Ультрафиолетовое излучение – виды, длины, действие и применение

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ: ВИДЫ, ДЛИНЫ, ДЕЙСТВИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ. УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦА И ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ. ЛАМПЫ КАК ИСТОЧНИКИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. РЕЦИРКУЛЯТОРЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ БАКТЕРИЦИДНЫЕ И ЛЕЧЕБНЫЕ ОБЛУЧАТЕЛИ УЛЬТРАМИГ

Ультрафиолетовое излучение (УФ, UV) занимает ту часть электромагнитного спектра, которая ограничена диапазоном от 100 до 400 нанометров и не воспринимается человеческим глазом. Это промежуток между фиолетовым светом и рентгеновскими лучами. В переводе с латинского слово ultraviolet означает «за пределами, вне фиолетового». Это самые короткие лучи видимого спектра – к самым длинным (красному свету) примыкают инфракрасные. Близость к границе видимого диапазона и позволила обнаружить ультрафиолет в начале 19-го века. Немецкий физик Иоганн Риттер заметил, что бумага, обработанная хлоридом серебра, быстрее темнеет под невидимыми лучами ниже 400 нм. ИК-лучи тогда называли тепловыми, а УФ стали именовать окисляющими или химическими. Позже появилась классификация видов излучения, используемая и сегодня: 1) видимое; 2) инфракрасное; 3) ультрафиолетовое. Источники УФ-спектра открыли огромные возможности для разных сфер деятельности. Используются в промышленности и технике, физических и биологических исследованиях, в полиграфии, минералогии и криминалистике, в медицине, физиотерапии, косметологии и в быту.

Видимое ультрафиолетовое излучение

Многих интересует вопрос: если человеческий глаз не воспринимает этот спектр, то почему некоторые люди и другие живые существа его видят? Свет находится на длинах волн от 380 нм (фиолетовый) до 650 нм (красный). То, что выше или ниже этих значений, наши роговица и хрусталик блокируют. Но, например, у маленьких детей больше 70% длинноволнового ультрафиолета через них проходит! К 30-ти годам этот процент уменьшается до 10%. Но ближе к 380-400 нанометров можно распознать видимое ультрафиолетовое излучение как фиолетовый или синеватый свет. Люди с дефектами зрения тоже его видят и описывают как бело-фиолетовый или бело-синий. А у насекомых и птиц есть специальный рецептор для восприятия УФ-лучей и лучшего ориентирования в пространстве. Именно на этой способности основан принцип приманивания насекомых в инсектицидные ловушки, излучающие длинный УФ-спектр. Что касается свечения различных материалов и красок под ультрафиолетом, то это эффект флуоресценции. Светиться могут самым разным светом (голубым, оранжевым) в зависимости от своей структуры и свойств. В диагностике грибковых заболеваний кожи широко используют и УФ-лампу черного света Вуду, по-разному подсвечивающую пораженные участки.

Виды ультрафиолетового излучения

Прежде чем перейти к разделению внутри самого УФ-диапазона, приведем общую классификацию. Основана на типе и длине лучей, их особенностях и областях применения.

✓ Природный и искусственный. Главным источником естественных УФ-лучей, проходящих через озоновый слой атмосферы и достигающих Земли, является Солнце. Хотя в общем световом потоке на их долю приходится только 10%, ультрафиолетовое излучение Солнца достаточно мощное и способное обеспечить необходимой энергией все живое. Но так как содержит все спектры, то может оказывать не только полезное, но и вредное воздействие. Искусственными источниками, генерирующими УФ-лучи разной длины, являются лампы. Устанавливаются в стационарном оборудовании, настольных приборах и ручных облучателях.

