Что в разы усиливает интенсивность uv лучей
Ультрафиолетовое излучение в природе и медицине.
История открытия. Природа ультрафиолетового излучения
Спектр лучей, видимых глазом человека, не имеет резкой, четко определенной границы. Верхней границей видимого спектра одни исследователи называют 400 нм, другие 380, третьи сдвигают ее до 350. 320 нм. Это объясняется различной световой чувствительностью зрения и указывает на наличие лучей не видимых глазом.
В 1801 г. И. Риттер (Германия) и У. Уола-стон (Англия) используя фотопластинку доказали наличие ультрафиолетовых лучей. За фиолетовой границей спектра она чернеет быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение пластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны.
Ультрафиолетовые лучи охватывают широкий диапазон излучений: 400. 20 нм. Область излучения 180. 127 нм называется вакуумной. Посредством искусственных источников (ртутно-кварцевых, водородных и дуговых ламп), дающих как линейчатый, так и непрерывный спектр, получают ультрафиолетовые лучи с длиной волны до 180 нм. В 1914 г. Лайман исследовал диапазон до 50 нм.
Ответ на этот вопрос нашел А. Корню (Франция). Он установил, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи короче 295 нм, после чего выдвинул предположение: Солнце излучает коротковолновые ультрафиолетовое излучение, под его действием молекулы кислорода распадаются на отдельные атомы, образуя молекулы озона, поэтому в верхних слоях атмосферы озон должен покрывать землю защитным экраном. Гипотеза Корню получила подтверждение тогда, когда люди поднялись в верхние слои атмосферы. Таким образом, в земных условиях спектр солнца ограничен пропусканием озонового слоя.
Когда Солнце стоит в зените, в экваториальной области поверхности земли достигают лучи длиной 290. 289 нм. В средних широтах коротковолновая граница, в летние месяцы, составляет примерно 297 нм. В период эффективного освещения верхняя граница спектра составляет порядка 300 нм. За полярным кругом земной поверхности достигают лучи с длиной волны 350. 380 нм.
Влияние ультрафиолетового излучения на биосферу
Выше диапазона вакуумной радиации ультрафиолетовые лучи легко поглощаются водой, воздухом, стеклом, кварцем и не достигают биосферы Земли. В диапазоне 400. 180 нм влияние на живые организмы лучей различной длины волны не одинакова. Наиболее богатые энергией коротковолновые лучи сыграли существенную роль в образовании первых сложных органических соединений на Земле. Однако эти лучи способствуют не только образованию, но и распаду органических веществ. Поэтому прогресс жизненных форм на Земле наступил лишь после того, когда благодаря деятельности зеленых растений атмосфера обогатилась кислородом и, под действием ультрафиолетовых лучей, образовался защитный озоновый слой.
Для нас представляют интерес ультрафиолетовое излучение Солнца и искусственных источников ультрафиолетового излучения в диапазоне 400. 180 нм. Внутри этого диапазона выделены три области:
Фотохимические реакции под действием ультрафиолетовых лучей проходят наиболее интенсивно. Энергия фотонов ультрафиолетового света очень велика, поэтому при их поглощении молекула ионизируется и распадается на части. Иногда фотон выбивает электрон за пределы атома. Чаще всего происходит возбуждение атомов и молекул. При поглощении одного кванта света с длиной волны 254 нм энергия молекулы возрастает до уровня, соответствующего энергии теплового движения при температуре 38000°С.
Действие ультрафиолетового излучения на клетку
Действие ультрафиолетового излучения на кожу
Эритема рассматривается как сложный рефлекс, в возникновении которого участвуют активные продукты фотолиза. Степень выраженности эритемы и возможность ее образования зависит от состояния нервной системы. На пораженных участках кожи, при обморожении, воспалении нервов эритема либо вовсе не появляется, либо выражена очень слабо, несмотря на действие ультрафиолетовых лучей. Угнетает образование эритемы сон, алкоголь, физическое и умственное утомление.
