

Лампа бактерицидная

Источник излучения – UVR лампа бактерицидная. В данной ситуации имеется УФ излучение, длина волн которого находится в диапазоне от 250 до 265 нм, что подходит для проведения дезинфекции, стерилизации. Их применение весьма удачно в медицинских учреждениях, цель которых – борьба с туберкулезом. Важно правильно установить такую лампу, а также воспользоваться защитой для глаз.

Загар косметический

Если человек пользуется услугами искусственного загара, то специальная кушетка может оказать воздействие на экспозицию кожного покрова УФ излучению. Кроме этого, работники таких салонов подвергаются постоянному влиянию низкочастотного ультрафиолета.

Освещение

На предприятиях, в домах и офисах широко используются лампы флуоресцентные, которые являются кладезем маленькой порции УФ излучения.

Как можно заметить, человек подвергается излучению не только на производстве, но и в домашних условиях.

Медицинское использование

Ультрафиолетовое излучение имеет широкое применение в современной медицине. Это обусловлено тем, что УФ лучи способны проводить болеутоляющий эффект, снижать повышенную возбудимость. Свойства излучений настолько уникальны, что благодаря им можно осуществить антирахитическое, а также антиспастическое воздействие. Под его влиянием наблюдается формирование витамина Д. В человеческом организме усиливается процесс окисления, ткани поглощают больше кислорода, что способствует выделению углекислоты. УФ излучение вызывает активацию ферментов, улучшение углеводного, белкового обмена, повышение уровня фосфатов и кальция в крови.

При правильном применении происходят следующие процессы:

• повышение тонуса организма;
• расширение сосудов;
• снижение артериального давления;
• улучшение циркуляции крови;
• происходят регенеративные процессы.

Применение УФ излучения в медицине основывается на оказании десенсибилизирующего, противовоспалительного воздействия, что вызывает значительные улучшения.

Используя комплекс мероприятий, УФ облучение проводят с лечебной целью:

• при заболеваниях кожного покрова;
• рахит;
• туберкулез суставов, костей, а также лимфатических узлов;
• отморожения, ожоги;
• болезни периферической нервной системы;
• фиброзный туберкулез;
• заживление травм;
• гнойные раны.

Важно учесть имеющиеся противопоказания к данной процедуре:

• быстрое истощение организма;
• заболевания сердечно-сосудистой системы;
• злокачественные опухоли;
• болезни почек;
• активная стадия легочного туберкулеза;
• нарушения в работе ЦНС.

Следует помнить о температуре излучений, так как это очень важно. Тело вступает в процесс генерации, когда температура УФ излучений достигает отметки 1200 градусов.

Негативное влияние УФ

УФ облучение на протяжении длительного времени, сказывается негативным образом на здоровье человека, так как провоцирует развитие патологий. Если облучение значительное, проявляются такие симптомы:

• вялость и апатия, быстрая утомляемость;
• мигрени;
• нарушение памяти;
• повышенная сонливость;
• отсутствие аппетита.

Чрезмерное влияние излучений ультрафиолета способно стать причиной:

• ожогов;
• дерматитов;
• отечности и зуда;
• гемолиза;
• гиперкальцемии;
• высокая температура тела;
• разбитость и подавленность;
• задержка в развитии и прочее.

Это важно! Помните о том, что любой дерматит может спровоцировать развитие онкологии.

Чтобы избежать негативных последствий, необходимо обеспечить себя специальной защитой. На производственных предприятиях стоит использовать шлемы, щитки и очки защитные, ширмы изолирующие, спецодежду, а также переносной экран. Что касается бытовых условий, то желательно пользоваться солнцезащитным кремом, спреем или лосьоном, а также носить очки с затемненными стеклами.

Солнце – мощный источник тепла и света. Без него не может быть жизни на планете. От солнца исходят лучи, которые не видны невооруженным глазом. Узнаем, какие свойства имеет ультрафиолетовое излучение, его влиянии на организм и возможном вреде.

Солнечный спектр имеет инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую части. УФ оказывает и положительное, и отрицательное действие на человека. Его используют в разных сферах жизнедеятельности. Широкое применение отмечается в медицине, ультрафиолетовое излучение имеет свойство изменять биологическую структуру клеток, оказывая воздействие на организм.

Источники облучения

Главный источник ультрафиолетовых лучей – солнце. Также их получают при помощи специальных лампочек:

1. Ртутно-кварцевые высокого давления.
2. Витальные люминесцентные.
3. Озонные и кварцевые бактерицидные.

В настоящее время человечеству известны лишь некоторые виды бактерий, способные существовать без ультрафиолета. Для остальных живых клеток его отсутствие приведет к смерти.

Какого же влияние ультрафиолетового излучения на организм человека?

Положительное действие

На сегодняшний день УФ широко используется в медицине. Он обладает успокаивающим, болеутоляющим, антирахитическим и антиспастическим воздействием. Положительное влияние ультрафиолетовых лучей на организм человека:

• поступление витамина D, он нужен для усвоения кальция;
• улучшение обмена веществ, так как активизируются ферменты;
• снижение нервного перенапряжения;
• повышение выработки эндорфинов;
• расширение сосудов и нормализация циркуляции крови;
• ускорение регенерации.