✓ Ближний и дальний. Эти виды ультрафиолетового излучения будут подробно рассмотрены ниже, а пока обозначим их общее разделение. К ближнему относятся энергетически слабые длинные лучи А-спектра (UVA). Занимают больше 95% всего солнечного ультрафиолета и свободно проходят через атмосферу. Дальний короткий С-спектр (UVC) – сильный, жесткий и опасный, но почти полностью задерживается озоновым слоем. Между ними располагается средний В-диапазон (UVB). Существует и дальний экстремальный вакуумный спектр (VUV), который полностью поглощается атмосферой и искусственно генерируется приборами.

✓ Бактерицидный и лечебный. Короткий С-спектр оказывает обеззараживающее действие, уничтожая бактерии, вирусы, грибы и другие микроорганизмы. Благодаря этому UVC лампы устанавливают в промышленных, медицинских и бытовых установках для дезинфекции воздуха, поверхностей и воды. Используют С-спектр и в терапии инфекционных или гнойных заболеваний кожи и слизистых. Но более широкое применение в медицине получили другие виды ультрафиолетового излучение – А- и В-спектры. Их лечебное действие легло в основу такого физиотерапевтического метода, как фототерапия кожи при дерматитах и дерматозах.

✓ Технический и бытовой. К первому типу можно отнести все источники ультрафиолета, используемые в промышленности, науке и техники. Например, установки для отверждения пластика или красок. В эту категорию можно включить и другие профессиональные сферы применения ультрафиолета (криминалистика, экспертиза). Предназначены такие источники УФ-лучей только для выполнения специфических задач. Бытовые устройства бывают разного вида и назначения. Это ручные УФ-фонарики, ультрафиолетовые облучатели для лечения кожи, приборы для физиотерапевтических процедур, лампы для домашних растений и аквариумов.

Длины ультрафиолетового излучения

I. Коротковолновый UVC-спектр (100-280 нм). Благодаря бактерицидному действию способен дезинфицировать не только воздух и поверхности, но и живые ткани организма. Хотя верхний роговой слой эпидермиса пропускает меньше 1% С-лучей, для кожи и слизистых применять их нужно с большой осторожностью. Облучение помогает при вирусных инфекциях, гнойных процессах в горле, носоглотке и ротовой полости, при грибковых заболеваниях стоп и ногтей.

II. Средневолновый UVB-спектр (280-320 нм). Опасный для глаз и способный вызывать сильные покраснения кожи. Проникает через верхний барьер до шиповатого слоя эпидермиса. Но это лечебное ультрафиолетовое излучение, стимулирующее выработку витамина D. Лампы, излучающие узкие лучи на пике 311 нм, используют при хронических заболеваниях кожи: псориаз, витилиго, нейродермит, себорея, экзема, отрубевидный лишай, очаговая алопеция.

III. Длинноволновый А-спектр (320-400 нм). На коже образует более мягкий загар, поэтому часто применяется в солярии. Но облучение имеет опасные отсроченные последствие в виде ранних морщин и фотостарения, стойкой гиперпигментации и риска рака кожи. Вместе с усиливающим фотоактивным препаратом используется в PUVA-терапии запущенных дерматозов. Лучи проникает через верхние и средние слои эпидермиса и достигают дермы.

Ультрафиолетовое излучение Солнца

Напомним, что природный диапазон содержит все спектры (А, В, С), отфильтровывать которые очень сложно. Поэтому воздействие бывает как положительным, так и отрицательным. Спасает то, что самые опасные и сильные лучи задерживаются атмосферой, иначе жизнь на Земле была бы невозможной. Поверхности достигает 95-97% длинноволновых А-лучей, а оставшаяся часть – это средневолновые В-лучи. Сила действия ультрафиолетового излучения Солнца зависит от нескольких факторов. Наибольшая активность приходится на весенне-летний сезон и на дневное время между 12:00 и 15:00 часами. Чем выше местность над уровнем моря, тем сильнее ультрафиолет. Способен свободно проходить через облака, а вот присутствие в воздухе дыма и пыли уменьшает его силу. Снижается и по мере погружения в воду, поэтому во время плавания загорает только верхняя часть тела человека. Но УФ-лучи могут отражаться от глади воды, а также от снежного покрова и песка. Оконные стекла практически полностью поглощают В-спектр, а вот для А-лучей препятствием не становятся. Поэтому отдельные виды стекол в автомобилях, учреждениях и жилых домах дополнительно от них защищают.