Н. Финзен (Дания) впервые применил ультрафиолетовое излучение для лечения ряда болезней в 1899 г. В настоящее время подробно изучены проявления действия разных участков ультрафиолетового излучения на организм. Из ультрафиолетовых лучей, содержащихся в солнечном свете, эритему вызывают лучи с длиной волны 297 нм. К лучам с большей или меньшей длиной волны эритемная чувствительность кожи снижается.
С помощью искусственных источников излучения эритему удалось вызвать лучами диапазона 250. 255 нм. Лучи с длиной волны 255 нм дает резонансная линия излучения паров ртути, используемых в ртутно-кварцевых лампах.
Таким образом, кривая эритемной чувствительности кожи имеет два максимума. Впадина между двумя максимумами обеспечивается экранирующим действием ороговевшего слоя кожи.
Защитные функции организма
Потоотделение, наряду с функцией терморегуляции, препятствует воздействию ультрафиолетового излучения на человека. Пот содержит урокановую кислоту, которая поглощает коротковолновое излучение благодаря наличию в ее молекулах бензольного кольца.
Световое голодание (дефицит естественного УФ-облучения)
Ультрафиолетовое излучение поставляет энергию для фотохимических реакций в организме. В нормальных условиях солнечный свет вызывает образование небольшого количества активных продуктов фотолиза, которые оказывают на организм благотворное действие. Ультрафиолетовые лучи в дозах, вызывающих образование эритемы, усиливают работу кроветворных органов, ретикуло-эндоте-лиальную систему (Физиологическая система соединительной ткани, вырабатывающая антитела разрушающие чужеродные организму тела и микробы), барьерные свойства кожного покрова, устраняют аллергию.
Под действием ультрафиолетового излучения в коже человека из стероидных веществ образуется жирорастворимый витамин D. В отличие от других витаминов он может поступать в организм не только с пищей, но и образовываться в нем из провитаминов. Под влиянием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 280. 313 нм провитамины, содержащиеся в кожной смазке выделяемой сальными железами, превращаются в витамин D и всасываются в организм.
Физиологическая роль витамина D заключается в том, что он способствует усвоению кальция. Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови, уплотняет клеточные и тканевые мембраны, регулирует активность ферментов. Болезнь, возникающая при недостатке витамина D у детей первых лет жизни, которых заботливые родители прячут от Солнца, называется рахитом.
Кроме естественных источников витамина D используют и искусственные, облучая провитамины ультрафиолетовыми лучами. При использовании искусственных источников ультрафиолетового излучения следует помнить, что лучи короче 270 нм разрушают витамин D. Поэтому с помощью фильтров в световом потоке ультрафиолетовых ламп подавляется коротковолновая часть спектра. Солнечное голодание проявляется в раздражительности, бессоннице, быстрой утомляемости человека. В больших городах, где воздух загрязнен пылью, ультрафиолетовые лучи вызывающие эритему почти не достигают поверхности Земли. Длительная работа в шахтах, машинных отделениях и закрытых заводских цехах, труд ночью, а сон в дневные часы приводят к световому голоданию. Световому голоданию способствует оконное стекло, которое поглощает 90. 95% ультрафиолетовых лучей и не пропускает лучи в диапазоне 310. 340 нм. Окраска стен также имеет существенное значение. Например, желтая окраска полностью поглощает ультрафиолетовые лучи. Недостаток света, особенно ультрафиолетового излучения, ощущают люди, домашние животные, птицы и комнатные растения в осенний, зимний и весенний периоды.
Восполнить недостаток ультрафиолетовых лучей позволяют лампы, которые наряду с видимым светом излучают ультрафиолетовые лучи в диапазоне длин волн 300. 340 нм. Следует иметь в виду, что ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав ультрафиолетовых ламп, направление излучения и высота размещения ламп, длительность горения ламп, могут вместо пользы принести вред.
