Этюд в ультрафиолетовых тонах: какие цвета видят люди и животные. Какой оптический материал для очковых линз обеспечивает защиту от ультрафиолета? История открытия УФ-излучения

Ультрафиолет — это часть спектра электромагнитного излучения, которая находится за границами нашего восприятия. Проще говоря — невидимое излучение. Но не совсем. Видимый нами свет ограничен длинами волн от 380 нм до 780 нм (нанометров). Длина волн ультрафиолета или ультрафиолетового излучения лежит в диапазоне от 10 нм до 400 нм. Получается, что все-таки мы можем видеть ультрафиолет — но только его малую часть, находящуюся в небольшом промежутке между 380 и 400 нм.

Все. Сухие факты закончились, начинаются факты интересные. Дело в том, что это еле видимое излучение на самом деле играет огромную роль не только в биосфере (об этом мы обязательно расскажем отдельно), но и в освещении. Проще говоря, ультрафиолет помогает нам видеть.

Ультрафиолет и освещение

Основное применение ультрафиолет нашел в светильниках. Электрические разряды заставляют светиться газ внутри люминесцентной лампы (или компактной люминесцентной лампы) в ультрафиолетовом диапазоне. Для того чтобы получить видимый свет , на стенки лампы наносится специальное покрытие из материала, который будет флуоресцировать — то есть светиться в видимом диапазоне — под воздействием ультрафиолетового излучения. Такой материал называется люминофором, и производители постоянно работают над улучшением его состава, чтобы повысить качество получаемого видимого света. Именно поэтому на сегодняшний день мы имеем неплохой выбор люминесцентных ламп, которые не только выигрывают у обычных ламп накаливания в энергоэффективности, но и производят достаточно приятный для глаза свет практически полного спектра.

Какие еще могут быть применения у ультрафиолета?

Существует целый ряд материалов, способных светиться в ультрафиолете. Эта способность называется флуоресценцией — ей обладают многие органические вещества. Кроме нее существует и так называемая фосфоресценция — ее отличие в том, что вещество испускает свет с более низкой интенсивностью, но продолжает светиться еще некоторое время (часто довольно длительное — до нескольких часов) после прекращения воздействия на него ультрафиолетового излучения. Эти свойства активно используются при изготовлении различных «светящихся в темноте» предметов и украшений.

Понятие об ультрафиолетовых лучах впервые встречается у индийского философа 13-го века в его труде. Атмосфера описанной им местности Bhootakasha содержала фиолетовые лучи, которые невозможно увидеть невооружённым глазом.

Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета.В 1801 году 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. В то время ультрафиолетовое излучение называли также актиническим излучением. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля , Македонио Меллони и др.

Подтипы

Деградация полимеров и красителей

Сфера применения

Чёрный свет

Химический анализ

УФ - спектрометрия

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 отраженного 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.

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

Искусственный загар и «Горное солнце»

При определённых дозировках искусственный загар позволяет улучшить состояние и внешний вид кожи человека, способствует образованию витамина D . В настоящее время популярны фотарии, которые в быту часто называют соляриями .

Ультрафиолет в реставрации

Один из главных инструментов экспертов - ультрафиолетовое, рентгеновское и инфракрасное излучение. Ультрафиолетовые лучи позволяют определить старение лаковой пленки - более свежий лак в ультрафиолете выглядит темнее. В свете большой лабораторной ультрафиолетовой лампы более темными пятнами проступают отреставрированные участки и кустарно переписанные подписи. Рентгеновские лучи задерживаются наиболее тяжелыми элементами. В человеческом теле это костная ткань, а на картине - белила. Основой белил в большинстве случаев является свинец, в XIX веке стали применять цинк, а в XX-м - титан. Все это тяжелые металлы. В конечном счете, на пленке мы получаем изображение белильного подмалевка. Подмалевок - это индивидуальный «почерк» художника, элемент его собственной уникальной техники. Для анализа подмалевка используются базы рентгенограмм картин великих мастеров. Также эти снимки применяются для распознания подлинности картины.

Примечания

1. ISO 21348 Process for Determining Solar Irradiances . Архивировано из первоисточника 23 июня 2012.
2. Бобух, Евгений О зрении животных . Архивировано из первоисточника 7 ноября 2012. Проверено 6 ноября 2012.
3. Советская энциклопедия
4. В. К. Попов // УФН . - 1985. - Т. 147. - С. 587-604.
5. А. К. Шуаибов, В. С. Шевера Ультрафиолетовый азотный лазер на 337,1 нм в режиме частых повторений // Украинский физический журнал . - 1977. - Т. 22. - № 1. - С. 157-158.
6. А. Г. Молчанов

Исследование с использованием ультрафиолетовых лучей в техническом отношении достаточно простое и доступное средство научного анализа произведений искусства. В практике изучения живописи их применение сводится к визуальному наблюдению или фотографированию вызываемой ими видимой люминесценции, то есть свечения вещества в темноте под действием фильтрованных ультрафиолетовых лучей. Различают два вида такого свечения: флуоресценцию — свечение, прекращающееся в момент, когда кончается действие источника его возбуждения, и фосфоресценцию — свечение, продолжающееся некоторое время после окончания действия источника возбуждения. В исследовании произведений живописи используют только флуоресценцию.