Ультрафиолет для человека полезен также тем, что он воздействует на иммунобиологическую активность, способствует активизации защитных функций организма против различных инфекций. В определенной концентрации излучение вызывает выработку антител, влияющих на возбудителей заболеваний.

Отрицательное влияние

Вред ультрафиолетовой лампы на организм человека часто превышает его полезные свойства. Если ее использование в лечебных целях выполнено неправильно, не были соблюдены меры безопасности, возможна передозировка, характеризующаяся следующими симптомами:

1. Слабость.
2. Апатия.
3. Снижение аппетита.
4. Проблемы с памятью.
5. Учащенное сердцебиение.

Продолжительное пребывание на солнце вредно для кожи, глаз и иммунитета. Последствия чрезмерного загара, такие как ожоги, дерматические и аллергические высыпания исчезают через несколько суток. Ультрафиолетовая радиация медленно скапливается в организме и становится причиной опасных заболеваний.

Воздействие УФ на кожу может стать причиной эритемы. Сосуды расширяются, что характеризуется гиперемией и отеком. Накапливающиеся на теле гистамин и витамин D попадают в кровь, это способствует изменениям в организме.

Стадия развития эритемы зависит от:

• диапазона УФ-лучей;
• дозы излучения;
• индивидуальной чувствительности.

Чрезмерное облучение вызывает на коже ожог с образованием пузыря и последующим схождением эпителия.

Но вред ультрафиолета не ограничивается ожогами, его нерациональное применение может спровоцировать патологические изменения в организме.

Действие УФ на кожу

К красивому загорелому телу стремится большинство девушек. Однако кожа приобретает темный цвет под действием меланина, так организм защищается от дальнейшего излучения. Но он не убережет от более серьезного воздействия облучения:

1. Фотосенсибилизация – высокая чувствительность к ультрафиолету. Минимальное его действие может спровоцировать жжение, зуд или ожог. Это в основном связано с применением лекарственных препаратов, косметических средств либо определенных продуктов питания.
2. Старение – УФ-лучи проходят в глубокие слои кожи, разрушают коллагеновые волокна, теряется эластичность и появляются морщины.
3. Меланома – это рак кожи, который образуется в результате частого и продолжительного пребывания на солнце. Чрезмерная доза ультрафиолета вызывает развитие злокачественных новообразований на теле.
4. Базальноклеточная и чешуйчатая карцинома – это раковое образование на теле, при котором необходимо устранение пораженных участков хирургическим путем. Часто данный недуг встречается у людей, работа которых предполагает долгое пребывание на солнце.

Любой кожный дерматит, вызванный УФ-лучами может стать причиной образования онкологических заболеваний кожи.

Влияние УФ на глаза

Ультрафиолет также может отрицательно воздействовать на глаза. В результате его влияния возможно развитие следующих заболеваний:

• Фотоофтальмия и электроофтальмия. Характеризуется краснотой и припухлостью глаз, слезотечением, светобоязнью. Появляется у тех, кто часто находятся на ярком солнце в снежную погоду без солнцезащитных очков или у сварщиков, не соблюдающих правила безопасности.
• Катаракта – помутнение хрусталика. Это заболевание в основном появляется к старости. Оно развивается в результате действия солнечных лучей на глаза, которое накапливается на протяжении жизни.
• Птеригиум – разрастание конъюнктивы глаза.

Также возможны некоторые виды раковых образований на глазах и веках.

Как действует УФ на иммунную систему?

Как влияет облучение на иммунитет? В определенной дозе УФ-лучи повышают защитные функции организма, но их чрезмерное действие ослабляет иммунную систему.

Радиация излучения изменяет защитные клетки, и они теряют свою способность бороться с различными вирусами, раковыми клетками.

Защита кожи

Чтобы защититься от солнечных лучей, необходимо следовать определенным правилам:

1. Находиться на открытом солнце нужно умеренно, небольшой загар оказывает фотозащитный эффект.
2. Необходимо обогатить рацион питания антиоксидантами и витаминами C и E.
3. Следует всегда пользоваться солнцезащитным кремом. При этом нужно выбирать средство с высоким уровнем защиты.
4. Использовать ультрафиолет в лечебных целях разрешается исключительно под контролем специалиста.
5. Тем, кто работает с источниками УФ, рекомендуется защищать себя маской. Это нужно при применении бактерицидной лампы, которая опасна для глаз.
6. Любителям ровного загара, не следует слишком часто посещать солярий.

Чтобы защитить себя от излучения также можно использовать специальную одежду.

Противопоказания

Противопоказано подвергаться ультрафиолету следующим людям:

• тем, кто имеет слишком светлую и чувствительную кожу;
• при активной форме туберкулеза;
• детям;
• при острых воспалительных или онкологических заболеваниях;
• альбиносам;
• во время II и III стадии гипертонической болезни;
• при большом количестве родинок;
• тем, кто страдает системными или гинекологическими недугами;
• при продолжительном приеме определенных лекарственных препаратов;
• при наследственной предрасположенности к онкологическим заболеваниям кожи.