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения
Негативное воздействие ультрафиолетового облучения
Хорошо известен и ряд негативных эффектов, возникающих при воздействии УФ-излучения на организм человека, которые могут приводить к ряду серьезных структурных и функциональных повреждений кожи. Как известно, эти повреждения можно разделить на:
Искусственные источники УФ-излучения в медицине
Бактерицидные лампы
В качестве источников УФ-излучения используются разрядные лампы, у которых в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм (остальная область спектра излучения играет второстепенную роль). К таким лампам относятся ртутные лампы низкого и высокого давления, а также ксеноновые импульсные лампы.
Ртутные лампы низкого давления конструктивно и по электрическим параметрам практически ни чем не отличаются от обычных осветительных люминесцентных ламп, за исключением того, что их колба выполнена из специального кварцевого или увиолевого стекла с высоким коэффициентом пропускания УФ-излучения, на внутренней поверхности которой не нанесен слой люминофора. Эти лампы выпускаются в широком диапазоне мощностей от 8 до 60 Вт. Основное достоинство ртутных ламп низкого давления состоит в том, что более 60 % излучения приходится на линию с длиной волны 254 нм, лежащей в спектральной области максимального бактерицидного действия. Они имеют большой срок службы 5.000-10.000 ч и мгновенную способность к работе после их зажигания.
Колба ртутно-кварцевых ламп высокого давления выполнена из кварцевого стекла. Достоинство этих ламп состоит в том, что они имеют при небольших габаритах большую единичную мощность от 100 до 1000 Вт, что позволяет уменьшить число ламп в помещении, но обладают низкой бактерицидной отдачей и малым сроком службы 500-1000 ч. Кроме того, нормальный режим горения наступает через 5-10 минут после их зажигания.
Существенным недостатком непрерывных излучательных ламп является наличие риска загрязнения парами ртути окружающей среды при разрушении лампы. В случае нарушения целостности бактерицидных ламп и попадания ртути в помещение должна быть проведена тщательная демеркуризация загрязненного помещения.
Преимущество ксеноновых импульсных ламп обусловлено более высокой бактерицидной активностью и меньшим временем экспозиции. Достоинством ксеноновых ламп является также то, что при случайном их разрушении окружающая среда не загрязняется парами ртути. Основными недостатками этих ламп, сдерживающими их широкое применение, является необходимость использования для их работы высоковольтной, сложной и дорогостоящей аппаратуры, а также ограниченный ресурс излучателя (в среднем1-1,5 года).
Бактерицидные лампы разделяются на озонные и безозоновые.
У озонных ламп в спектре излучения присутствует спектральная линия с длиной волны 185 нм, которая в результате взаимодействия с молекулами кислорода образует озон в воздушной среде. Высокие концентрации озона могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Использование этих ламп требует контроля содержания озона в воздушной среде и тщательного проветривания помещения.
Для исключения возможности генерации озона разработаны так называемые бактерицидные «безозонные» лампы. У таких ламп за счет изготовления колбы из специального материала (кварцевое стекло с покрытием) или её конструкции исключается выход излучения линии 185 нм.
Бактерицидные лампы, отслужившие свой срок службы или вышедшие из строя, должны храниться запакованными в отдельном помещении и требуют специальной утилизации согласно требованиям соответствующих нормативных документов.
Бактерицидные облучатели.
Искусственное ультрафиолетовое облучение, даже непрямое, противопоказано детям с активной формой туберкулеза, нефрозо-нефрита, лихорадочным состоянием и резким истощением.
Использование ультрафиолетовых бактерицидных установок требует строгого выполнения мер безопасности, исключающих возможное вредное воздействие на человека ультрафиолетового бактерицидного излучения, озона и паров ртути.
Основные меры безопасности и противопоказания к использованию терапевтического УФ-облучения.