Под действием ультрафиолетовых лучей вещества органического и неорганического происхождения, в том числе некоторые пигменты, лаки и другие компоненты, входящие в состав произведения живописи, светятся в темноте. При этом свечение каждого вещества относительно индивидуально: оно определяется его химическим составом и характеризуется конкретным цветом и интенсивностью, что позволяет идентифицировать то или иное вещество или обнаруживать его присутствие.

Понятие люминесценции. Ультрафиолетовая область спектра непосредственно следует за сине-фиолетовым участком его видимой части.

В этой области различают три зоны — ближнюю, примыкающую к видимому спектру (400-315 нм), среднюю (315-280 нм) и дальнюю, еще более коротковолновую. Ультрафиолетовое излучение, естественным источником которого является солнечный свет, подобно другим видам излучения, может поглощаться веществом, отражаться им или проходить сквозь него.

Для возникновения люминесценции необходимым является поглощение света веществом: поглощенная атомами и молекулами световая энергия возвращается в виде светового же излучения, которое носит название фотолюминесценции.

Частицы вещества, способного люминесцировать, поглотив световую энергию, приходят в особое возбужденное состояние, которое длится очень короткий промежуток времени (порядка 10-8 сек.). Возвращаясь в исходное состояние, возбужденные частицы отдают избыток энергии в виде света — люминесценции. Согласно правилу Стокса, люминесцирующее вещество, поглотившее световую энергию определенной длины волны, излучает свет обычно большей длины волны. Поэтому, когда возбуждение производится невидимыми ближними ультрафиолетовыми лучами, люминесценция приходится на видимую область спектра и может быть любого цвета — от фиолетового до красного.

Спектральный состав излучения люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света: цвет свечения вещества определяется только составом вещества. Что же касается интенсивности свечения, она может зависеть от длины волны возбуждающего излучения. Это объясняется тем, что возбуждающий свет различных длин волн поглощается веществом неодинаково, а следовательно, вызывает и разный уровень люминесценции. Поэтому когда речь идет об обнаружении малых количеств вещества, приходится иметь дело с набором компонентов, состав которых не известен, желательно использовать источник возбуждения, излучающий ультрафиолетовые лучи в возможно более широком диапазоне длин волн; другое условие — применение источника, обладающего возможно более мощным излучением. Поскольку свечение вещества возникает за счет поглощения энергии возбуждаемого света, то, чем большее количество энергии поглощает единица объема люминесцирующего вещества, тем интенсивнее будет свечение. Как показывает практика люминесцентного анализа, среди люминесцирующих веществ наиболее часто встречаются такие, люминесценция которых хорошо возбуждается ближними ультрафиолетовыми лучами с длиной волны больше 300-320 нм

Источники ультрафиолетовых лучей и светофильтры. Для возбуждения фотолюминесценции желательно использовать такие источники света, в которых полезное излучение составляет большую долю. Наиболее полно этому условию отвечают газоразрядные лампы, среди которых широкое применение получили ртутные лампы, изготовленные в виде трубки или сферы из специального стекла или кварца.

В качестве источника длинноволнового ультрафиолетового излучения обычно применяют лампы высокого давления, рассчитанные на работу от сети переменного тока. Эксплуатация ламп производится с приборами включения и в арматуре заводского изготовления Такие лампы удобны, когда надо возбудить люминесценцию больших поверхностей. Основная часть энергии этих ламп сосредоточена в видимой и ближней ультрафиолетовых областях.

Лампы высокого давления дают линейчатый спектр, то есть излучают в нескольких спектральных областях при отсутствии излучения в промежутках. Первой интенсивной линией в ультрафиолетовой области является линия 366 нм, затем идут более слабая линия 334 нм, интенсивная, но узкая линия 313 нм и серия слабых линий в границах от 303 до 248 нм.

Лампы сверхвысокого давления, у которых около 45% энергии приходится на ультрафиолетовую область, в отличие от предыдущих дают сплошной спектр (фон), над которым поднимаются отдельные пики максимумов, соответствующие примерно линиям излучения ламп высокого давления.