Воздействие ультрафиолетового излучения

Влияние УФ-лучей на глаза, кожу и на организм в целом зависит от нескольких принципиальных условий: спектра (длины) лучей, продолжительности и участка их воздействия. А-лучи отвечают за загар, а В-лучи могут вызывать временные сильные покраснения (эритемы). Но любое регулярное или длительное облучение даже мягким А-ультрафиолетом неизбежно чревато последствиями! Очень уязвимы глаза, которые всегда нужно защищать очками. Кожный покров тела имеет разную чувствительность. Например, на животе и спине покраснения всегда более выражены, чем на руках или ногах. Самые устойчивые – ладони и стопы. На детей и людей со светлой кожей УФ-лучи тоже влияют сильнее, чем на смуглых. Но если взять за основу правильный выбор спектра и времени облучения, то это принесет только пользу. Проникая через кожу и ткани, УФ-лучи запускают цепь фотохимических и биологических реакций.

Общее и направленное действие ультрафиолетового излучения:

– Усиление иммунитета и повышение общего биотонуса за счет синтеза витамина D.
– Устранение дефицита витамина D, обнаруженного у половины населения страны.
– Нормализация минерализации костной ткани благодаря балансу кальция и фосфора.
– Выработка необходимых для здоровья биоактивных элементов (мелатонин, серотонин).
– Активизация регенерации клеток, кровообращения, питания и поглощения кислорода.
– Снижение артериального давления, уровня холестерина и риска сердечных патологий.
– Дезинтоксикационный эффект, например, посредством процедуры УФ-облучения крови.
– Подавление местного иммунного ответа (иммуносупрессия) при воспалениях в коже.
– Уменьшение выработки модуляторов воспаления при дерматите, псориазе и экземе.
– Восстановление пигментных клеток (витилиго) и волосяных фолликулов (алопеция).

Источники ультрафиолетового излучения

Природная солнечная энергия тоже нашла свое практическое применение: например, в виде рефлекторных концентраторов, батарей и панелей. Но самые широкие перспективы предоставляют генераторы искусственного ультрафиолета нужного диапазона и длины. Позволяют отфильтровывать опасные или не нужные для конкретных целей лучи, усиливая действие одного выбранного спектра. Это не только габаритные и массивные установки для профессионального применения, но и бытовые портативные приборы разного назначения. От установленного в них источника зависит как их полезное действие, так и возможные риски.

Лампы ультрафиолетового излучения

1) Кварцевые

Представляют собой прямые стеклянные трубки с запаянными на концах металлическими электродами. Внутри заполняются инертным газон (аргоном, ксеноном) и небольшим количеством ртути. При включении нагреваются, а в парах ртути возникает дуговой разряд. Одна часть излучения ламп – это видимый свет, а вторая часть – это УФ-лучи, которые легко проходят через кварцевое стекло. Используются в открытых дезинфицирующих установках, предназначенных для обеззараживания медицинских и лабораторных помещений. В воздухе происходит образование опасного для человека озона, поэтому стерилизация выполняется только в отсутствии людей. Разновидностью кварцевых являются ксеноновые импульсные лампы для обеззараживания. Но они очень дорогие и увеличивают концентрацию озона.

2) Ртутные

Это газоразрядные лампы ультрафиолетового излучения, получаемого посредством прохождения электрической дуги через пары ртути. Помимо УФ-лучей, генерируется и белый свет с голубоватым оттенком. Самый распространенный вид – ртутные лампы низкого давления, излучающие коротковолновые С-лучи. Например, бактерицидные генерируют ультрафиолет на пике 253.7 нм. Эти лучи максимально разрушительны для большинства бактерий и вирусов. Для обеззараживания помещений в присутствии людей лампы изготавливают из увиолевого стекла, блокирующего озонообразующее излучение. Для безопасности устанавливают их в облучатели-рециркуляторы закрытого типа. Ртутные лампы высокого давления используют, например, в качестве мощных источников белого света.