Перед использованием УФ-облучения от искусственных источников необходимо посетить врача с целью подбора и установления минимальной эритемной дозы (МЭД), которая является сугубо индивидуальным параметром для каждого человека.
Поскольку индивидуальная чувствительность людей широко варьируется, рекомендуется продолжительность первого сеанса сократить вдвое по сравнению с рекомендованным временем, с тем чтобы установить кожную реакцию пользователя. Если после первого сеанса обнаружится какая-либо неблагоприятная реакция, дальнейшее использование УФ-облучения не рекомендуется.
Регулярное облучение в течение длительного времени (год и больше) не должно превышать 2 сеансов в неделю, причем в год может быть не более 30 сеансов или 30 минимальных эритемных доз (МЭД), какой бы малой ни была эритемно-эффективная облученность. Рекомендуется иногда прерывать регулярные сеансы облучения.
Терапевтическое облучение необходимо проводить с обязательным использованием надежных защитных очков для глаз.
Кожа и глаза любого человека могут стать «мишенью» для ультрафиолета. Считается, что люди со светлой кожей более восприимчивы к повреждению, однако и смуглые, темнокожие люди тоже не могут чувствовать себя в полной безопасности.
Очень осторожным с естественным и искусственным УФ-облучением всего тела следует быть следующим категориям людей:
Следует с осторожностью относиться к ультрафиолетовому облучению лицам, принимающим следующие лекарственные препараты:
Особенно опасно длительное неконтролируемое воздействие ультрафиолета для детей и подростков, поскольку может стать причиной развития во взрослом возрасте меланомы, наиболее быстро прогрессирующего рака кожи.
По материалам из открытых источников.
Определение интенсивности и дозы ультрафиолетовой рациации
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
Определение интенсивности и профилактической дозы ультрафиолетовой рациации
Солнечная радиация, ее физические характеристики и спектральный состав.
Солнечная радиация – это интегральный поток корпускулярных частиц (протоны, альфа-частицы, электроны, нейтроны, нейтрино и другие) и электромагнитного (фотонного) излучения (таблица 1).
Таблица 1. Электромагнитный состав солнечной радиации (за R.F. Donnelly, O.R.White, 1980)
| Длина волны в нанометрах | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Диапазон радиочастот | > 100 000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Далекий инфракрасный участок | 100 000 – 10 000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Инфракрасный участок | 10 000 – 760 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Видимый или оптический участок | 760 – 400 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ультрафиолетовый участок | 400 – 120 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Крайний ультрафиолетовый участок | 120-10 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мягкое рентгеновское излучение | 10-0,1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Жесткое рентгеновское излучение | 2 *мин). Солнечная постоянная равняется 2 мкал / (см 2 *мин) на границе атмосферы и 1 мкал / (см 2 *мин) на уровне Земли. 2. Биологический (эритемный) метод – определение эритемной дозы с помощью биодозиметра М.Ф. Горбачева (рис. 2.2). Эритемная доза (ЭД) или биодоза – наименьшая продолжительность УФ облучения незагоревшей кожи в минутах, после которого спустя 15-20 часов (у детей спустя 1-3 часа) проявляется выраженное покраснение кожи (эритема). Биодозиметр М.Ф. Горбачева представляет собой планшетку с 6-ю отверстиями (1,5 – 1,0 см), которые закрываются подвижной пластинкой. Для определения эритемной дозы биодозиметр закрепляют на незагоревшей части тела (внутренняя часть предплечья). Целесообразно пометить на коже (шариковой ручкой) расположение и номер окошек. Исследуемый участок кожи располагают на расстоянии 0,5 м от искусственного источника УФИ (после прогрева лампы 10-15 мин.) и открывают каждое окошко на 1 минуту. Таким образом, окошко № 1 облучается 6 мин., № 2 – 5 мин., № 3 – 4 мин., № 4 – 3 мин., № 5 – 2 мин., № 6 – 1 мин. В зависимости от мощности источника и других условий время облучения и расстояние до источника могут быть иными. Контроль появления эритемы проводят через 18-20 часов после облучения. Эритемную дозу определяют в минутах по номеру окошка, где эритема будет наименьшей. Физиологическая доза составляет 1/2 – 1/4 эритемной, а профилактическая – 1/8 эритемной дозы. Профилактическую дозу на необходимом для облучения пациентов расстоянии рассчитывают по формуле:
где: В – расстояние от лампы до пациента в м; С – стандартное расстояние в м, на котором определяется эритемная доза (0,5 м); А – эритемная доза на стандартном расстоянии, мин. Примечание: как отмечено раньше, студенты друг у друга на занятии лишь облучают кожу при помощи дозиметра Горбачева. На коже шариковой ручкой нумеруют окошки, а спустя 18-20 часов самостоятельно определяют эритемную дозу, рассчитывают физиологическую и профилактическую дозы, данные заносят в протокол, о результатах работы отчитываются на следующем занятии.
