Действие уф излучения. Практическое применение ультрафиолетового излучения

Ультрафиолетовое излучение Подготовил ученик 11 класса Юмаев Вячеслав

Ультрафиолетовое излучение - невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее область между нижней границей видимого спектра и верхней границей рентгеновского излучения. Длина волны УФ - излучения лежит в пределах от 100 до 400 нм (1 нм = 10 м). По классификации Международной комиссии по освещению (CIE) спектр УФ - излучения делится на три диапазона: UV-A - длинноволновое (315 - 400 нм.) UV-B - средневолновое (280 - 315 нм.) UV-C - коротковолновое (100 - 280 нм.) Вся область УФИ условно делится на: - ближнюю (400-200нм); - далёкую или вакуумную (200-10 нм).

Свойства: Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека: загар, УФ- лучи инициируют процесс образования витамина Д, который необходим для усвоения организмом кальция и обеспечения нормального развития костного скелета, ультрафиолет активно влияет на синтез гормонов, отвечающих за суточный биологический ритм; но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.

Спектр УФ излучения: линейчатое (атомы, ионы и легкие молекулы); состоит из полос (тяжёлые молекулы); Непрерывный спектр (возникает при торможении и рекомбинации электронов).

Открытие УФ излучения: Ближнее УФ излучение открыто в 1801 немецким учёным Н. Риттером и английским учёным У. Волластоном по фотохимическому действию этого излучения на хлористое серебро. Вакуумное УФ излучение обнаружено немецким учёным В. Шуманом при помощи построенного им вакуумного спектрографа с флюоритовой призмой и безжелатиновых фотопластинок. Он получил возможность регистрировать коротковолновое излучение до 130 нм. Н. Риттер У. Волластон

Особенности УФ излучения До 90 % этого излучения поглощается озоном атмосферы. С каждым увеличением высоты на 1000 м уровень УФ возрастает на 12 %

Применение: Медицина: применение УФ - излучения в медицине связано с тем, что оно обладает бактерицидным, мутагенным, терапевтическим (лечебным), антимитотическим, профилактическим действиями, дезинфекция; лазерная биомедицина Шоу-бизнес: Освещение, световые эффекты

Косметология: В косметологии ультрафиолетовое облучение широко применяется в соляриях для получения ровного красивого загара. Дефицит УФ лучей ведет к авитаминозу, снижению иммунитета, слабой работе нервной системы, появлению психической неустойчивости. Ультрафиолетовое излучение оказывает существенное воздействие на фосфорно- кальциевый обмен, стимулирует образование витамина D и улучшает все метаболические процессы в организме.

Пищевая промышленность: Обеззараживания воды, воздуха, помещений, тары и упаковки УФ излучением. Следует подчеркнуть, что использование УФИ как физического фактора воздействия на микроорганизмы может обеспечить обеззараживание среды обитания в очень высокой степени, например до 99,9%.

Криминалистика: Ученые разработали технологию, позволяющую обнаруживать малейшие дозы взрывчатых веществ. В приборе для обнаружения следов взрывчатых веществ используется тончайшая нить (она в две тысячи раз тоньше человеческого волоса), которая светится под воздействием ультрафиолетового излучения, но всякий контакт со взрывчаткой: тринитротолуолом или иными используемыми в бомбах взрывчатыми веществами, прекращает ее свечение. Прибор определяет наличие взрывчатых веществ в воздухе, в воде, на ткани и на коже подозреваемых в преступлении. Использование невидимых УФ-красок для защиты банковских карт и денежных знаков от подделки. На карту наносят невидимые в обычном свете изображения, элементы дизайна или делают светящейся в УФ-лучах всю карту.

Источники УФ излучения: излучается всеми твердыми телами, у которых t >1000 С, а также светящимися парами ртути; звезды (в т.ч. Солнце); лазерные установки; газоразрядные лампы с трубками из кварца (кварцевые лампы), ртутные; ртутные выпрямители

Защита от УФ излучения: Применение противосолнечных экранов: - химические (химические вещества и покровные кремы); - физические (различные преграды, отражающие, поглощающие или рассеивающие лучи). Специальная одежда (например, изготовленная из поплина). Для защиты глаз в производственных условиях используют светофильтры (очки, шлемы) из тёмно-зелёного стекла. Полную защиту от УФИ всех длин волн обеспечивает флинтглас (стекло, содержащее окись свинца) толщиной 2 мм.