Коротковолновое излучение можно получить и при помощи ламп низкого давления, свечение которых возникает за счет возбуждения люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность лампы. Такие лампы излучают в области 315-390 нм (максимум излучения 350 нм). Достоинством лампы является компактность, позволяющая использовать ее в разного рода переносных установках, работающих на постоянном токе или с небольшим дросселем от сети переменного тока. Интенсивность излучения лампы очень невелика, что позволяет вести с ее помощью только визуальное наблюдение.

В практике работы зарубежных музейных лабораторий популярностью пользуются лампы мощностью в 500 Вт, изготовленные из «черного» стекла. Благодаря стандартному цоколю эти лампы не требуют специальных монтировочных устройств. Получили широкое распространение и люминесцентные лампы-трубки. Изготовленные из того же стекла, они пропускают только ультрафиолетовую часть спектра. Будучи установленными по сторонам исследуемого произведения, эти лампы дают более равномерное освещение большой поверхности. Лампы-трубки имеют еще одно немаловажное преимущество: они работают без предварительного разогрева, и их можно включать сразу же после выключения, не делая перерыва для охлаждения, что значительно экономит время на операторскую работу.

Поскольку интенсивность свечения, вызываемого ультрафиолетовыми лучами, очень невелика и обнаружить его можно только в темноте, необходимо в процессе исследования исключить видимый свет рассмотренных источников ультрафиолетового излучения. Это легко осуществить с помощью специальных светофильтров, изготовленных из стекла, содержащего никель, кобальт и некоторые другие элементы. В ходе исследования светофильтр помещают между источниками света и объектом изучения. Наиболее удобны стандартные светофильтры марки УФС, предназначенные для выделения определенных зон ультрафиолетового спектра.

Наиболее широкое применение получило стекло марки УФС-3 (стекло, или фильтр Вуда). Лучший фильтр для зоны 390-320 нм, оно пропускает до 90 % излучения 366 нм и поглощает всю видимую область. Отечественная промышленность выпускает также фильтр УФС-6. Имея максимум пропускания в области 360 нм и выделяя ту же область 390-320 нм, он имеет лучшие оптические характеристики и технологические свойства. Стекло УФС-4 отличается от рассмотренных фильтров несколько большим поглощением в указанной области, но является более термостойким.

Так как в целом ряде случаев видимая люминесценция какой-либо наиболее интересной детали, например подписи, бывает очень слабой, даже незначительное количество пропускаемого стеклами УФС видимого фиолетового и красного света может оказать мешающее действие. Для улучшения условий наблюдения и фотофиксации в этих случаях используют дополнительные светофильтры, хорошо пропускающие лучи, соответствующие свечению интересующей детали и поглощающие фиолетовые и красные лучи, которые могут отражаться от объекта, забивая люминесценцию. Необходимо помнить, что такие фильтры сами не должны люминесцировать. Чтобы убедиться в этом, достаточно поместить выбранное стекло в зону действия источника ультрафиолетовых лучей.

Исследование живописи с помощью фильтрованных ультрафиолетовых лучей следует начинать через 5-10 минут после того, как в темном помещении включена лампа. Это время необходимо, чтобы лампа перешла в режим рабочего горения и чтобы глаза адаптировались в темноте. Если лампа сразу не включается, делают еще одно или несколько повторных включений. После того как лампу выключили, нельзя ее включать вновь, если она не остыла, на что требуется 10-15 минут. Включение неостывшей лампы может привести к ее порче.

Нужно помнить, что ультрафиолетовые лучи вредны для глаз. Достаточно несколько секунд посмотреть на открытую лампу (или закрытую светофильтром), чтобы получить воспаление, наступающее через несколько часов. Слабее действуют, но также вредны для глаз ультрафиолетовые лучи, отраженные от исследуемого предмета. Поэтому при работе с ультрафиолетовыми лучами желательно надевать очки с простыми или оптическими стеклами, значительно снижающими количество ультрафиолетовых лучей, попадающих в глаза.

Ультрафиолетовые лучи значительно повышают ионизацию воздуха, усиливая при этом выделение озона и окислов азота. Поэтому в помещении, где проводится работа с ультрафиолетовыми лучами, должен быть обеспечен усиленный обмен воздуха приточно-вытяжной вентиляцией. После окончания работы желательно активное проветривание рабочего помещения.

Как показали специальные исследования и почти вековая музейная практика работы с этим излучением, при этом не происходят ни ухудшения сохранности картин, ни изменения колорита.

Фотофиксация проводимых исследований. При анализе данных люминесцентного исследования нельзя полагаться лишь на субъективные оценки: наблюдения должны быть зафиксированы и выражены какими-либо объективными показателями. Только в этом случае можно сравнивать и сопоставлять между собой факты, отмеченные при изучении разных произведений. Характерным признаком видимой люминесценции является ее цвет. Однако визуальное определение цвета, как уже говорилось, крайне субъективно. Поэтому было бы целесообразным проведение спектрофотометрирования отдельных участков живописи, что позволило бы однозначно характеризовать окраску свечения. Из-за сложности снятия спектрофотометрических характеристик с большого количества разнородных участков, разбросанных на большой площади произведения, получил распространение менее точный, но более доступный способ фиксации люминесценции — ее фотографирование.