Рис. 2.2. Биодозиметр Горбачева. 3. Фотохимический (щавелевокислый) метод разработан З.Н. Куличковой и основан на разложении щавелевой кислоты в присутствии азотнокислого уранила пропорционально интенсивности и продолжительности УФ облучения ее титрованного раствора. Интенсивность ультрафиолетовой радиации этим методом определяется в мг разложившейся щавелевой кислоты на 1 см 2 поверхности раствора за единицу времени (мин, час). Реактивы: 0,1 н раствор щавелевой кислоты (6,3 г на 1 л дистиллированной воды); рабочий 0,1 н раствор перманганата калия (3,16 г КМnО4 в 1 л дистиллированной воды): рабочий 0,1 н раствор щавелевой кислоты с азотнокислым уранилом (6,3 г щавелевой кислоты и 5,02 г азотнокислого уранила в 1 л дистиллированной воды); 6 % раствор серной кислоты (60 мл концентрированной кислоты на 1 л дистиллированной воды). Порядок исследования: Закрытая пробкой пробирка выставляется в штативе на открытом участке для измерения УФР Солнца и небосклона на час или на определенное количество часов, или же в соответствующем месте под источником искусственной УФР (лампа ЛЭ-30, ПРК и прочие). После экспозиции пробирка сохраняется в светонепроницаемом футляре. Примечание: Для ускорения работы студенты получают готовый рабочий раствор, экспонированный лабораторией. Интенсивность УФР измеряют в мг разложившейся щавелевой кислоты на 1см 2 поверхности светового окна пробирки за час. Расчет осуществляется по формуле:
где: Т – титр 0,1 н. раствора КМnО4 по щавелевой кислоте; V1 и V2 – объемы раствора КМnО4, израсходованные на титрование щавелевой кислоты с азотнокислым уранилом, соответственно, до и после УФ облучения, мл; 6,3 – количество мг щавелевой кислоты в 1 мл 0,1 н. раствора; S – площадь светового окна кварцевой пробирки, см 2 ; t – продолжительность экспозиции пробирки под источником УФР, часов (от Солнца) или минут (от искусственного источника УФР). Примечание: При измерении дозы УФР результат измерения выражают в количестве разложившейся щавелевой кислоты на см 2 за минуту (от искусственного источника) или за час (от Солнца). Пример вывода. Интенсивность УФР Солнца и небосклона, по результатам определения составляет 1,3 мг/см 2 час разложенной щавелевой кислоты, которая отвечает 0,3 эритемной дозы. Человеку ежесуточно нужно получить не меньше 1/8 эритемной дозы. Для этого он должен находиться под открытым небом не менее 24 мин. В связи с тем, что эритемный эффект различный при разных длинах волн, а наибольший при =297 нм, введена эквивалентная этой длине единица – микроэр, т.е. 1 мкэр =1 мкВт/м 2 при = 297 нм. При других длинах волн результат измерения в мкВт/м 2 умножают на относительную биологическую эффективность (ОБиолЭ) (табл. 2). Таблица 2. Относительная биологическая эффективность УФР разных диапазонов
Аналогично к изложенному выше, бактерицидный эффект наибольший при длине волны 254 нм, а при других длинах волны снижается, поэтому введена единица микробакт. 1 микробакт = 1 мкВт/м 2 при =254 нм, а при других длинах волны результат измерения в мкВт/м 2 умножают на коэффициент относительной бактерицидной эффективности (ОБактЭ) (табл. 3). Таблица 3. Относительная бактерицидная эффективность
