Ультрафіолетове випромінювання: застосування, дія і захист від нього

Енергія Сонця являє собою електромагнітні хвилі, які поділяються на кілька частин спектру:

• рентгенівські промені - з найкоротшою довжиною хвилі (нижче 2 нм) ;
• довжина хвилі ультрафіолетового випромінювання становить від 2 до 400 нм;
• видима частина світла, яка уловлюється оком людини і тварин (400-750 нм) ;
• тепле окислительное (інфрачервоне) випромінювання (понад 750 нм).

Кожна частина знаходить своє застосування і має велике значення в житті планети і всієї її біомаси. Ми ж розглянемо, що являють собою промені в діапазоні від 2 до 400 нм, де вони використовуються і яку роль відіграють у житті людей.

ультрафіолетове випромінювання застосування

Історія відкриття УФ-випромінювання

Перші згадки відносяться ще до XIII століття в описах філософа з Індії. Він писав про невидимий оку фіолетовому світлі, який був їм виявлений. Однак технічних можливостей того часу явно бракувало, щоб підтвердити це експериментально і вивчити докладно.

Вдалося ж це п'ять століть потому фізику з Німеччини Риттеру. Саме він проводив досліди над хлоридом срібла по розпаду його під впливом електромагнітного випромінювання. Вчений побачив, що швидше цей процес йде не в тій області світла, яка була на той час вже відкрита і називалася інфрачервоної, а в протилежній. З'ясувалося, що це нова область, досі не досліджена.

Таким чином, в 1842 році було відкрито ультрафіолетове випромінювання, властивості і застосування якого надалі піддалися ретельному розбору та вивченню з боку різних вчених. Великий внесок у це внесли такі люди, як: Олександр Беккерель, Варшавер, Данциг, Македонії Меллона, Франк, Парфьонов, Галанін та інші.

Загальна характеристика

Що ж являє собою ультрафіолетове випромінювання, застосування якого на сьогоднішній день настільки широко в різних галузях діяльності людини? По-перше, слід позначити, що з'являється даний вид спектра світла тільки при дуже високих температурах від 1500 до 2000⁰С. Саме в такому інтервалі УФ досягає піку активності по впливу.

По фізичній природі це електромагнітна хвиля, довжина якої коливається в досить широких межах - від 10 (іноді від 2) до 400 нм. Весь діапазон даного випромінювання умовно ділиться на дві області:

1. Близький спектр. Доходить до Землі через атмосферу і озоновий шар від Сонця. Довжина хвилі - 380-200 нм.
2. Далекий (вакуумний). Активно поглинається озоном, киснем повітря, компонентами атмосфери. Досліджувати вдається тільки спеціальними вакуумними пристроями, за що і отримав свою назву. Довжина хвилі - 200-2 нм.

Існує своя класифікація видів, які має ультрафіолетове випромінювання. Властивості і застосування знаходить кожен з них.

1. Близький.
2. Дальній.
3. Екстремальний.
4. Середній.
5. Вакуумний.
6. Довгохвильової чорний світло (УФ-А).
7. Короткохвильовою герміцідний (УФ-С).
8. Середньохвильовий УФ-В.

Довжина хвилі ультрафіолетового випромінювання у кожного виду своя, але всі вони знаходяться в загальних уже позначених раніше межах.

Цікавим є УФ-А, або, так званий, чорний світло. Справа в тому, що даний спектр має довжину хвилі від 400-315 нм. Це знаходиться на кордоні з видимим світлом, який людське око здатне вловлювати. Тому таке випромінювання, проходячи через певні предмети або тканини, здатне переходити в область видимого фіолетового світла, і люди розрізняють його як чорний, темно-синій або темно-фіолетовий відтінок.

Спектри, які дають джерела ультрафіолетового випромінювання, можуть бути трьох типів:

• лінейчатие;
• непреривние;
• молекулярні (смугові).

Перші характерні для атомів, іонів, газів. Друга група - для рекомбінаційного, гальмівного випромінювання. Джерела третього типу найчастіше зустрічаються при вивченні розріджених молекулярних газів.

ультрафіолетове випромінювання властивості і застосування

Джерела ультрафіолетового випромінювання

Основні джерела УФ-променів діляться на три великі категорії:

• природні або пріродние;
• штучні, створені людиною;
• лазерні.

Перша група включає в себе єдиний вид концентратора і випромінювача - Сонце. Саме небесне світило дає потужний заряд даного типу хвиль, які здатні проходити через озоновий шар і досягати поверхні Землі. Однак не всією своєю масою. Вченими висувається теорія про те, що життя на Землі зародилося тільки тоді, коли озоновий екран став захищати її від надмірного проникнення шкідливого у великих концентраціях УФ-випромінювання.