Спаибо за внимание!

Начнем с того, что ультрафиолет это электромагнитное излучение в диапазоне, между видимым фиолетовым свечением и рентгеновским. Ультрафиолетовые лучи имеют полезные свойства, которые применяются практически в различных областях науки и медицины и не только. Первый прибор с ультрафиолетовыми лучами был создан в 1908 году - ультрафиолетовая лампа. С 50-х годов прошлого столетия такие лампы стали производится массово и так же использоваться.

Разработка ультрафиолетового излучателя основывалась на бактерицидных свойствах ультрафиолета. Именно с этого и началось их применение в медицине. На вопрос, как используется ультрафиолетовое излучение в медицине сейчас, ответ будет гораздо обширнее.

УФ - лучи применяют в терапии, лазерной биомедицине, при дезинфекции и во многих других областях здравоохранения. Так же УФ - лучи используют в полиграфии, криминалистики, косметологии, банках и во многом другом.

Современная характеристика ультрафиолетовой лампы включает следующие параметры: мощность излучения, состав спектра, тип стекла и срок эксплуатации. От всех этих вместе данных и зависит качественно безопасная для жизни человека эксплуатация таких ламп. Ультрафиолетовое излучение не только может быть полезным, но и быть угрозой для здоровья человека, если превышает нормы. Если человек незнакомый с действием, а только слышал о том, что загар можно получить, купив бактерицидную лампу, начнет использовать ее в этих целях без консультации с врачом, может нанести огромный вред своему организму. Все подобные аппараты должен использовать профессионал, специально обученный и знающий все нюансы работы с ультрафиолетовым излучением. Одно дело очистка воздуха в помещении, да, и там, необходимо знать, что на время включенного прибора необходимо покинуть эту комнату.

Конечно, медицина остается одной из областей, где ультрафиолетовое излучение используется больше всего.

Антибактериальная обработка бактерицидными лампами проводится во всех отделениях больниц, а особенно в хирургических, операционных и инфекционных. Свойства ультрафиолета убивать бактерии и вирусы используются в поликлиниках, санаториях, а так же на промышленных предприятиях с различными видами загрязнения воздуха. Так же их применяют в дошкольных учреждениях, что способствует лучшей борьбе с сезонными заболеваниями, такими как ОРЗ.

Бактерицидные ультрафиолетовые лампы подразделяются на открытые и закрытые типы приборов.

Открытый излучатель ультрафиолета применяется для обработки помещений способом прямого облучения УФ лучами. Такой способ требует, чтобы людей во время обработки в помещении не было. Бактерицидная лампа включается на определенное время по окончанию, которого ее выключают и комнату проветривают.

Закрытый вид УФ-ламп это обработка помещения в присутствие людей, в таких лампах используется увиолевое стекло, которое не дает озону накапливаться в помещении. Как открытые ультрафиолетовые излучатели, так и закрытые работают определенное время, после которого помещение считается чистым.

В медицине используются ультрафиолетовые лучи для восстановления иммунитета человека. Зимой ультрафиолет помогает справиться с дефицитом витамина D, так как зимой мало солнечного света для получения его естественным образом.

Используются ультрафиолетовые лампы для лечения различных видов болезней, их используют в физиотерапии. Проводят лечение суставов, ЛОР заболеваний, дерматологических, аллергических.

Имеется большое количество ультрафиолетовых ламп для бытового использования. Некоторые больные, такие как туберкулезники, не всегда находятся на длительном стационарном лечении, они проводят много месяцев в году дома. Их комната, да и вся квартира должна обеззараживаться различными способами, в том числе и ультрафиолетовым излучением.

Кварцевые ультрафиолетовые лампы подходят не только для хронических больных, но и для профилактики различных вирусных инфекций в домах, где есть маленькие дети.