Инфракрасное излучение

Еще одна часть солнечного спектра – инфракрасное излучение, оказывающее тепловое действие. Оно используется в современной сауне.

– это маленькое деревянное помещение со встроенными инфракрасными излучателями. Под действием их волн прогревается человеческое тело.

Воздух в инфракрасной сауне не повышается свыше 60 градусов. Однако лучи прогревают тело до 4 см, когда в традиционной бане тепло проникает всего на 5 мм.

Это происходит, так как длина инфракрасных волн имеет ту же длину, что и тепловые волны, идущие от человека. Организм принимает их как свои и не сопротивляется проникновению. Температура человеческого тела поднимается до 38,5 градусов. Благодаря этому погибают вирусы и опасные микроорганизмы. Инфракрасная сауна оказывает лечебное, омолаживающее, и профилактическое действие. Она показана для любого возраста.

Перед посещением такой сауны необходимо проконсультироваться со специалистом, а также следовать технике безопасности нахождения в помещении с инфракрасными излучателями.

Видео: ультрафиолет.

УФ в медицине

В медицине существует термин «ультрафиолетовое голодание». Это происходит, когда организму не хватает солнечного света. Чтобы от этого не возникало никаких патологий, применяют искусственные источники ультрафиолета. Они помогают бороться с зимней нехваткой витамина D и поднять иммунитет.

Также такое излучение используется при лечении суставов, аллергических и дерматологических болезней.

К тому же УФ обладает следующими лечебными свойствами:

1. Нормализует работу щитовидной железы.
2. Улучшает функцию дыхательной и эндокринной систем.
3. Повышает гемоглобин.
4. Дезинфицирует помещение и медицинские инструменты.
5. Снижает уровень сахара.
6. Помогает при лечении гнойных ран.

Необходимо учитывать, что ультрафиолетовая лампа – это не всегда польза, возможен и большой вред.

Чтобы УФ-излучение оказывало полезный эффект на организм, следует использовать его правильно, соблюдать технику безопасности и не превышать время пребывания на солнце. Чрезмерное превышение дозы облучения опасно для здоровья и жизни человека.

И фиолетовый), ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн λ 400-10 нм. Вся область ультрафиолетового излучения условно делится на ближнюю (400-200 нм) и далёкую, или вакуумную (200-10 нм); последнее название обусловлено тем, что ультрафиолетовое излучение этого участка сильно поглощается воздухом и его исследование производят с помощью вакуумных спектральных приборов.

Ближнее ультрафиолетовое излучение открыто в 1801 году немецким учёным Н. Риттером и английским учёным У. Волластоном по фотохимическому действию этого излучения на хлористое серебро. Вакуумное ультрафиолетовое излучение обнаружено немецким учёным В. Шуманом при помощи построенного им вакуумного спектрографа с флюоритовой призмой (1885-1903) и безжелатиновых фотопластинок. Он получил возможность регистрировать коротковолновое излучение до 130 нм. Английский учёный Т. Лайман, впервые построив вакуумный спектрограф с вогнутой дифракционной решёткой, регистрировал ультрафиолетовое излучение с длиной волны до 25 нм (1924). К 1927 году был изучен весь промежуток между вакуумным ультрафиолетовым излучением и рентгеновским излучением.

Спектр ультрафиолетового излучения может быть линейчатым, непрерывным или состоять из полос в зависимости от природы источника ультрафиолетового излучения (см. Спектры оптические). Линейчатым спектром обладает УФ-излучение атомов, ионов или лёгких молекул (например, H 2). Для спектров тяжёлых молекул характерны полосы, обусловленные электронно-колебательно-вращательными переходами молекул (см. Молекулярные спектры). Непрерывный спектр возникает при торможении и рекомбинации электронов (см. Тормозное излучение).

Оптические свойства веществ.

Оптические свойства веществ в ультрафиолетовой области спектра значительно отличаются от их оптических свойств в видимой области. Характерной чертой является уменьшение прозрачности (увеличение коэффициента поглощения) большинства тел, прозрачных в видимой области. Например, обычное стекло непрозрачно при λ < 320 нм; в более коротковолновой области прозрачны лишь увиолевое стекло, сапфир, фтористый магний, кварц, флюорит, фтористый литий и некоторые другие материалы. Наиболее далёкую границу прозрачности (105 нм) имеет фтористый литий. Для λ < 105 нм прозрачных материалов практически нет. Из газообразных веществ наибольшую прозрачность имеют инертные газы, граница прозрачности которых определяется величиной их ионизационного потенциала. Самую коротковолновую границу прозрачности имеет гелий - 50,4 нм. Воздух непрозрачен практически при λ < 185 нм из-за поглощения кислородом.

Коэффициент отражения всех материалов (в том числе металлов) уменьшается с уменьшением длины волны излучения. Например, коэффициент отражения свеженапылённого алюминия, одного из лучших материалов для отражающих покрытий в видимой области спектра, резко уменьшается при λ < 90 нм (рис. 1) . Отражение алюминия значительно уменьшается также вследствие окисления поверхности. Для защиты поверхности алюминия от окисления применяются покрытия из фтористого лития или фтористого магния. В области λ < 80 нм некоторые материалы имеют коэффициент отражения 10-30% (золото, платина, радий, вольфрам и др.), однако при λ < 40 нм и их коэффициент отражения снижается до 1% и меньше.