Саме в цей період стали здатні існувати білкові молекули, нуклеїнові кислоти і АТФ. До сьогоднішнього дня шар озону вступає в тісну взаємодію з основною масою УФ-А, УФ-В і УФ-С, знешкоджуючи їх, і не даючи пройти через себе. Тому захист від ультрафіолетового випромінювання всієї планети - виключно його заслуга.

Від чого залежить концентрація проникаючого на Землю ультрафіолету? Є кілька основних факторів:

• озонові дири;
• висота над рівнем моря;
• висота солнцестоянія;
• атмосферний рассеіваніе;
• ступінь відображення променів від земних природних поверхонь;
• стан хмарних парів.

Діапазон ультрафіолетового випромінювання, що проникає на Землю від Сонця, коливається в межах від 200 до 400 нм.

довжина хвилі ультрафіолетового випромінювання

Наступні джерела - це штучні. До них можна віднести всі ті прилади, пристрої, технічні засоби, які були сконструйовані людиною для отримання потрібного спектру світла із заданими параметрами довжини хвилі. Це було зроблено з метою отримувати ультрафіолетове випромінювання, застосування якого може бути вкрай корисним у різних областях діяльності. До штучних джерел відносяться:

1. Ерітемние лампи, що володіють здатністю активізувати синтез вітаміну D в шкірі. Це охороняє від захворювань на рахіт і лікує його.
2. Апарати для соляріїв, в яких люди отримують не тільки красивий природний загар, але і лікуються від захворювань, що виникають при нестачі відкритого сонячного світла (так звана, зимова депресія).
3. Лампи-аттрактанти, що дозволяють боротися з комахами в умовах приміщень безпечно для людини.
4. Ртутно-кварцові пристрою.
5. Ексілампа.
6. Люмінесцентні пристрою.
7. Ксенонові лампи.
8. Газорозрядні пристрої.
9. Високотемпературна плазма.
10. Синхротронне випромінювання в прискорювачах.

Ще один тип джерел - лазери. Їх робота заснована на генерації різних газів - як інертних, так і немає. Джерелами можуть бути:

• азот;
• аргон;
• неон;
• ксенон;
• органічні сцінтіллятори;
• кристали.

Зовсім недавно, близько 4 років тому, був винайдений лазер, що працює на вільних електронах. Довжина ультрафіолетового випромінювання в ньому дорівнює тій, яка спостерігається в умовах вакууму. Лазерні постачальники УФ використовуються в біотехнологічних, мікробіологічних дослідженнях, мас-спектрометрії і так далі.

Біологічний вплив на організми

Дія ультрафіолетового випромінювання на живих істот двояко. З одного боку, при його недоліку можуть виникати захворювання. Це з'ясувалося тільки на початку минулого сторіччя. Штучне опромінення спеціальним УФ-А в необхідних нормах здатне:

• активізувати роботу іммунітета;
• викликати утворення важливих судинорозширювальних сполук (гістамін, наприклад) ;
• зміцнити шкірно-м'язову систему;
• поліпшити роботу легенів, підвищити інтенсивність газообмена;
• вплинути на швидкість і якість метаболізма;
• підвищити тонус організму, активізувавши вироблення гормонів;
• збільшити проникність стінок судин на шкірі.

Якщо УФ-А в достатній кількості потрапляє в організм людини, то у нього не виникає таких захворювань, як зимова депресія або світлове голодування, а також значно знижується ризик розвитку рахіту.

Вплив ультрафіолетового випромінювання на організм буває наступних типів:

• бактеріцідное;
• протівовоспалітельное;
• регенерірующее;
• болезаспокійливе.

Ці властивості багато в чому пояснюють широке застосування УФ в медичних установах будь-якого типу.

джерела ультрафіолетового випромінювання

Однак, крім перерахованих плюсів, є і негативні сторони. Існує ряд захворювань і недуг, які можна придбати, якщо недоотримувати або, навпаки, приймати в надмірній кількості розглянуті хвилі.