Существует несколько типов уфиметров. Ниже приведена инструкция по использованию дозиметра УФ радиации автоматического ДАУ-81 для измерения интенсивности УФР и дозы облучения. Дозиметр ДАУ-81 предназначен для измерения энергии излучения в пределах до 500 Вт/м 2 и дозы облучения в диапазоне от 10 Дж/м 2 до 15 МДж/м 2 в пределах углов падения излучения 80искусственными источниками излучения: бактерицидного диапазона УФР-ДБ в спектральной области от 0,22 до 0,28 мкм (обл. С); лампами ЛУФ-40, ЛУФ-80 в спектральной области от 0,32 до 0,40 мкм (видимый свет). Дозиметр ДАУ-81 состоит из блока измерения и преобразователей: – первичного (УФ-С) с фотоэлементом Ф-29, работающего в спектральной области 0,22-0,28 мкм (обл. С); – первичного (УФ-А) с фотоэлементом Ф-26 с комплектом светофильтров УФ и СЗС-23, обеспечивающих измерение в спектральной области 0,32-0,40 мкм (обл. А); – первичного (ФАР) с фотоэлементом Ф-25 с комплектом светофильтров СЗС-25 и ЗС-4, обеспечивающих измерение в спектральной области 0,38-0,71 мкм (видимый свет). Подготовка дозиметра к работе. Подключите к блоку измерения первичный преобразователь, соответствующий выбранной спектральной области (С, А или видимого), а кабель управления источником излучения (УФ лампой) – к системе управления. Включите прибор в электросеть. Прибор готов к измерению, если при нажатии кнопки “Сеть” стрелка на измерительном щитке отклоняется от ноля. Порядок работы. Включите дозиметр, нажав кнопку “Сеть”. Ручкой “Уст. 0” установите стрелку микроамперметра на нулевую метку, перед тем нажав клавишу переключателя границ излучения энергетической освещаемости “10” (преобразователь первичный закрыт). Нажмите клавишу “500”. Снимите крышку из первичного преобразователя. Проверьте показатели микроамперметра. Если показатели составляют меньше 1/5 шкалы, переходите на более чувствительный режим, последовательно нажимая клавиши “100”, а потом “10”. Нажмите кнопку “Сброс”. На счетчике должны установиться нули. При достижении заданной дозы (соотношение с показателем индикатора дозы) срабатывает звуковая сигнализация и поступает сигнал на выключение источника излучения (УФ лампы). Измените показание звукового сигнала, снова нажмите кнопку “Сброс”. На табло снова засветятся нули. После установления необходимой дозы облучения на датчике, дозиметр снова готов к работе. 5. Расчетные методы определения интенсивности УФ радиации. Расчет эритемного потока маячного (передвижного) облучателя ЛЭ-10 проводят по формуле: ℱоблучателя = 5,4 S H/t, где: ℱ – общий (суммарный) эритемный поток облучателя, мэр/м 2 мин; 5,4 – коэффициент запаса; S – площадь помещения, м 2 ; t – продолжительность работы облучателя, мин; H – доза профилактического УФ облучения, мэр/м 2 мин.
Примечание: Расчет доз профилактического УФ облучения при применении солнечных и воздушных ванн с помощью таблиц приведен в следующей теме № 3 “Методика использования УФ излучения с целью профилактики заболеваний и санации воздушной среды”.
|
