Ультрафиолетовый

Ультрафиолетовое излучение также производится электрическими дугами . Сварщики должны носить защитные очки и прикрывать кожу, чтобы предотвратить фотокератит и серьезные солнечные ожоги .

Ультрафиолет ( УФ ) - это форма электромагнитного излучения с длиной волны от 10 нм ^[1] (с соответствующей частотой около 30 ПГц) до 400 нм (750 ТГц), короче, чем у видимого света , но длиннее рентгеновских лучей . УФ-излучение присутствует в солнечном свете и составляет около 10% от общего электромагнитного излучения Солнца. Его также производят электрические дуги и специализированные лампы, такие как ртутные лампы , лампы для загара и черные лампы . Хотя длинноволновый ультрафиолет не считаетсяионизирующее излучение, поскольку его фотонам не хватает энергии для ионизации атомов , оно может вызывать химические реакции и заставляет многие вещества светиться или флуоресцировать . Следовательно, химические и биологические эффекты УФ-излучения больше, чем просто эффекты нагрева, и многие практические применения УФ-излучения связаны с его взаимодействием с органическими молекулами. Он также может повредить кожу и / или вызвать болезненный солнечный ожог.

Коротковолновый ультрафиолетовый свет повреждает ДНК и стерилизует поверхности, с которыми он контактирует. Для людей загар и солнечные ожоги являются знакомыми эффектами воздействия на кожу ультрафиолетового излучения, наряду с повышенным риском рака кожи . Количество ультрафиолетового света, производимого Солнцем, означает, что Земля не сможет поддерживать жизнь на суше, если большая часть этого света не будет отфильтрована атмосферой. ^[2] Более энергичное, коротковолновое «экстремальное» УФ-излучение ниже 121 нм ионизирует воздух настолько сильно, что он поглощается до того, как достигнет земли. ^[3] Однако ультрафиолетовый свет (в частности, UVB) также ответственен за образование витамина D.у большинства наземных позвоночных, включая человека. ^[4] Таким образом, УФ-спектр оказывает как благотворное, так и вредное воздействие на жизнь.

Нижний предел длины волны человеческого зрения обычно принимается равным 400 нм, поэтому ультрафиолетовые лучи невидимы для людей, хотя некоторые люди могут воспринимать свет на немного более коротких длинах волн, чем это. Насекомые, птицы и некоторые млекопитающие могут видеть ближний УФ (т. Е. Немного более короткие длины волн, чем то, что видят люди).

Видимость [ править ]

Ультрафиолетовые лучи невидимы для большинства людей. Хрусталика глаза человека блокирует наиболее излучение в диапазоне длин волн 300-400 нм; более короткие длины волн блокируются роговицей . ^{[5] У} людей также отсутствует адаптация цветовых рецепторов к ультрафиолетовым лучам. Тем не менее, фоторецепторы по сетчатке чувствительны к ближней УФ, и люди , не имеющие линзы (состояние , известное как афакии ) воспринимают ближней УФ- области, как беловато-голубого или беловато-фиолетовой. ^[6] При некоторых условиях дети и молодые люди могут видеть ультрафиолетовое излучение с длиной волны около 310 нм. ^{[7] [8]} Ближнее ультрафиолетовое излучение видно насекомым, некоторым млекопитающим и птицам.. У мелких птиц есть четвертый цветовой рецептор ультрафиолетовых лучей; это дает птицам "истинное" ультрафиолетовое зрение. ^{[9] [10]}

Открытие [ править ]

«Ультрафиолет» означает «за пределами фиолетового» (от латинского « ультра» , «за пределами»), фиолетовый - это цвет самых высоких частот видимого света. Ультрафиолет имеет более высокую частоту (следовательно, более короткую длину волны), чем фиолетовый свет.

УФ-излучение было открыто в 1801 году, когда немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер заметил, что невидимые лучи за пределами фиолетового конца видимого спектра затемняют бумагу, пропитанную хлоридом серебра, быстрее, чем сам фиолетовый свет. Он назвал их «(де-) окисляющими лучами» ( нем . De -oxierende Strahlen ), чтобы подчеркнуть химическую реакционную способность и отличить их от « тепловых лучей », открытых годом ранее на другом конце видимого спектра. Вскоре после этого был принят более простой термин «химические лучи», который оставался популярным на протяжении всего XIX века, хотя некоторые говорили, что это излучение полностью отличалось от света (в частности, Джон Уильям Дрейпер, который назвал их «титоническими лучами» ^{[11] [12]} ). Термины «химические лучи» и «тепловые лучи» в конечном итоге были отброшены в пользу ультрафиолетового и инфракрасного излучения соответственно. ^{[13] [14]} В 1878 году был открыт стерилизующий эффект коротковолнового света, убивающий бактерии. К 1903 году было известно, что наиболее эффективные длины волн составляют около 250 нм. В 1960 году было установлено действие ультрафиолетового излучения на ДНК. ^[15]