1. Рак шкіри. Це найнебезпечніше вплив ультрафіолетового випромінювання. Меланома здатна утворитися при надмірному впливі хвиль від будь-якого джерела - як природного, так і створеного людьми. Це особливо стосується любителів засмаги в солярії. У всьому необхідна міра і обережність.
2. Руйнівну дію на сітківку очних яблук. Іншими словами, може розвинутися катаракта, птерігіум або опік оболонки. Шкідливий надмірне вплив УФ на очі було доведено вченими вже давно і підтверджено експериментальними даними. Тому при роботі з такими джерелами слід дотримуватися правила техніки безпеки. На вулиці відгородити себе можна за допомогою темних окулярів. Однак у цьому випадку слід побоюватися підробок, адже якщо скла не забезпечені УФ-відразливими фільтрами, то руйнівну дію буде ще сильніше.
3. Опіки на шкірі. У літній час їх можна заробити, якщо довгий час неконтрольовано піддавати себе впливу УФ. Взимку ж можна отримати їх через особливості снігу відображати практично повністю дані хвилі. Тому опромінення відбувається і з боку Сонця, і з боку снігу.
4. Старіння. Якщо люди довгий час перебувають під впливом УФ, то у них починають дуже рано проявлятися ознаки старіння шкіри: млявість, зморшки, в'ялість. Це відбувається від того, що захисні бар'єрні функції покривів слабшають і порушуються.
5. Вплив з наслідками в часі. Полягають у проявах негативних впливів не в молодому віці, а ближче до старості.

Всі ці результати є наслідками порушення дозувань УФ, тобто вони виникають, коли використання ультрафіолетового випромінювання проводиться нераціонально, неправильно, і без дотримання заходів безпеки.

Ультрафіолетове випромінювання: застосування

Основні галузі використання відштовхуються від властивостей речовини. Це справедливо і для спектральних хвильових випромінювань. Так, головними характеристиками УФ, на яких базується його застосування, є:

• хімічна активність високого рівня;
• бактерицидну дію на організми;
• здатність викликати світіння різних речовин різними відтінками, видимими оком людини (люмінесценція).

Це дозволяє широко використовувати ультрафіолетове випромінювання. Застосування можливе в:

• спектрометричних аналізах;
• астрономічних ісследованіях;
• медицині;
• стерілізаціі;
• знезараженні питної води;
• фотолітографіі;
• аналітичному дослідженні мінералів;
• УФ-фільтрах;
• для лову комах
• для позбавлення від бактерій і вірусів.

Кожна з перерахованих областей використовує певний тип УФ зі своїм спектром і довжиною хвилі. Останнім часом даний тип випромінювання активно використовується у фізичних і хімічних дослідженнях (встановлення електронної конфігурації атомів, кристалічної структури молекул і різних сполук, робота з іонами, аналіз фізичних перетворень на різних космічних об'єктах).

Є ще одна особливість впливу УФ на речовини. Деякі полімерні матеріали здатні розкладатися під впливом інтенсивного постійного джерела даних хвиль. Наприклад, такі, як:

• поліетилен будь-якого тиску;
• поліпропілен;
• полиметилметакрилат або органічне скло.

У чому виражається вплив? Вироби з перерахованих матеріалів втрачають забарвлення, тріскаються, тьмяніють і, зрештою, руйнуються. Тому їх прийнято називати чутливими полімерами. Цю особливість деградації вуглецевого ланцюга при умовах сонячної освітленості активно використовують в нанотехнологіях, рентгенолітографія, трансплантології та інших областях. Робиться це в основному для згладжування шорсткостей поверхні виробів.

знезараження ультрафіолетовим випромінюванням

Спектрометрія - основна область аналітичної хімії, яка спеціалізується на ідентифікації сполук та їх складу за здатністю поглинати УФ-світло певної довжини хвилі. Виходить, що спектри унікальні для кожної речовини, тому можна їх класифікувати за результатами спектрометрії.

Також застосування ультрафіолетового бактерицидного випромінювання здійснюється для залучення і знищення комах. Дія заснована на здатності ока комахи вловлювати невидимі людині короткохвильові спектри. Тому тварини летять на джерело, де і піддаються знищенню.

Використання в соляріях - спеціальних установках вертикального і горизонтального типу, в яких людське тіло піддається впливу УФ-А. Робиться це для активізації вироблення в шкірі меланіну, що додає їй більш темний колір, гладкість. Крім того, при цьому підсушуються запалення і знищуються шкідливі бактерії на поверхні покривів. Особливу увагу слід приділяти захисту очей, чутливих зон.

Медична область

Застосування ультрафіолетового випромінювання в медицині засновано також на його здібностях знищувати невидимі оку живі організми - бактерії і віруси, і на особливостях, що відбуваються в організмі під час грамотного освітлення штучним або природним опроміненням.