3) Амальгамные

Лампы большой мощности и усиленного бактерицидного потока. Помимо ртути, для большей безопасности в них содержатся висмут и индий. Само название «амальгама» означает сплав ртути с металлами. Традиционные ртутные технологии ограничены мощностью до 100 Вт по причине неустойчивого давления паров, а амальгамные позволяют превышать этот предел. К тому же ртуть может содержаться в гранулах, поэтому не оседает на стенки. Это препятствует загрязнению колбы, многократно продлевает срок службы и поддерживает стабильную работу. Но, по сравнению с обычными ртутными лампами, их стоимость значительно выше. Такие источники ультрафиолетового излучения используют в промышленных системах очистки воды, для дезинфекции бассейнов и аквапарков, а также в различных технических устройствах.

4) Светодиодные (LED)

Лампы ультрафиолетового излучения малой и средней мощности, получившие наибольшее распространение в УФ-идентификации и в быту. Для генерирования лучей в них предусмотрены специальные присадки (нитрид галлия или алюминия). Светодиодные уступают газоразрядным ртутным лампам по КПД. Но обеспечивают стабильное излучение в диапазоне 100-400 нм и имеют практически неограниченный срок службы. Устанавливают их в ручные приборы, используемые в криминалистике, УФ-экспертизе, минералогии. В домашних условиях применяют, например, для полимеризации маникюрного лака или как фитолампы для растений. За счет широкого излучаемого спектра, включая UVC, могут выполнять и дезинфицирующую функцию. Но эффективность обеззараживания светодиодами остается под вопросом.

Применение ультрафиолетового излучения

Использование разных спектров и длин позволяет решать разноплановые задачи как в профессиональных областях, так и в повседневной жизни. Узконаправленное применение доступно только специалистам. Например, в сфере УФ-печати и литографии осваивается новая технология с излучением на экстремальной нижней границе спектра (13.5 нм). Устойчивость лаков, красок, пластика и текстиля к ультрафиолету продолжает тестироваться в диапазоне 315-380 нм. Под лучами 300-365 нм происходит отверждение полимеров. Обнаружение отдельных минералов, биологических следов, УФ-идентификация купюр или произведений искусства выполняется детекторами и фонариками, излучающими диапазон 365-390 нм. Специфическую подсветку танцполов и ночных клубов обеспечивают лампы 380-400 нм. Но большинство людей интересуют возможности, которые предоставляют эти источники в быту.

Использование ультрафиолетового излучения:

● Лампы общеукрепляющего действия при рахите и дефиците витамина D (UVB-спектр).
● Лечебные УФ-облучатели для домашней узкополосной фототерапии кожи (UVB, 311 нм).
● Облучатели-рециркуляторы для обеззараживания воздуха в помещениях (UVC, 253.7 нм).
● Кварцевые дезинфицирующие аппараты для кожи и слизистых оболочек (UVC, 180 нм).
● Лампы для загара, косметологические приборы, сушилки для лака и ногтей (UVA-спектр).
● Светодиодные светильники для дома и УФ-фонари для подсвечивания (UVA, 365-400 нм).
● Лампы для обитателей аквариумов и активизаторы роста домашних растений (UVВ, UVA).
● УФ-ловушки и отпугиватели мошек, комаров, мух, ос и других насекомых (UVA, 350-370 нм).