Видимая люминесценция фиксируется фотографически с помощью тех же фотокамер и на тех же фотоматериалах, которые используются при обычной черно-белой репродукционной съемке, поскольку люминесценция является видимым излучением. Однако при фотографировании необходимо соблюдать следующие условия. Из-за слабости свечения съемку нужно вести в темном помещении, а источник ультрафиолетового излучения должен быть экранирован одним из названных выше светофильтров, поглощающих всю видимую часть спектра. Так как не все попавшие на поверхность живописи ультрафиолетовые лучи ею поглощаются, часть их может, отразившись, попасть в объектив фотоаппарата и в силу значительно большей активности, чем свет люминесценции, отрицательно повлиять на качество негатива. Чтобы этого не случилось, перед объективом помещают фильтр, задерживающий ультрафиолетовые лучи, но беспрепятственно пропускающий свет люминесценции.

Для обычной съемки, без специального выделения люминесценции определенного цвета, рекомендуется использовать фильтры ЖС-4 толщиной 1,5-2 мм в комбинации с фильтром ЖС-11 или ЖС-12 толщиной 2-3 мм. Так как стекло ЖС-11 люминесцирует, его надо помещать после стекла ЖС-4 (то есть ближе к объективу). Правильный подбор заграждающих светофильтров имеет очень большое значение для выявления слабо различимых цветовых отличий люминесценции. При этом следует руководствоваться теми же правилами, что и при обычной фотографии. Как и во всех прочих случаях, при работе со светофильтрами желательно пользоваться каталогом цветного стекла, руководствуясь графиками, характеризующими их свойства.

Наводка на резкость и кадрирование изображения при съемке люминесценции ведутся по матовому стеклу в условиях естественного или искусственного освещения. После того как все подготовлено к съемке, исключают весь видимый свет и, если источники ультрафиолетового света находятся в рабочем состоянии, производят съемку.

Проявление негатива ведется в стандартном проявителе. При изготовлении фотоотпечатков нужно следить за тем, чтобы они правильно передавали характер свечения (рис. 61).

Если фотографируют целиком произведение или крупный фрагмент, его необходимо осветить двумя источниками света, расположенными на небольшом расстоянии от него (около 1 м) по обеим сторонам от фотоаппарата. При одностороннем освещении действие ультрафиолетовых лучей окажется слишком неравномерным и исказит характер свечения. Кроме того, осветители должны быть установлены таким образом, чтобы весь световой поток был направлен на фотографируемый объект и не попадал в объектив.

Экспозиция при съемке зависит от интенсивности люминесценции, чувствительности пленок, мощности источников ультрафиолетовых лучей, удаленности их от объекта съемки, фильтров на объективе. Обычно при фотографировании произведения среднего размера (1x0,7 м) с двумя ртутными лампами по 1000 Вт, находящимися на расстоянии 1-1,2 м от ближнего края картины, и фильтром УФС-6, на пленке чувствительностью 65 ед. ГОСТ, светофильтре на объективе ЖС-4 и диафрагме 22 экспозиция составляет 20-25 минут.

Нужно, однако, заметить, что съемка общего вида произведения не всегда бывает целесообразна. Как и в обычных условиях освещения, при съемке люминесценции гораздо эффективнее и богаче по информации оказываются макрофотографии или фотографии отдельных деталей.

Большую документальную ценность представляет цветная фотография люминесценции. Не говоря о том, что всю цветовую гамму свечения черно-белая фотография сводит к ахроматической шкале яркостей, некоторые участки, представляющие при визуальном наблюдении люминесценции достаточный контраст благодаря различию в цвете, на черно-белой фотографии могут оказаться практически трудно различимыми или вовсе неразличимыми. Источники света для возбуждения видимой люминесценции, их расположение по отношению к картине и увеолевые фильтры остаются теми же, что и при черно-белой съемке. Перед объективом фотокамеры целесообразнее поместить, чтобы не нарушать цветопередачу, бесцветное стекло БС-10 в комбинации со стеклом ЖС-3 или только стекло ЖС-3. Время экспозиции при съемке подбирается опытным путем. Как и при других видах фотосъемки, большое значение имеет цветное макрофотографирование деталей. На таких фотографиях цветные нюансы люминесценции воспринимаются значительно полнее.

Исследование в отраженных ультрафиолетовых лучах. Не все испускаемое источником ультрафиолетовое излучение поглощается исследуемой поверхностью и преобразуется в видимое свечение. Часть его отражается от объекта и может быть зафиксирована фотографически. Фотографирование живописи в отраженных ультрафиолетовых лучах является самостоятельным видом ее исследования, во многом дополняющим исследование в свете видимой люминесценции (рис. 62).