Источники ультрафиолетового излучения.

Излучение накалённых до 3000 К твёрдых тел содержит заметную долю ультрафиолетового излучения непрерывного спектра, интенсивность которого растет с увеличением температуры. Более мощное ультрафиолетовое излучение испускает плазма газового разряда. При этом в зависимости от разрядных условий и рабочего вещества может испускаться как непрерывный, так и линейчатый спектр. Для различных применений ультрафиолетового излучения промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и другие газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для ультрафиолетового излучения материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма (плазма электрических искр и дуг, плазма, образующаяся при фокусировке мощного лазерного излучения в газах или на поверхности твёрдых тел, и так далее) является мощным источником ультрафиолетового излучения. Интенсивное ультрафиолетовое излучение непрерывного спектра испускают электроны, ускоренные в синхротроне (синхротронное излучение). Для ультрафиолетовой области спектра разработаны также оптические квантовые генераторы (лазеры). Наименьшую длину волны имеет водородный лазер (109,8 нм).

Естественные источники ультрафиолетового излучения - Солнце, звёзды, туманности и другие космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть ультрафиолетового излучения (λ > 290 нм) достигает земной поверхности. Более коротковолновое ультрафиолетовое излучение поглощается озоном, кислородом и другими компонентами атмосферы на высоте 30-200 км от поверхности Земли, что играет большую роль в атмосферных процессах. Ультрафиолетовое излучение звёзд и других космических тел, кроме поглощения в земной атмосфере, в интервале 91,2-20 нм практически полностью поглощается межзвёздным водородом.

Приёмники ультрафиолетового излучения.

Для регистрации ультрафиолетового излучения при λ > 230 нм используются обычные фотоматериалы. В более коротковолновой области к нему чувствительны специальные маложелатиновые фотослои. Применяются фотоэлектрические приёмники, использующие способность ультрафиолетового излучения вызывать ионизацию и фотоэффект: фотодиоды, ионизационные камеры, счётчики фотонов, фотоумножители и др. Разработан также особый вид фотоумножителей - каналовые электронные умножители, позволяющие создавать микроканаловые пластины. В таких пластинах каждая ячейка является каналовым электронным умножителем размером до 10 мкм. Микроканаловые пластины позволяют получать фотоэлектрические изображения в ультрафиолетовом излучении и объединяют преимущества фотографических и фотоэлектрических методов регистрации излучения. При исследовании ультрафиолетового излучения также используют различные люминесцирующие вещества, преобразующие ультрафиолетовое излучение в видимое. На этой основе созданы приборы для визуализации изображений в ультрафиолетовом излучении.

Применение ультрафиолетового излучения.

Изучение спектров испускания, поглощения и отражения в УФ-области позволяет определять электронную структуру атомов, ионов, молекул, а также твёрдых тел. УФ-спектры Солнца, звёзд и др. несут информацию о физических процессах, происходящих в горячих областях этих космических объектов (см. Ультрафиолетовая спектроскопия, Вакуумная спектроскопия). На фотоэффекте, вызываемом ультрафиолетовым излучением, основана фотоэлектронная спектроскопия. Ультрафиолетовое излучение может нарушать химические связи в молекулах, в результате чего могут происходить различные химические реакции (окисление, восстановление, разложение, полимеризация и так далее, см. Фотохимия). Люминесценция под действием ультрафиолетового излучения используется при создании люминесцентных ламп, светящихся красок, в люминесцентном анализе и люминесцентной дефектоскопии. Ультрафиолетовое излучение применяется в криминалистике для установления идентичности красителей, подлинности документов и тому подобное. В искусствоведении ультрафиолетовое излучение позволяет обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставраций (рис. 2) . Способность многих веществ к избирательному поглощению ультрафиолетового излучения используется для обнаружения в атмосфере вредных примесей, а также в ультрафиолетовой микроскопии.

Мейер А., Зейтц Э., Ультрафиолетовое излучение, пер. с нем., М., 1952; Лазарев Д. Н., Ультрафиолетовая радиация и ее применение, Л. - М., 1950; Samson I. A. R., Techniques of vacuum ultraviolet spectroscopy, N. Y. - L. - Sydney, ; Зайдель А. Н., Шрейдер Е. Я., Спектроскопия вакуумного ультрафиолета, М., 1967; Столяров К. П., Химический анализ в ультрафиолетовых лучах, М. - Л., 1965; Бейкер А., Беттеридж Д., Фотоэлектронная спектроскопия, пер. с англ., М., 1975.

Рис. 1. Зависимости коэффициента отражения r слоя алюминия от длины волны.

Рис. 2. Спектры действия ультр. изл. на биообъекты.

Рис. 3. Выживаемость бактерий в зависимости от дозы ультрафиолетового излучения.

Биологическое действие ультрафиолетового излучения.