Рециркуляторы ультрафиолетовые бактерицидного действия

В закрытых помещениях с постоянным нахождением людей воздушная среда загрязняется бактериями и вирусами. Эти микроорганизмы передаются воздушно-капельным путем и вызывают респираторные заболевания (грипп, ОРВИ, коронавирус, корь, ветрянка, свинка). Для очистки поверхностей можно использовать антисептики, а как устранить патогены в воздухе? Причем так, чтобы во время дезинфекции каждый раз не выходить из помещения. С этой целью и применяют облучатели-рециркуляторы закрытого типа. В них устанавливается ртутная лампа из увиолевого стекла, не вызывающая образование озона в воздухе. Ультрафиолетовое излучение бактерицидного действия – это коротковолновые лучи на пике 253.7 нанометров. Самая губительная длина для большинства микроорганизмов. Приборы имеют также вентилятор, который затягивает воздух из помещения в корпус, прогоняет через лампу и очищенным возвращает обратно. УФ-лучи поглощаются ДНК вирусов и на молекулярном уровне дезактивируют их, лишая способности к дальнейшему делению и распространению.

Для обеззараживания воздушной среды в помещениях разного назначения предназначены рециркуляторы бактерицидные Ультрамиг собственного производства Хронос. Обеспечивают бактерицидную эффективностью в 99.9%, имеют мощный вентилятор, сменный фильтр и качественную безозоновую лампу. Младшие модели используются в домашних условиях для защиты от вирусов членов семьи. Абсолютно безопасны для людей и домашних животных. Работают тихо и могут устанавливаться в детских, спальнях и гостиных. Это напольные рециркуляторы Ультрамиг, которые можно переносить из комнаты в комнату. Выпускаются в металлическом корпусе белого и черного цвета. Всегда актуальна и дезинфекция воздуха в офисных учреждениях, в дошкольных и учебных заведениях. Потоки людей и их долгое пребывание в помещениях многократно повышают скопление патогенов в воздухе. Если среди присутствующих есть хотя бы один заболевший, то он может заразить несколько человек. Для офисов, салонов, детсадов и школ Хронос выпускает мощные настенные рециркуляторы

Облучатели ультрафиолетовые лечебного действия

В лечении хронических заболеваний кожи УФ-облучение используется больше полувека. Первым методом стала общая ПУВА-терапия тела: комбинация А-лучей и усиливающего их псоралена. Человек принимает препарат и спустя два часа помещается в кабинку наподобие вертикального солярия. При своем лечебном действии ультрафиолетовое излучение в сочетании с лекарством вызывает ранние и отсроченные побочные последствия. Обеспечить безопасность при сохранении высокой эффективности позволяет узкополосная фототерапия. Появилась позже остальных методов после изобретения лечебной UVB-лампы 311 нм. Оказывает противовоспалительное и иммуносупрессивное действие, ускоряет восстановление кожи и функции ее основных клеток (кератиноцитов, меланоцитов). Признана терапией первой линии при псориазе, парапсориазе и витилиго. Применяется также при экземе разных видов, атопическом и себорейной дерматите, разноцветном лишае и очаговом облысении.

Для проведения фототерапии в медучреждениях предлагается ультрафиолетовый облучатель Ультрамиг-302 производства Хронос. Имеет 8 ламп типа PL-S 9W/01/2P 1CT, отличается высокой мощностью и большим периметром излучающего окна. Может устанавливаться на статичную горизонтальную поверхность или крепиться на передвижную медицинскую стойку. Лечебное действие ультрафиолетового излучения доступно и в домашних условиях. Для облучения груди, живота, спины, поясницы и нижних конечностей удобно использовать облучатель Ультрамиг-311 с двумя лампами. Устанавливается на стол или на пол. Для локального облучения волосистой части головы, ладоней и кистей, сгибательных поверхностей и других участков используется ручная ультрафиолетовая расческа Ультрамиг-311Р. Имеет встроенный гребень, помогающий раздвигать волосы на голове и не приближать лампу слишком близко к коже. Доставляются лечебные ультрафиолетовые облучатели Ультрамиг во все регионы страны в комплекте с защитными очками и инструкцией по эксплуатации.