Основні показання до лікування УФ можна позначити в декількох пунктах:

1. Всі види запальних процесів, ран відкритого типу, нагноєнь і відкритих швів.
2. При травмах тканин, кісток.
3. При опіках, обмороженнях і шкірних захворюваннях.
4. При респіраторних недугах, туберкульозі, бронхіальній астмі.
5. При виникненні і розвитку різних видів інфекційних захворювань.
6. При недугах, що супроводжуються сильними больовими відчуттями, невралгії.
7. Захворювання горла і носової порожнини.
8. Рахіти і трофічна виразка шлунку.
9. Стоматологічні захворювання.
10. Регуляція тиску кров'яного русла, нормалізація роботи серця.
11. Розвиток ракових пухлин.
12. Атеросклероз, ниркова недостатність і деякі інші стани.

Всі ці захворювання можуть мати дуже серйозні наслідки для організму. Тому лікування та профілактика використанням УФ - це справжнє медичне відкриття, що рятує тисячі і мільйони людських життів, що зберігає і повертає їм здоров'я.

Ще один варіант використання УФ з медичної та біологічної точки зору - це знезараження приміщень, стерилізація робочих поверхонь та інструментів. Дія заснована на здатності УФ пригнічувати розвиток і реплікацію молекул ДНК, що призводить до їх вимирання. Бактерії, грибки, найпростіші і віруси гинуть.

Основною проблемою при використанні такого випромінювання для стерилізації та знезаражування приміщення є область освітлення. Адже організми знищуються тільки при безпосередньому впливі прямих хвиль. Все, що залишається за межами, продовжує своє існування.

дію ультрафіолетового випромінювання

Аналітична робота з мінералами

Здатність викликати у речовин люмінесценцію дозволяє застосовувати УФ для аналізу якісного складу мінералів і цінних гірських порід. У цьому плані дуже цікавими бувають дорогоцінні, напівкоштовні і вироби камені. Яких тільки відтінків вони не дають при опроміненні їх катодними хвилями! Дуже цікаво про це писав Малахов, знаменитий геолог. У його праці розповідається про спостереження за світінням кольорової палітри, яке здатні давати мінерали в різних джерелах опромінення.

Так, наприклад, топаз, який у видимому спектрі має гарний насичений блакитний колір, при опроміненні висвічується яскраво-зеленим, а смарагд - червоним. Перли взагалі не може дати якийсь певний колір і переливається многоцветьем. Видовище в результаті виходить просто фантастичне.

Якщо до складу досліджуваної породи входять домішки урану, то висвічування покаже зелений колір. Домішки Меліта дають синій, а морганита - бузковий або блідо-фіолетовий відтінок.

Використання в фільтрах

Для використання у фільтрах також застосовується ультрафіолетове бактерицидну випромінювання. Типи таких структур можуть бути різні:

• твердие;
• газообразние;
• рідкі.

Основне застосування такі пристрої знаходять в хімічній галузі, зокрема, в хроматографії. З їх допомогою можна провести якісний аналіз складу речовини та ідентифікувати його за належністю до того чи іншого класу органічних сполук.

Обробка питної води

Знезараження ультрафіолетовим випромінюванням питної води є одним з найсучасніших і якісних методів її очищення від біологічних домішок. Переваги цього методу наступні:

• надійність;
• ефективність;
• відсутність сторонніх продуктів в воді;
• безпека;
• економічность;
• збереження органолептичних властивостей води.

Саме тому на сьогоднішній день така методика знезараження йде в ногу з традиційним хлоруванням. Дія заснована на тих же особливостях - руйнування ДНК шкідливих живих організмів у складі води. Використовують УФ з довжиною хвилі близько 260 нм.

Крім прямого впливу на шкідників, ультрафіолет використовується також для руйнування залишків хімічних сполук, які застосовуються для пом'якшення, очищення води: таких, як, наприклад, хлор або хлорамін.

вплив ультрафіолетового випромінювання

Лампа чорного світла

Такі пристрої забезпечені спеціальними випромінювачами, здатними давати хвилі великої довжини, близької до видимого. Проте вони все одно залишаються невиразні для людського ока. Використовуються такі лампи в якості пристроїв, які читають таємні знаки з УФ: наприклад, в паспортах, документах, грошових купюрах і так далі. Тобто, такі мітки можуть бути помітні тільки під дією певного спектру. Таким чином побудований принцип роботи детекторів валюти, пристроїв для перевірки натуральності грошових купюр.

Реставрація та визначення автентичності картини

І в цій області знаходить застосування УФ. Кожен художник використовував білила, що містять в кожен епохальний проміжок часу різні важкі метали. Завдяки опроміненню можливе отримання так званих подмалевка, які дають інформацію про справжність картини, а також про специфічну техніці, манері письма кожного художника.

Крім того, лакова плівка на поверхні виробів відноситься до чутливих полимерам. Тому вона здатна старіти під впливом світла. Це дозволяє визначати вік композицій і шедеврів художнього світу.