При действии на живые организмы ультрафиолетовое излучение поглощается верхними слоями тканей растений или кожи человека и животных. В основе биологического действия ультрафиолетового излучения лежат химические изменения молекул биополимеров. Эти изменения вызываются как непосредственным поглощением ими квантов излучения, так и (в меньшей степени) образующимися при облучении радикалами воды и других низкомолекулярных соединений.

На человека и животных малые дозы ультрафиолетового излучения оказывают благотворное действие - способствуют образованию витаминов группы D (см. Кальциферолы), улучшают иммунобиологические свойства организма. Характерной реакцией кожи на ультрафиолетовое излучение является специфическое покраснение - эритема (максимальным эритемным действием обладает ультрафиолетовое излучение с λ = 296,7 нм и λ = 253,7 нм), которая обычно переходит в защитную пигментацию (загар). Большие дозы ультрафиолетового излучения могут вызывать повреждения глаз (фотоофтальмию) и ожог кожи. Частые и чрезмерные дозы ультрафиолетового излучения в некоторых случаях могут оказывать канцерогенное действие на кожу.

В растениях ультрафиолетовое излучение изменяет активность ферментов и гормонов, влияет на синтез пигментов, интенсивность фотосинтеза и фотопериодической реакции. Не установлено, полезны ли и тем более необходимы ли для прорастания семян, развития проростков и нормальной жизнедеятельности высших растений малые дозы ультрафиолетового излучения. Большие дозы ультрафиолетового излучения, несомненно, неблагоприятны для растений, о чём свидетельствуют и существующие у них защитные приспособления (например, накопление определённых пигментов, клеточные механизмы восстановления от повреждений).

На микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений ультрафиолетовое излучение оказывает губительное и мутагенное действие (наиболее эффективно ультрафиолетовое излучения с λ в пределах 280-240 нм). Обычно спектр летального и мутагенного действия ультрафиолетового излучения примерно совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот - ДНК и РНК (рис. 3, А) , в некоторых случаях спектр биологического действия близок к спектру поглощения белков (рис. 3, Б) . Основная роль в действии ультрафиолетового излучения на клетки принадлежит, по-видимому, химическим изменениям ДНК: входящие в её состав пиримидиновые основания (главным образом тимин) при поглощении квантов ультрафиолетовое излучение образуют димеры, которые препятствуют нормальному удвоению (репликации) ДНК при подготовке клетки к делению. Это может приводить к гибели клеток или изменению их наследственных свойств (мутациям). Определённое значение в летальном действии ультрафиолетового излучения на клетки имеют также повреждение биолеских мембран и нарушение синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки.

Большинство живых клеток может восстанавливаться от вызываемых ультрафиолетовым излучением повреждений благодаря наличию у них систем репарации. Способность восстанавливаться от повреждений, вызываемых ультрафиолетовым излучением, возникла, вероятно, на ранних этапах эволюции и играла важную роль в выживании первичных организмов, подвергавшихся интенсивному солнечному ультрафиолетовому облучению.

По чувствительности к ультрафиолетовому излучению биологические объекты различаются очень сильно. Например, доза ультрафиолетового излучения, вызывающая гибель 90% клеток, для разных штаммов кишечной палочки равна 10, 100 и 800 эрг/мм 2 , а для бактерий Micrococcus radiodurans - 7000 эрг/мм 2 (рис. 4, А и Б) . Чувствительность клеток к ультрафиолетовому излучению в большой степени зависит также от их физиологического состояния и условий культивирования до и после облучения (температура, состав питательной среды и др.). Сильно влияют на чувствительность клеток к ультрафиолетовому излучению мутации некоторых генов. У бактерий и дрожжей известно около 20 генов, мутации которых повышают чувствительность к ультрафиолетовому излучению. В ряде случаев такие гены ответственны за восстановление клеток от лучевых повреждений. Мутации других генов нарушают синтез белка и строение клеточных мембран, тем самым повышая радиочувствительность негенетических компонентов клетки. Мутации, повышающие чувствительность к ультрафиолетовому излучению, известны и у высших организмов, в том числе у человека. Так, наследственное заболевание - пигментная ксеродерма обусловлено мутациями генов, контролирующих темновую репарацию.

Генетические последствия облучения ультрафиолетовым излучением пыльцы высших растений, клеток растений и животных, а также микроорганизмов выражаются в повышении частот мутирования генов, хромосом и плазмид. Частота мутирования отдельных генов, при действии высоких доз ультрафиолетового излучения, может повышаться в тысячи раз по сравнению с естественным уровнем и достигает нескольких процентов. В отличие от генетического действия ионизирующих излучений, мутации генов под влиянием ультрафиолетового излучения возникают относительно чаще, чем мутации хромосом. Благодаря сильному мутагенному эффекту ультрафиолетовое излучение широко используют как в генетических исследованиях, так и в селекции растений и промышленных микроорганизмов, являющихся продуцентами антибиотиков, аминокислот, витаминов и белковой биомассы. Генетическое действие ультрафиолетового излучения могло играть существенную роль в эволюции живых организмов. О применении ультрафиолетового излучения в медицине см. Светолечение.