Для этой цели используют ту же пленку, что и для регистрации видимой люминесценции. Процесс фотографирования отличается от съемки видимой люминесценции лишь тем, что перед объективом фотокамеры помещают светофильтр, поглощающий весь видимый свет и пропускающий только ультрафиолетовые лучи. Источник света лучше не экранировать светофильтром, так как при этом неизбежно происходит ослабление ультрафиолетового излучения.

Наводка на резкость проводится при обычном освещении. Если фотографирование в ультрафиолетовых лучах осуществляется после фотографирования видимой люминесценции, никаких дополнительных манипуляций, кроме замены фильтра перед объективом и удаления фильтра с источника света, не требуется. Так как ультрафиолетовые лучи являются очень активными, экспозиция по сравнению с фотографированием в свете видимой люминесценции намного короче и составляет при описанных выше условиях съемки от 15 секунд до 1 минуты.

Разница в преломлении видимого света и ультрафиолетовых лучей не сказывается на резкости изображения даже при макросъемке. При достаточном диафрагмировании объектива (до 22) фотографии отличаются высокой степенью резкости изображаемых деталей. Использование обычных фотообъективов позволяет проводить подобные исследования только в зоне ближних ультрафиолетовых лучей. Поэтому целесообразнее всего при съемке пользоваться теми источниками света и светофильтрами, максимум излучения и пропускания которых лежит в этой области спектра. Более коротковолновые ультрафиолетовые лучи, отраженные от картины, не могут быть зафиксированы фотографически, так как они полностью поглощаются стеклянными линзами фотообъектива. Для работы в коротковолновой зоне требуются специальные объективы, изготовленные из кварца, однако такие объективы довольно дороги и труднодоступны для рядовой лаборатории.

Для того чтобы быть уверенным в чистоте исследования, осуществляемого с помощью ультрафиолетовых лучей, желательно все виды фотофиксации проводить с применением специальных индикаторов, представляющих собой небольшую алюминиевую пластинку с нанесенным на нее люминофором, закрепляемую на поверхности фотографируемого объекта в неответственном месте. Приемником отраженных ультрафиолетовых лучей кроме светочувствительных эмульсий могут служить электроннооптические преобразователи, имеющие сурьмяно- или кислородно-цезиевые катоды. Такие преобразователи обладают значительной чувствительностью в области 340-360 нм. При работе с этими приборами перед объективом помещают один из фильтров серии УФС, а поскольку фотокатод преобразователя обладает высокой чувствительностью к инфракрасной области спектра, целесообразно дополнительно поместить перед объективом фильтр СС-8, поглощающий часть этого излучения. Источник света используется тот же, что и при фотографировании в отраженных ультрафиолетовых лучах.

Глаз наряду с кожей и системой иммунитета - основные критические органы при действии ультрафиолетового излучения (УФ-излучения) на человека. Следует всегда помнить, что для глаза человека ультрафиолетовое излучение - только повреждающий фактор.

Прямые солнечные лучи практически не попадают на роговицу при нахождении Солнца в зените. Но в связи с многократными отражениями существенная доля ультрафиолетового излучения все же достигает глаза (10-30%, в зависимости от внешних условий).

Ультрафиолетовое излучение в зависимости от длины волны лучей подразделяется на три диапазона: УФ-А, УФ-В и УФ-С. Установлено: чем короче длина волны, тем опаснее ультрафиолетовое излучение.

Самый коротковолновый диапазон ультрафиолетового излучения - УФ-С. К счастью, лучи УФ-С диапазона не достигают поверхности Земли, так как полностью поглощаются озоновым слоем атмосферы.

Интенсивность ультрафиолетового излучения УФ-В диапазона (280-315 нм) сравнительно невелика (лучи этого диапазона частично задерживаются атмосферой), однако оно обладает сильным повреждающим действием. В малых дозах ультрафиолетовое излучение УФ-В диапазона вызывает потемнение кожи, называемое загаром; в больших – солнечный ожог, что приводит к увеличению риска рака кожи.

Слишком интенсивное воздействие данных ультрафиолетовых лучей на глаза вызывает фотокератит (солнечный ожог роговицы и конъюнктивы, сопровождающийся сильной болью и воспалением), который может привести к временной потере зрения (сильную степень фотокератита часто называют «снежной слепотой »), а также другие осложнения, связанные с нарушением нормального состояния роговицы и века. Риск фотокератита возрастает в высокогорье, а также на снегу, если не защищать глаза от ультрафиолетового излучения. Отметим, что воздействие ультрафиолетового излучения УФ-В диапазона ограничивается поверхностью глаза, внутрь глаза эти ультрафиолетовые лучи практически не проникают.