Одна из самых распространенных методик применения ультрафиолетовых лучей это очистка воды. Если раньше применяли везде для бактерицидной очистки воды хлор, то теперь зная его особенность влияние на человеческий организм (ядовитые пары хлора вызывают отравление и провоцируют онкологические заболевания) в настоящее время применяют ультрафиолетовые лучи.

В рециркуляторах используется ультрафиолетовое излучение, которое способствует лучшей очистке питьевой воды, и при этом не образуются токсичные соединения, как при применении хлора.

Тем более если вода поступает в дом не централизованно, а из скважины или другого источника частного владения, где вероятность попадания бактерий намного выше, чем в городском водопроводе.

Вода это жизнь, а использование ультрафиолета при ее обеззараживание - здоровая жизнь многих поколений.

Ультрафиолет или синий свет дает хороший эффект и для лечения больных после тяжелых гнойных операций, помогает его бактерицидное свойство.

Благоприятно действует на нервную, сердечнососудистую, дыхательную и эндокринную системы. Ультрафиолетовое облучение помогает поднять гемоглобин до нормального уровня, понижает уровень сахара, улучшает работу щитовидной железы и восстанавливает работу дыхательной системы при простудных заболеваниях.

Помимо этого производится обеззараживание воды в бассейнах, при помощи ультрафиолета создаются чистые санитарные зоны. Все чаще применяются ультрафиолетовые излучатели и рециркуляторы для обеззараживания воздуха в таких массовых скоплениях людей как вокзалы, аэропорты и супермаркеты.

Вода для промышленных предприятий, таких как пищевая, химическая, фармацевтическая, так же обрабатывается, для очистки от бактерий ультрафиолетовыми излучателями. Ультрафиолетовое излучение стоит на службе человека, оберегая его от всех возможных бактериологических катаклизмов.

Он обнаружил, что хлорид серебра , разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента.

Идеи о единстве трёх различных частей спектра впервые появились лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля , Мачедонио Меллони и др.

Подтипы

В качестве активной среды в ультрафиолетовых лазерах могут использоваться либо газы (например, аргоновый лазер , азотный лазер , эксимерный лазер и др.), конденсированные инертные газы , специальные кристаллы, органические сцинтилляторы , либо свободные электроны , распространяющиеся в ондуляторе .

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

Воздействие

Деградация полимеров и красителей

На здоровье человека

В наиболее распространённых лампах низкого давления почти весь спектр излучения приходится на длину волны 253,7 нм, что хорошо согласуется с пиком кривой бактерицидной эффективности (то есть эффективности поглощения ультрафиолета молекулами ДНК). Этот пик находится в районе длины волны излучения равной 253,7 нм, которое оказывает наибольшее влияние на ДНК, однако природные вещества (например, вода) задерживают проникновение УФ.

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

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 флора водоемов 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 лампах, а связано с материалом колбы лампы - кварцевым стеклом .

Дезинфекция питьевой воды

Дезинфекция воды осуществляется способом хлорирования в сочетании, как правило, с озонированием или обеззараживанием ультрафиолетовым (УФ) излучением. Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением - безопасный, экономичный и эффективный способ дезинфекции. Ни озонирование, ни ультрафиолетовое излучение не обладают бактерицидным последействием, поэтому их не допускается использовать в качестве самостоятельных средств обеззараживания воды при подготовке воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, для бассейнов. Озонирование и ультрафиолетовое обеззараживаниe применяются как дополнительные методы дезинфекции, вместе с хлорированием, повышают эффективность хлорирования и снижают количество добавляемых хлорсодержащих реагентов.

Принцип действия УФ-излучения . 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. Следует отметить, что данный механизм распространяется на живые клетки любого организма в целом, именно этим обусловлена опасность жесткого ультрафиолета.

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

В настоящее время в развивающихся странах, в регионах испытывающих недостаток чистой питьевой воды внедряется метод дезинфекции воды солнечным светом (SODIS), в котором основную роль в очистке воды от микроорганизмов играет ультрафиолетовая компонента солнечного излучения .

Анализ минералов

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.

Ловля насекомых

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.