Самойлова К. А., Действие ультрафиолетовой радиации на клетку, Л., 1967; Дубров А. П, Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения, М., 1968; Галанин Н. Ф., Лучистая энергия и ее гигиеническое значение, Л., 1969; Смит К., Хэнеуолт Ф., Молекулярная фотобиология, пер. с англ., М., 1972; Шульгин И. А., Растение и солнце, Л., 1973; Мясник М. Н., Генетический контроль радиочувствительности бактерий, М., 1974.

Что это за излучение

Ультрафиолетовое излучение, ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн 400-10 нм. Вся область УФ-излучения условно делится на ближнюю (400-200 нм) и далёкую, или вакуумную (200-10 нм); последнее название обусловлено тем, что УФ-излучение этого участка сильно поглощается воздухом и его исследование производят с помощью вакуумных спектральных приборов.

Естественные источники УФ-излучения - Солнце, звёзды, туманности и др. космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть УФ-излучения - 290 нм достигает земной поверхности. Более коротковолновое УФ-излучение поглощается озоном, кислородом и др. компонентами атмосферы на высоте 30-200 км от поверхности Земли, что играет большую роль в атмосферных процессах.

Искусственные источники УФ-излучения. Для различных применений УФ-излучения промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для УФ-излучения материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма (плазма электрических искр и дуг, плазма, образующаяся при фокусировке мощного лазерного излучения в газах или на поверхности твёрдых тел, и т.д.) является мощным источником УФ-излучения.

Несмотря на то, что ультрафиолет нам дан самой природой, он небезопасен

Ультрафиолет бывает трех типов: «А»; «B»; «С». Озоновый слой предотвращает попадание на поверхность земли Ультрафиолета «С». Свет в спектре ультрафиолета «А» имеет длину волн от 320 до 400 нм, свет в спектре ультрафиолет «В» имеет длину волн от 290 до 320 нм. УФ-излучение обладает энергией, достаточной для воздействия на химические связи, в том числе и в живых клетках.

Энергия ультрафиолетовой компоненты солнечного света вызывает повреждения микроорганизмов на клеточном и генетическом уровнях, тот же самый ущерб наносится людям, но он ограничен кожей и глазами. Солнечные ожоги вызываются воздействием ультрафиолета «В». Ультрафиолет «А» проникает гораздо глубже, чем ультрафиолет «В» и способствует преждевременному старению кожи. Кроме того, воздействие ультрафиолета «А» и «В» приводит к раку кожи.

Из истории ультрафиолетовых лучей

Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей было обнаружено около 100 лет назад. Первые лабораторные испытания УФИ в 1920х годах были настолько многообещающими, что полное уничтожение воздушно-капельных инфекций казалось возможным в самое ближайшее время. УФИ стало активно применяться с 1930х годов и в 1936 г. было впервые использовано для стерилизации воздуха в хирургической операционной комнате. В 1937 г. первое применение УФИ в вентиляционной системе одной из американских школ впечатляюще снизило уровень заболеваемости учащихся корью и другими инфекциями. Тогда казалось, что найдено замечательное средство для борьбы с воздушно-капельными инфекциями. Однако, дальнейшее изучение УФИ и опасных побочных действий серьезно сузило возможности его использования в присутствии людей.

Сила проникновения ультрафиолетовых лучей невелика и распространяются они только по прямой, т.е. в любом рабочем помещении образуется множество затенённых зон, которые не подвержены бактерицидной обработке. По мере удаления от источника ультрафиолетого излучения биоцидность его действия резко снижается. Действие лучей ограничивается поверхностью облучаемого предмета, и его чистота имеет большое значение.

Бактерицидное действие ультрафиолета

Обеззараживающий эффект УФ излучения, в основном, обусловлен фотохимическими реакциями, в результате которых происходят необратимые повреждения ДНК. Помимо ДНК ультрафиолет действует и на другие структуры клеток, в частности, на РНК и клеточные мембраны. Ультрафиолет как высокоточное оружие поражает именно живые клетки, не оказывая воздействие на химический состав среды, что имеет место для химических дезинфектантов. Последнее свойство исключительно выгодно отличает его от всех химических способов дезинфекции.

Применение ультрафиолета

Ультрафиолет используется в настоящее время в различных областях: медицинских учреждениях (больницы, поликлиники, госпитали); пищевой промышленности (продукты, напитки); фармацевтической промышленности; ветеринарии; для обеззараживания питьевой, оборотной и сточной воды.

Современные достижения свето- и электротехники обеспечили условия для создания крупных комплексов УФ-обеззараживания. Широкое внедрение УФ-технологии в муниципальные и промышленные системы водоснабжения позволяют обеспечить эффективное обеззараживание (дезинфекцию) как питьевой воды перед подачей в сети горводопровода, так и сточных вод перед их выпуском в водоемы. Это позволяет исключить применение токсичного хлора, существенно повысить надежность и безопасность систем водоснабжения и канализации в целом.