Ультрафиолетовое излучение диапазона УФ-А (315-390 нм), находящегося рядом с видимым спектром, само по себе менее опасно, чем излучение УФ-В диапазона. Однако эти ультрафиолетовые лучи, в отличие от УФ-В лучей, проникают глубоко внутрь глаза и оказывают повреждающее действие на такие важные структуры глаза, как хрусталик и сетчатка.

Воздействие ультрафиолетового излучения УФ-А диапазона на глаза в течение длительного времени приводит к увеличению риска ряда опасных заболеваний глаз, включая катаракту и дегенерацию макулы, которая считается основной причиной слепоты в старческом возрасте.

В последние годы специалисты большое внимание уделяют синим лучам видимого спектра (около 400 нм), которые непосредственно примыкают к длинноволновой части УФ-диапазона, полагая, что длительное воздействие этих высокоэнергетичных лучей видимого спектра на глаза также небезопасно, поскольку они глубоко проникают внутрь глаза и воздействуют на сетчатку.

Поэтому так важно защищать глаза от ультрафиолетового излучения. Солнцезащитные очки рекомендуется носить для уменьшения суммарной дозы ультрафиолетового излучения практически всем , кто длительное время проводит на открытом воздухе . Это связано с тем, что любое воздействие ультрафиолетовых лучей на глаза небезопасно, поскольку полученные в течение всей жизни дозы ультрафиолетового облучения накапливаются и увеличивают риск заболеваний глаза. Особенно опасно воздействие ультрафиолетового излучения на афакичный глаз (глаз с удаленным хрусталиком). У лиц с афакией вероятность повреждения сетчатки резко возрастает. Учитывая большую распространенность хирургических операций по поводу удаления катаракты, сетчатка может быть названа критической структурой при действии ультрафиолетового излучения на глаз.

Повреждающее действие ультрафиолетовых лучей на глаза зависит от ряда факторов :

Длительность пребывания на открытом воздухе.

Географическая широта места нахождения. Наиболее опасна экваториальная зона.

Высота над уровнем моря. Чем выше, тем опаснее.

Время дня. Самое опасное время с 10-11 часов утра до 14-16 часов.

Большие поверхности воды и снега очень сильно отражают солнечные ультрафиолетовые лучи.

Некоторые медикаменты (тетрациклин, диуретики, транквилизаторы и некоторые др.) увеличивают восприимчивость к воздействию ультрафиолетового излучения (за советом обратитесь к врачу).

Облачность не влияет существенно на интенсивность ультрафиолетового излучения, поскольку ультрафиолетовые лучи могут проникать через облака.

Таким образом, постоянное действие ультрафиолетового излучения на глаза оказывает вредное воздействие на поверхность глаза и его внутренние структуры. Более того, негативные эффекты обладают способностью к накоплению: чем дольше глаза подвергаются повреждающему воздействию ультрафиолетового излучения, тем выше риск развития патологий структур глаза и возникновения возрастных заболеваний органа зрения.

Содержащиеся в атмосфере Земли кислород, солнечные лучи и вода являются основными условиями способствующими продолжению жизни на планете. Исследователями давно доказано, что интенсивность и спектр солнечной радиации в вакууме, существующем в космосе, остается неизменным.

На Земле же интенсивность ее воздействия, которую мы называем ультрафиолетовым излучением, зависит от множества факторов. В их числе: время года, географическое расположение местности над уровнем моря, толщина озонового слоя, облачность, а также уровень концентрации промышленных и естественных примесей в воздушных массах.

Ультрафиолетовые лучи

Солнечный свет доходит до нас в двух диапазонах. Человеческий глаз способен различить только один из них. В невидимом для людей спектре и находятся ультрафиолетовые лучи. Что они представляют собой? Это не что иное, как электромагнитные волны. Длина ультрафиолетового излучения находится в диапазоне от 7 до 14 нм. Такие волны несут на нашу планету огромнейшие потоки тепловой энергии, из-за чего их нередко называют тепловыми.

Под ультрафиолетовым излучением принято понимать обширный спектр, состоящий из электромагнитных волн с диапазоном, условно разделенным на дальние и ближние лучи. Первые из них считаются вакуумными. Их полностью поглощают верхние слои атмосферы. В условиях Земли их генерирование возможно только в условиях вакуумных камер.

Что касается ближних ультрафиолетовых лучей, их делят на три подгруппы, классифицируя по диапазонам на:

Длинные, находящиеся в пределах от 400 до 315 нанометров;

Средние - от 315 до 280 нанометров;

Короткие - от 280 до 100 нанометров.