Позволяет улучшить состояние и внешний вид кожи человека, способствует образованию Примечания

За множество лет своего развития медицина достигла значительных успехов. Эта наука широко использует разработки физиков и химиков в повседневной практике, что облегчает диагностику заболеваний и делает их терапию максимально результативной. Современные методы лечения сейчас практикуются даже в небольших медучреждениях, практически в каждой поликлинике есть специальный кабинет физиотерапевтического лечения, где работает множество уникальных приборов. Медики широко используют в своей практике и ультрафиолетовое излучение, поговорим о его месте в медицине, и обсудим применение ультрафиолетового излучения в медицине чуть более подробно.

Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина которых колеблется от 180 и до 400нм. Такой физический фактор характеризуется множеством свойств, и может оказывать выраженное положительное воздействие на организм человека. Его активно применяют в физиотерапии – для более успешного лечения целого ряда болезней.

Ультрафиолетовые лучи способны проникать в кожу на глубину не более одного миллиметра, вызывая в ней ряд различных биохимических изменений. Специалисты выделяют несколько разновидностей такого излучения, они могут быть представлены:

Длинноволновым излучением (длина волны колеблется от 320 до 400 нм);
- средневолновым излучением (показатели длины волны находятся в промежутке от 275 до 320 нм);
- коротковолновым излучением (длина волны варьируется от 180 до 275 нм).

Все разновидности ультрафиолетового излучения оказывают различное влияние на человеческий организм.

Длинноволновое излучение

Такое ультрафиолетовое излучение характеризуется пигментирующими качествами. При попадании на кожу оно провоцирует развитие ряда химических реакций, которые сопровождаются выработкой меланина, и кожа как бы загорает.

Также длинноволновое излучение оказывает выраженное иммуностимулирующее воздействие, повышая местный иммунитет и неспецифическую сопротивляемость тела человека агрессии многих неблагоприятных факторов.

Кроме того такая разновидность ультрафиолетового облучения характеризуется фотосенсибилизирующими свойствами. Его воздействие приводит к повышению чувствительности кожи и к активной выработке меланина. Поэтому у лиц с дерматологическими болезнями длинноволновое излучение вызывает отечность кожи и эритему. Терапия в этом случае приводит к нормализации пигментации и структурных особенностей кожи. Подобный вид лечения классифицируется, как фотохимиотерапия.

Длинноволновое ультрафиолетовое излучение в медицине применяют для терапии хронических воспалительных процессов органов дыхания и недугов костно-суставного аппарата, которые имеют воспалительную природу. Также такое воздействие применяется в лечении ожогов, обморожений, трофических язв и болезней кожи, представленных витилиго, псориазом, грибовидным микозом, себореей и пр.

Средневолновое излучение
Такой вид ультрафиолетовой терапии оказывает выраженное иммуностимулирующее воздействие, способствует выработке и усвоению ряда витаминов, помогает устранить боли и воспаления. Кроме того средневолновое излучение характеризуется десенсибилизирующими качествами (снижает чувствительность организма к воздействию продуктов фотодеструкции белков) и стимулирует трофику (улучшает кровоток, увеличивает количество работающих сосудов).

Данная разновидность ультрафиолетовой терапии помогает справиться с воспалительными поражениями органов дыхания и с посттравматическими изменениями в опорно-двигательном аппарате. К ней прибегают при лечении воспалительных поражений костей и суставов, представленных артритами и артрозами, а также при устранении вертеброгенных радикулопатий, невралгии, миозитов и плекситов. Кроме того средневолновое ультрафиолетовое излучение показано пациентам с солнечным голоданием, болезнями обменных процессов и с рожистым воспалением.

Коротковолновое излучение

Такая разновидность ультрафиолетового излучения оказывает выраженное бактерицидное и фунгицидное воздействие (активизирует реакции, которые помогают разрушить структуру бактерий и грибков), способствует детоксикации организма (помогает выработать в организме вещества, способные нейтрализовать токсины). Кроме того коротковолновое излучение характеризуется метаболическими свойствами – во время его проведения происходит улучшение микроциркуляции, в результате чего органы и ткани насыщаются значительным количеством кислорода. Еще такая терапия корригирует свертывающие способности крови – изменяет способность клеточек крови к формированию тромбов и оптимизирует процессы свертывания.