Обеззараживание воды ультрафиолетом

Одной из актуальных задач при обеззараживании питьевой воды, а также промышленных и бытовых стоков после их осветления (биоочистки) является применение технологии, не использующей химические реагенты, т. е. технологии, не приводящей к образованию в процессе обеззараживания токсичных соединений (как в случае применения соединений хлора и озонирования) при одновременном полном уничтожении патогенной микрофлоры.

Различают три участка спектра ультрафиолетового излучения, имеющего различное биологическое воздействие. Слабое биологическое воздействие имеет ультрафиолетовое излучение с длиной волны 390-315 нм. Противорахитичным действием обладают УФ-лучи в диапазоне 315-280 нм, а ультрафиолетовое излучение с длиной волны 280-200 нм обладает способностью убивать микроорганизмы.

Ультрафиолетовые лучи длиной волн 220-280 им действуют на бактерии губительно, причем максимум бактерицидного действия соответствует длине волн 264 нм. Данное обстоятельство используется в бактерицидных установках, предназначенных для обеззараживания в основном подземных вод. Источником ультрафиолетовых лучей является ртутно-аргонная или ртутно-кварцевая лампа, устанавливаемая в кварцевом чехле в центре металлического корпуса. Чехол защищает лампу от контакта с водой, но свободно пропускает ультрафиолетовые лучи. Обеззараживание происходит во время протекания воды в пространстве между корпусом и чехлом при непосредственном воздействии ультрафиолетовых лучей на микробы.

Оценка бактерицидного действия производится в единицах, называемых бактами (б). Для обеспечения бактерицидного эффекта ультрафиолетового облучения достаточно примерно 50 мкб мин/см2. УФ-облучение наиболее перспективный метод обеззараживания воды с высокой эффективностью по отношению к патогенным микроорганизмам, не приводящий к образованию вредных побочных продуктов, чем иногда грешит озонирование.

УФ-облучение идеально для обеззараживания артезианских вод

Точка зрения, что подземные воды считаются свободными от микробных загрязнений в результате фильтрации воды через почву, не совсем верна. Исследования показали, что подземные воды свободны от крупных микроорганизмов, таких как протоза или гельминты, но более мелкие микроорганизмы, например, вирусы, могут проникать сквозь почву в подземные источники воды. Даже если бактерии не обнаружены в воде, оборудование для обеззараживания должно служить барьером от сезонных или аварийных заражений.

УФ-облучение должно применяться для обеспечения обеззараживания воды до нормативного качества по микробиологическим показателям, при этом необходимые дозы выбираются на основании требуемого снижения концентрации патогенных и индикаторных микроорганизмов.

УФ-облучение не образует побочных продуктов реакции, его доза может быть увеличена до значений, обеспечивающих эпидемиологическую безопасность, как по бактериям, так и по вирусам. Известно, что УФ-излучение действует на вирусы намного эффективнее, чем хлор, поэтому применение ультрафиолета при подготовке питьевой воды позволяет, в частности, во многом решить проблему удаления вирусов гепатита А, которая не всегда решается при традиционной технологии хлорирования.

Использование УФ-облучения в качестве обеззараживания рекомендуется для воды, уже прошедшей очистку по цветности, мутности и содержанию железа. Эффект обеззараживания воды контролируют, определяя общее число бактерий в 1 см3 воды и количество индикаторных бактерий группы кишечной палочки в 1 л воды после ее обеззараживания.

На сегодняшний день широкое распространение получили УФ-лампы проточного типа. Основным элементом данной установки является блок облучателей состоящий из ламп УФ-спектра в количестве, определяемом необходимой производительностью по обработанной воде. Внутри лампа имеет полость для протока. Контакт с УФ-лучами происходит через специальные окошечки внутри лампы. Корпус установки выполнен из металла, защищающего от проникновения лучей в окружающую среду.

Вода, подающаяся на установку должна соответствовать следующим требованиям:

• общее содержание железа – не более 0,3 мг/л, марганца – 0,1 мг/л;


• содержание сероводорода – не более 0,05 мг/л;


• мутность – не более 2 мг/л по каолину;


• цветность – не более 35 град.

Метод ультрафиолетового обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хлорирование, озонирование):

• УФ облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор и протозоа. Оно уничтожает возбудителей таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирование, особенно в отношении вирусов;


• обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами. В частности, на воздействие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы не влияют рН и температура воды;


• в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;


• в отличие от окислительных технологий в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определение содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;


• время обеззараживания при УФ облучении составляет 1-10 секунд в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в создании контактных емкостей;


• достижения последних лет в светотехнике и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности УФ комплексов. Современные УФ лампы и пускорегулирующая аппаратура к ним выпускаются серийно, имеют высокий эксплуатационный ресурс;


• для обеззараживания ультрафиолетовым излучением характерны более низкие, чем при хлорировании и, тем более, озонировании эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими затратами электроэнергии (в 3-5 раз меньшими, чем при озонировании); отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах: жидком хлоре, гипохлорите натрия или кальция, а также отсутствием необходимости в реагентах для дехлорирования;


• отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих реагентов, требующих соблюдения специальных мер технической и экологической безопасности, что повышает надежность систем водоснабжения и канализации в целом;


• ультрафиолетовое оборудование компактно, требует минимальных площадей, его внедрение возможно в действующие технологические процессы очистных сооружений без их остановки, с минимальными объемами строительно-монтажных работ.

