Ультрафиолетовое излучение

Портативная ультрафиолетовая лампа

Ультрафиолет (УФ) – это электромагнитное излучение, которое находится за пределами видимого спектра света. УФ-излучение делится на несколько типов в зависимости от длины волны и энергии фотонов. Наиболее известные типы ультрафиолета – УФ-А, УФ-В и УФ-С.

История открытия

Иоганн Вильгельм Риттер, немецкий физик, в 1801 году обнаружил ультрафиолетовое излучение, которое быстрее разлагает хлорид серебра, чем видимый свет. Он предложил идею о том, что свет состоит из трех компонентов: инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения.

Типы ультрафиолета

Приложение ультрафиолетовых ламп

Ультрафиолет часто применяется в различных областях, таких как медицина, биология, фотография и даже в быту. Портативные ультрафиолетовые лампы используются для различных целей, включая дезинфекцию и обнаружение веществ, светочувствительных при свечении в ультрафиолете.

Заключение

Ультрафиолетовое излучение имеет широкий спектр применения и играет важную роль в нашей жизни. Портативная ультрафиолетовая лампа может быть полезным инструментом в различных областях, где требуется использование ультрафиолетового света.

Искусственные источники УФ-излучения и их применение

Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ-излучения, специалистам в различных областях предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ-излучения. Эти источники используются в медицине, профилактических учреждениях, сельском хозяйстве и других областях.

УФ-лампы для фотобиологического действия

Разработкой и производством УФ-ламп для установок фотобиологического действия занимаются крупные электроламповые фирмы, например, Philips, у которой номенклатура насчитывает более 80 типов. В отличие от осветительных ламп, УФ-источники излучения имеют селективный спектр, рассчитанный на достижение максимального эффекта для определённого фотобиологического процесса.

Эритемные лампы

Эритемные лампы были разработаны в 1960-х годах для компенсации недостаточности естественного УФ-излучения, в том числе для интенсификации процесса синтеза витамина D3 в коже человека. В последующие десятилетия эти лампы нашли применение в медицинских учреждениях, специальных фотариях, северных регионах и в сельском хозяйстве.

Спектр эритемных ламп сильно отличается от солнечного. Они обладают хорошим антирахитным действием, но могут оказывать повреждающее воздействие на конъюнктиву.

УФ-лампы для загара

В странах Европы и России популярны установки типа Искусственный солярий, где используются УФ-лампы для быстрого получения загара. Лампы для загара выпускаются различной мощности и длины.

Лампы полного спектра

В 1980 году описан эффект зимней депрессии, связанный с недостаточным естественным освещением, что привело к интересу потребителей к лампам полного спектра. Эти уФ-лампы воспроизводят спектр естественного света, включая УФ-область. Проект и эксплуатация установок с такими лампами требуют соблюдения стандартов безопасности.

Таким образом, искусственные источники УФ-излучения имеют широкое применение в различных областях и требуют особого внимания при выборе и эксплуатации.

Лампы для борьбы с насекомыми-вредителями

Лампы, спектр излучения которых совпадает со спектром действия фототаксиса некоторых видов летающих насекомых-вредителей (мух, комаров, моли и т. д.), целесообразно применять для борьбы с последними. Такие лампы используются в качестве ламп-аттрактантов в устройствах-светоловушках, устанавливаемых в кафе, ресторанах, на предприятиях пищевой промышленности, в животноводческих и птицеводческих хозяйствах, складах одежды и пр.

Ультрафиолетовые лазеры

Существует ряд лазеров, работающих в ультрафиолетовой области. Лазер позволяет получать когерентное излучение высокой интенсивности. Однако область ультрафиолета сложна для лазерной генерации, поэтому здесь не существует столь же мощных источников, как в видимом и инфракрасном диапазонах. Ультрафиолетовые лазеры находят своё применение в масс-спектрометрии, лазерной микродиссекции, биотехнологиях и других научных исследованиях, в микрохирургии глаза (LASIK), для лазерной абляции.

Также существуют ультрафиолетовые лазеры, использующие эффекты нелинейной оптики для генерации второй или третьей гармоники в ультрафиолетовом диапазоне.

Деградация полимеров и красителей

Многие полимеры, используемые в товарах широкого потребления, деградируют под действием УФ-света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнении поверхности, растрескивании, а иногда и полном разрушении самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света. Описанный эффект известен как УФ-старение и является одной из разновидностей старения полимеров.

Чувствительные полимеры

К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как, полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), а также специальные волокна, например, арамидные (в том числе кевлар). Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры.

Для предотвращения деградации в такие полимеры добавляются специальные вещества, способные поглощать УФ, что особенно важно в тех случаях, когда продукт подвергается непосредственному воздействию солнечного света.

Применение на практике

Воздействие УФ-лучей на полимеры используется в нанотехнологиях, трансплантологии, рентгенолитографии и др. областях для модификации свойств (шероховатость, гидрофобность) поверхности полимеров. Например, известно сглаживающее действие вакуумного ультрафиолета на поверхность полиметилметакрилата.

Воздействие на здоровье

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

• УФ-C
• УФ-B
• УФ-A

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

Ультрафиолетовое излучение также может использоваться для обеззараживания воды и воздуха. УФ-радиация применяется для уничтожения микробов, бактерий и вирусов. Этот метод очистки воды находит широкое применение в промышленности и медицине.

Преимущества использования УФ-облучения для обеззараживания:

• Эффективное уничтожение патогенных микроорганизмов без использования химических добавок.
• Отсутствие остаточных химических соединений в обработанной воде.
• Безопасность для окружающей среды и человека.
• Отсутствие запаха и вкуса в обеззараженной воде.