Коротковолновое излучение применяют в терапии ряда кожных заболеваний, представленных псориазом, нейродермитом, туберкулезом кожи. Ним лечат различные раны, рожистое воспаление, абсцессы, а также фурункулы и карбункулы. Такая терапия помогает справиться с отитами и тонзиллитами, вылечить остеомиелит и устранить длительно незаживающие язвенные поражения на коже.

Коротковолновое ультрафиолетовое излучение используют в комплексном лечении ревматического поражения сердечных клапанов, ишемической болезни сердца, гипертонии (первой-второй степени) и ряда недугов ЖКТ (язвенных недугов и гастрита). Кроме того такое воздействие способствует устранению острых и хронических заболеваний органов дыхания, терапии сахарного диабета, острого андексита и хронического пиелонефрита.

Как и любое другое воздействие на организм, ультрафиолетовое излучение имеет ряд противопоказаний к применению.

Ультрафиолетовое излучение – форма оптического излучения, не видимая человеческому глазу, характеризующаяся более короткой длиной и большей энергией фотонов по сравнению со светом. Ультрафиолетовые лучи охватывают на спектре интервал между видимым и рентгеновским излучениями, в интервале длин волн 400-10нм. При этом область излучения в диапазоне 200-10нм называют далекой или вакуумной, а область в интервале 400-200 нм - ближней.

Источники УФ-излучения

1 Естественные источники (звезды, Солнце и пр.)

Только длинноволновая часть ультрафиолетового излучения космических объектов (290-400нм) способна достигнуть поверхности Земли. В тоже время коротковолновое излучение полностью поглощается кислородом и другими веществами, находящимися в атмосфере, на высоте 30-200км от земной поверхности. УФ-излучение звёзд в диапазоне длин волн 90-20нм почти полностью поглощается.

2. Искусственные источники

Излучение твёрдых тел, нагретых до температуры 3 тыс. кельвинов включает определенную долю УФ-излучения, интенсивность которого заметно увеличивается с возрастанием температуры.

Мощным источником УФ-излучения является газоразрядная плазма.

В различных отраслях производства (пищевой, химической и др. отраслях) и медицине используют газоразрядные, ксеноновые, ртутнокварцевые и др. лампы, баллоны которых изготовляют из прозрачных материалов - обычно кварца. Значительное УФ-излучение испускают электроны в ускорителе и специальные лазеры в никелеподобном ионе.

Основные свойства ультрафиолетового излучения

Практическое применение ультрафиолет обусловлено его основными свойствами:

Значительной химической активностью (способствует ускорению протекания химических, биологических процессов);

Бактерицидным эффектом;

Возможностью вызывать люминесценцию веществ - свечение с разной окраской испускаемого света.

Исследование на современном оборудовании спектров испускания/ поглощения/ отражения в УФ-диапазоне предоставляет возможность устанавливать электронную структуру атомов, молекул, ионов.

УФ-спектры Солнца, звёзд и различных туманностей позволяют получать достоверную информацию о процессах, возникающих в этих объектах.

Также ультрафиолет способен нарушать и изменять химические связи в молекулах, в результате могут происходить различные реакции (восстановление, окисление, полимеризация и пр.), что служит базой для такой науки, как фотохимия.

УФ-излучение способно уничтожать бактерии и микроорганизмы. Так, ультрафиолетовые лампы широко используются для дезинфекции в местах массового нахождения людей (медицинские учреждения, детские сады, метро, вокзалы и пр.).

Определенные дозы УФ-излучения способствуют формированию на поверхности кожи человека витамина D, серотонина и др. веществ, оказывающих влияние на тонус и активность организма. Чрезмерное воздействие ультрафиолета приводит к ожогам, ускоряет процесс старения кожи.

Ультрафиолетовое излучение активно используется и в культурно-развлекательной сфере – для создания серии уникальных световых эффектов на дискотеках, сценах баров, театров и пр.