Теоретически вопрос «Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых? » мог бы заинтересовать любого человека. Ведь и те, и другие лучи входят в состав солнечного спектра – а воздействию Солнца мы подвергаемся ежедневно. На практике же его чаще всего задают себе те, кто собирается приобрести устройства, известные как инфракрасные обогреватели, и хотел бы убедиться в том, что подобные приборы абсолютно безопасны для здоровья человека.

Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых с точки зрения физики

Как известно, кроме семи видимых цветов спектра за его пределами имеются и невидимые глазу излучения. Помимо инфракрасных и ультрафиолетовых, к ним относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи и микроволны.

Инфракрасные и УФ-лучи сходны в одном: и те, и другие относятся к той части спектра, который не видим невооруженному глазу человека. Но этим и ограничивается их сходство.

Инфракрасное излучение

Инфракрасные лучи были обнаружены за пределами красной границы, между длинноволновым и коротковолновым участками этой части спектра. Стоит отметить, что почти половина солнечной радиации – это именно инфракрасное излучение. Основная характеристика этих не видимых глазу лучей – сильная тепловая энергия: ее непрерывно излучают все нагретые тела.
Излучение этого вида подразделяется на три области по такому параметру, как длина волны:

• от 0,75 до 1,5 мкм – ближняя область;
• от 1,5 до 5,6 мкм – средняя;
• от 5,6 до 100 мкм – дальняя.

Нужно понимать, что инфракрасное излучение является не продуктом всевозможных современных технических устройств, к примеру, ИК-обогревателей. Это фактор природной окружающей среды, который постоянно действует на человека. Наше тело непрерывно поглощает и отдает инфракрасные лучи.

Ультрафиолетовое излучение

Существование лучей за фиолетовой границей спектра было доказано в 1801 году. Диапазон ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, составляет от 400 до 20 нм, однако до земной поверхности доходят только незначительная часть коротковолнового спектра – до 290 нм.
Ученые считают, что ультрафиолету принадлежит значительная роль в образовании первых на Земле органических соединений. Однако воздействие этого излучения носит и отрицательный характер, приводя к распаду органических веществ.
При ответе на вопрос, чем инфракрасное излучение отличается от ультрафиолетового , необходимо обязательно рассмотреть воздействие на организм человека. И здесь основное отличие заключается в том, что эффект инфракрасных лучей ограничивается преимущественно тепловым действием, в то время как ультрафиолетовые лучи способны оказывать еще и фотохимическое воздействие.
УФ-излучение активно поглощается нуклеиновыми кислотами, следствием чего являются изменения важнейших показателей жизнедеятельности клеток – способности к росту и делению. Именно повреждение ДНК является главным компонентом механизма воздействия на организмы ультрафиолетовых лучей.
Основной орган нашего тела, на который действует ультрафиолетовое излучение – это кожа. Известно, что благодаря УФ-лучам запускается процесс образования витамина Д, который необходим для нормального усвоения кальция, а также синтезируются серотонин и мелатонин – важные гормоны, оказывающие влияние на суточные ритмы и настроение человека.

Воздействие ИК и УФ-излучения на кожу

Когда человек подвергается воздействию солнечных лучей, на поверхность его тела оказывают влияние и инфракрасные, ультрафиолетовые лучи. Но результат этого воздействия будет различным:

• ИК-лучи вызывают прилив крови к поверхностным слоям кожи, повышение ее температуры и покраснение (калорическая эритема). Этот эффект исчезает сразу же, как только действие облучения прекращается.
• Воздействие УФ-излучения имеет скрытый период и может проявляться через несколько часов после облучения. Длительность ультрафиолетовой эритемы составляет от 10 часов до 3-4 дней. Кожа краснеет, может шелушиться, затем окраска ее становится более темной (загар).

Доказано, что избыточное воздействие ультрафиолета может привести к возникновению злокачественных заболеваний кожи. В то же время в определенных дозах УФ-излучение полезно для организма, что позволяет применять его для профилактики и лечения, а также для уничтожения бактерий в воздухе помещений.

Безопасно ли инфракрасное излучение?

Опасения людей по отношению к такому виду устройств, как инфракрасные обогреватели, вполне понятно. В современном обществе уже сформировалась устойчивая тенденция с изрядной долей опасения относиться ко многим видам излучения: радиация, рентгеновские лучи и др.
Рядовым потребителям, которые собираются приобрести устройства, основанные на использовании инфракрасного излучения, важнее всего знать следующее: инфракрасные лучи совершенно безопасны для здоровья человека. Именно это стоит подчеркнуть, рассматривая вопрос, чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых .
Исследованиями доказано: длинноволновое ИК-излучение не только полезно для нашего тела – оно ему совершенно необходимо. При недостатке ИК-лучей страдает иммунитет организма, а также проявляется эффект его ускоренного старения.


Положительное воздействие инфракрасного излучения уже не вызывает сомнений и проявляется в различных аспектах.