Измерительные приборы

Как человек определяет ультрафиолетовое излучение? На сегодняшний день существует множество специальных устройств, разработанных не только для профессионального, но и для бытового применения. С их помощью измеряется интенсивность и частота, а также величина полученной дозы УФ-лучей. Результаты позволяют оценить их возможный вред для организма.

Источники ультрафиолета

Основным «поставщиком» УФ-лучей на нашей планете является, разумеется, Солнце. Однако на сегодняшний день человеком изобретены и искусственные источники ультрафиолета, которыми являются специальные ламповые приборы. Среди них:

Ртутно-кварцевая лампа высокого давления, способная работать в общем диапазоне от 100 до 400 нм;

Люминисцентная витальная лампа, генерирующая волны длиной от 280 до 380 нм, максимальный пик ее излучения находится между значениями 310 и 320 нм;

Безозоннные и озонные бактерицидные лампы, вырабатывающие ультрафиолетовые лучи, 80% которых составляет в длину 185 нм.

Польза УФ-лучей

Аналогично естественному ультрафиолетовому излучению, идущему от Солнца, свет, вырабатываемый специальными приборами, воздействует на клетки растений и живых организмов, изменяя их химическую структуру. Сегодня исследователям известны лишь некоторые разновидности бактерий, способные существовать без этих лучей. Остальные же организмы, попав в условия, где отсутствует ультрафиолетовое излучение, непременно погибнут.

УФ-лучи способны оказать значимое влияние на происходящие метаболические процессы. Они повышают синтез серотонина и мелатонина, что оказывает положительное влияние на работу центральной нервной, а также эндокринной системы. Под действием ультрафиолетового света активизируется выработка витамина D. А это главный компонент, способствующий усвоению кальция и препятствующий развитию остеопороза и рахита.

Вред УФ-лучей

Губительное для живых организмов жесткое ультрафиолетовое излучение не пропускают на Землю озоновые слои, находящиеся в стратосфере. Однако лучи, находящиеся в среднем диапазоне, доходящие до поверхности нашей планеты, способны вызвать:

Ультрафиолетовую эритему - сильный ожог кожи;

Катаракту - помутнение хрусталика глаза, которое приводит к слепоте;

Меланому - рак кожи.

Кроме этого, ультрафиолетовые лучи способны оказать мутагенное действие, вызвать сбои в работе иммунных сил, что становится причиной возникновения онкологических патологий.

Поражение кожи

Ультрафиолетовые лучи порой вызывают:

1. Острые повреждения кожи. Их возникновению способствуют высокие дозы солнечной радиации, содержащие лучи среднего диапазона. Они воздействуют на кожу в течение короткого времени, вызывая при этом эритему и острый фотодерматоз.
2. Отсроченное повреждение кожи. Оно возникает после длительного облучения длинноволновыми УФ-лучами. Это хронические фотодерматиты, солнечная геродермия, фотостарение кожи, возникновение новообразований, ультрафиолетовый мутагенез, базальноклеточный и плоскоклеточный рак кожи. В этом списке находится и герпес.

Как острые, так и отсроченные повреждения порой получают при чрезмерных увлечениях искусственными солнечными ваннами, а также при посещениях тех соляриев, которые используют несертифицированное оборудование или где не проводятся мероприятия по калибровке УФ-ламп.

Защита кожи

Человеческое тело, при ограниченном количестве любых солнечных ванн, способно справиться с ультрафиолетовым излучением самостоятельно. Дело в том, что свыше 20 % таких лучей может задержать здоровый эпидермис. На сегодняшний день защита от ультрафиолета, чтобы избежать возникновения злокачественных образований, потребует:

Ограничения времени пребывания на солнце, что особенно актуально в летние полуденные часы;

Ношение легкой, но в то же время закрытой одежды;

Подбор эффективных солнцезащитных кремов.

Использование бактерицидных свойств ультрафиолета

УФ-лучи способны убить грибок, а также другие микробы, которые находятся на предметах, поверхности стен, пола, потолков и в воздухе. В медицине широко используются эти бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения, и применение им находится соответствующее. Специальные лампы, вырабатывающие УФ-лучи, обеспечивают стерильность хирургических и манипуляционных помещений. Однако ультрафиолетовое бактерицидное излучение используется медиками не только в целях борьбы с различными внутрибольничными инфекциями, но и как один из методов устранения многих заболеваний.

Светолечение

Применение ультрафиолетового излучения в медицине представляет собой один из методов избавления от различных заболеваний. В процессе такого лечения производится дозированное воздействие УФ-лучей на организм пациента. При этом применение ультрафиолетового излучения в медицине для этих целей становится возможным благодаря использованию специальных ламп фототерапии.

Подобная процедура проводится для устранения заболеваний кожи, суставов, органов дыхания, периферической нервной системы, женских половых органов. Назначается ультрафиолет для ускорения процесса заживления ран и для профилактики рахита.