Применение УФ-облучения в медицине:

• Дезинфекция воздуха в операционных и палатах больниц.
• Обеззараживание воды для инъекций и лабораторных нужд.
• Стерилизация медицинского оборудования.

Итак, ультрафиолетовое излучение играет значительную роль в различных областях, начиная от защиты кожи от солнечного излучения до обеззараживания воды и воздуха. Важно помнить о мерах предосторожности и правильном использовании ультрафиолетовых источников для достижения наилучших результатов.

Относительная спектральная бактерицидная эффективность ультрафиолетового излучения — относительная зависимость действия бактерицидного ультрафиолетового излучения от длины волны в спектральном диапазоне 205—315 нм. При длине волны 265 нм максимальное значение спектральной бактерицидной эффективности равно единице.

Бактерицидное УФ-излучение на этих длинах волн вызывает димеризацию тимина в молекулах ДНК. Накопление таких изменений в ДНК микроорганизмов приводит к замедлению темпов их размножения и вымиранию. Ультрафиолетовые лампы с бактерицидным эффектом в основном используются в таких устройствах, как бактерицидные облучатели и бактерицидные рециркуляторы.

Обеззараживание воздуха и поверхностей

Кварцевая лампа, используемая для стерилизации в лаборатории

Ультрафиолетовая обработка воды, воздуха и поверхности не обладает пролонгированным эффектом. Достоинство данной особенности заключается в том, что исключается вредное воздействие на человека и животных. В случае обработки сточных вод УФ-лучами флора водоёмов не страдает от сбросов, как, например, при сбросе вод, обработанных хлором, продолжающим уничтожать жизнь ещё долго после использования на очистных сооружениях.

Ультрафиолетовые лампы с бактерицидным эффектом в обиходе часто называют просто бактерицидными лампами. Кварцевые лампы также имеют бактерицидный эффект, но их название обусловлено не эффектом действия, как у бактерицидных ламп, а связано с материалом колбы лампы — кварцевым стеклом.

Дезинфекция питьевой воды

УФ-дезинфекция выполняется при облучении находящихся в воде микроорганизмов УФ-излучением определённой интенсивности (достаточная длина волны для полного уничтожения микроорганизмов равна 260,5 нм) в течение определённого периода времени. В результате такого облучения микроорганизмы «микробиологически» погибают, так как они теряют способность воспроизводства. УФ-излучение в диапазоне длин волн около 254 нм хорошо проникает сквозь воду и стенку клетки переносимого водой микроорганизма и поглощается ДНК микроорганизмов, вызывая нарушение её структуры. В результате прекращается процесс воспроизводства микроорганизмов. Данный механизм распространяется на живые клетки любого организма в целом, именно этим обусловлена опасность жёсткого ультрафиолета.

Хотя по эффективности обеззараживания воды УФ-обработка в несколько раз уступает озонированию, на использование УФ-излучения — один из самых эффективных и безопасных способов обеззараживания воды в случаях, когда объём обрабатываемой воды невелик.

УФ-спектрофотометрия основана на облучении вещества монохроматическим УФ-излучением, длина волны которого изменяется со временем. Вещество в разной степени поглощает УФ-излучение с разными длинами волн. График, по оси ординат которого отложено количество пропущенного или отражённого излучения, а по оси абсцисс — длина волны, образует спектр. Спектры уникальны для каждого вещества, на этом основывается идентификация отдельных веществ в смеси, а также их количественное измерение.

Многие минералы содержат вещества, которые при освещении ультрафиолетовым излучением начинают испускать видимый свет. Каждая примесь светится по-своему, что позволяет по характеру свечения определять состав данного минерала. А. А. Малахов в своей книге рассказывает об этом так:

Необычное свечение минералов вызывают и катодный, и ультрафиолетовый, и рентгеновский лучи. В мире мёртвого камня загораются и светят наиболее ярко те минералы, которые, попав в зону ультрафиолетового света, рассказывают о мельчайших примесях урана или марганца, включённых в состав породы. Странным «неземным» цветом вспыхивают и многие другие минералы, не содержащие никаких примесей. Целый день я провёл в лаборатории, где наблюдал люминесцентное свечение минералов. Обычный бесцветный кальцит расцвечивался чудесным образом под влиянием различных источников света. Катодные лучи делали кристалл рубиново-красным, в ультрафиолете он загорался малиново-красными тонами. Два минерала — флюорит и циркон — не различались в рентгеновских лучах. Оба были зелёными. Но стоило подключить катодный свет, как флюорит становился фиолетовым, а циркон — лимонно-жёлтым.

— «Занимательно о геологии» (М., «Молодая гвардия», 1969. 240 стр.), с. 11

Качественный хроматографический анализ

Хроматограммы, полученные методом ТСХ, нередко просматривают в ультрафиолетовом свете, что позволяет идентифицировать ряд органических веществ по цвету свечения и индексу удерживания.

Ультрафиолетовое излучение нередко применяется при ловле насекомых на свет (нередко в сочетании с лампами, излучающими в видимой части спектра). Это связано с тем, что у большинства насекомых видимый диапазон смещён, по сравнению с человеческим зрением, в коротковолновую часть спектра: насекомые не видят того, что человек воспринимает как красный, но видят мягкий ультрафиолетовый свет.

Один из главных инструментов экспертов — ультрафиолетовое, рентгеновское и инфракрасное излучение. Ультрафиолетовые лучи позволяют определить старение лаковой плёнки — более свежий лак в ультрафиолете выглядит темнее. В свете большой лабораторной ультрафиолетовой лампы более тёмными пятнами проступают отреставрированные участки и кустарно переписанные подписи.

Денежная купюра в ультрафиолетовом излучении