Особенно эффективно применение ультрафиолетового излучения в терапии псориаза, экземы, витилиго, некоторых видов дерматита, пруриго, порфирии, прурита. Стоит отметить, что такая процедура не требует анестезии и не вызывает у больного неприятных ощущений.

Применение лампы, производящей ультрафиолет, позволяет получить хороший результат при лечении больных, прошедших тяжелые гнойные операции. В этом случае пациентам также помогает бактерицидное свойство этих волн.

Применение УФ-лучей в косметологии

Инфракрасные волны активно используются и в сфере поддержания красоты и здоровья человека. Так, применение ультрафиолетового бактерицидного излучения необходимо для обеспечения стерильности различных помещений и приборов. Например, это может быть профилактика инфицирования маникюрных инструментов.

Применение ультрафиолетового излучения в косметологии - это, конечно же, солярий. В нем с помощью специальных ламп клиенты могут получить загар. Он прекрасно защищает кожу от возможных последующих ожогов солнца. Именно поэтому косметологи рекомендуют перед поездкой в жаркие страны или на море пройти несколько сеансов в солярии.

Необходимы в косметологии и специальные УФ-лампы. Благодаря им происходит быстрая полимеризация особого геля, используемого для маникюра.

Определение электронных структур предметов

Находит свое применение ультрафиолетовое излучение и в физических исследованиях. С его помощью определяют спектры отражения, поглощения и испускания в УФ-области. Это позволяет уточнить электронную структуру ионов, атомов, молекул и твердых тел.

УФ-спектры звезд, Солнца и других планет несут в себе информацию о тех физических процессах, которые происходят в горячих областях исследуемых космических объектов.

Очистка воды

Где еще используются УФ-лучи? Находит свое применение ультрафиолетовое бактерицидное излучение для обеззараживания питьевой воды. И если ранее с этой целью использовался хлор, то на сегодняшний день уже достаточно хорошо изучено его негативное влияние на организм. Так, пары этого вещества способны вызвать отравление. Попадание в организм самого хлора провоцирует возникновение онкологических заболеваний. Именно поэтому для обеззараживания воды в частных домах все чаще стали применяться ультрафиолетовые лампы.

Применяются УФ-лучи и в бассейнах. Ультрафиолетовые излучатели для устранения бактерий используют в пищевой, химической и фармакологической промышленности. Этим сферам также нужна чистая вода.

Обеззараживание воздуха

Где еще человек использует УФ-лучи? Применение ультрафиолетового излучения для обеззараживания воздуха также становится все более распространенным в последнее время. Рециркуляторы и излучатели устанавливаются в местах массового скопления людей, таких, как супермаркеты, аэропорты и вокзалы. Использование УФИ, воздействующего на микроорганизмы, позволяет провести обеззараживание среды их обитания в самой высокой степени, вплоть до 99,9 %.

Бытовое применение

Кварцевые лампы, создающие УФ-лучи, уже на протяжении многих лет дезинфицируют и очищают воздух в поликлиниках и больницах. Однако в последнее время все чаще находит свое применение ультрафиолетовое излучение в быту. Оно весьма эффективно для ликвидации органических загрязнителей, например, грибка и плесени, вирусов, дрожжей и бактерий. Эти микроорганизмы особенно быстро распространяются в тех помещениях, где люди по различным причинам надолго плотно закрывают окна и двери.

Использование бактерицидного облучателя в бытовых условиях становится целесообразным при малой площади жилья и большой семье, в которой есть маленькие дети и домашние питомцы. Лампа с УФ-излучением позволит периодически дезинфицировать комнаты, сводя к минимуму риск возникновения и дальнейшей передачи заболеваний.

Используются подобные приборы и туберкулезниками. Ведь такие больные не всегда проходят лечение в стационаре. Находясь дома, им требуется обеззараживать свое жилище, применяя в том числе и ультрафиолетовое излучение.

Применение в криминалистике

Учеными разработана технология, позволяющая обнаружить минимальные дозы взрывчатых веществ. Для этого используется прибор, в котором производится ультрафиолетовое излучение. Такое устройство способно определить наличие опасных элементов в воздухе и в воде, на ткани, а также на коже подозреваемого в преступлении.

Также находит свое применение ультрафиолетовое и инфракрасное излучение при макросъемке объектов с невидимыми и маловидимыми следами совершенного правонарушения. Это позволяет криминалистам изучить документы и следы выстрела, тексты, подвергшиеся изменениям в результате их залития кровью, чернилами и т.д.

Другие применения УФ-лучей

Ультрафиолетовое излучение используется:

В шоу-бизнесе для создания световых эффектов и освещения;

В детекторах валют;

В полиграфии;

В животноводстве и сельском хозяйстве;

Для ловли насекомых;

В реставрации;

Для проведения хроматографического анализа.