Открытие ультрафиолетового излучения с длинами волн ниже 200 нм, названного «вакуумным ультрафиолетом», поскольку оно сильно поглощается кислородом воздуха, было сделано в 1893 году немецким физиком Виктором Шуманом . ^[16]

Подтипы [ править ]

Электромагнитного спектра ультрафиолетового излучения (УФО), определяется наиболее широко , как 10-400 нм, могут быть разделены на несколько диапазонов , рекомендованного стандарта ИСО ISO-21348: ^[17]

Было исследовано несколько твердотельных и вакуумных устройств для использования в различных частях УФ-спектра. Многие подходы стремятся адаптировать устройства, чувствительные к видимому свету, но они могут страдать от нежелательной реакции на видимый свет и различных нестабильностей. Ультрафиолет может быть обнаружен подходящими фотодиодами и фотокатодами , которые могут быть настроены так, чтобы быть чувствительными к различным частям УФ-спектра. Доступны чувствительные УФ- фотоумножители . Спектрометры и радиометры предназначены для измерения УФ-излучения. Кремниевые детекторы используются по всему спектру. ^[18]

Вакуумное УФ, или ВУФ, длины волн (короче 200 нм) сильно поглощаются молекулярным кислородом воздуха, хотя более длинные волны около 150–200 нм могут распространяться через азот . Следовательно, научные приборы могут использовать этот спектральный диапазон, работая в бескислородной атмосфере (обычно чистый азот), без необходимости использования дорогостоящих вакуумных камер. Яркие примеры включают оборудование для фотолитографии с длиной волны 193 нм (для производства полупроводников ) и спектрометры кругового дихроизма .

Технологии для приборов ВУФ на протяжении многих десятилетий в значительной степени определялись солнечной астрономией. В то время как оптика может использоваться для удаления нежелательного видимого света, который в целом загрязняет ВУФ; детекторы могут быть ограничены их реакцией на не-ВУФ-излучение, и разработка «солнечных слепых» устройств была важной областью исследований. Широкозонные твердотельные устройства или вакуумные устройства с фотокатодами с высокой отсечкой могут быть привлекательны по сравнению с кремниевыми диодами.

Экстремальный УФ (EUV или иногда XUV) характеризуется переходом в физике взаимодействия с веществом. Длины волн, превышающие примерно 30 нм, взаимодействуют в основном с внешними валентными электронами атомов, в то время как длины волн более коротких взаимодействуют в основном с электронами и ядрами внутренней оболочки. Длинный конец спектра EUV задается заметной спектральной линией He ⁺ при 30,4 нм. EUV- излучение сильно поглощается большинством известных материалов, но возможен синтез многослойной оптики , отражающей до 50% EUV-излучения при нормальном падении . Эта технология была впервые предложена NIXT и MSSTA.зондирующие ракеты в 1990-х годах, и он использовался для создания телескопов для получения изображений Солнца. См. Также спутник Extreme Ultraviolet Explorer .

В некоторых источниках используется различие между «жестким УФ» и «мягким УФ» - в случае астрофизики граница может быть на границе Лаймана, то есть на длине волны 91,2 нм, при этом «жесткое УФ» является более энергичным. ^[19] Те же самые термины могут также использоваться в других областях, таких как косметология , оптоэлектроника и т. Д. - числовое значение границы между жестким / мягким, даже в аналогичных научных областях, не обязательно совпадает; например, в одной публикации по прикладной физике использовалась граница 190 нм между жесткими и мягкими УФ-областями. ^[20]

Солнечный ультрафиолет [ править ]

Очень горячие объекты испускают УФ-излучение (см. Излучение черного тела ). Солнце испускает ультрафиолетовое излучение на все длины волн, в том числе экстремального ультрафиолета , где она пересекает в рентгеновские лучи при 10 нм. Чрезвычайно горячие звезды излучают пропорционально больше УФ-излучения, чем Солнце. Солнечный свет в космосе в верхней части атмосферы Земли (см. Солнечная постоянная ) состоит примерно из 50% инфракрасного света, 40% видимого света и 10% ультрафиолетового света с общей интенсивностью около 1400 Вт / м ² в вакууме. ^[21]

Атмосфера блокирует около 77% солнечного УФ-излучения, когда Солнце находится выше всего в небе (в зените), при этом поглощение увеличивается при более коротких длинах волн УФ-излучения. На уровне земли, когда солнце находится в зените, солнечный свет составляет 44% видимого света, 3% ультрафиолета и остальное инфракрасное. ^{[22] [23]} Из ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, более 95% составляют более длинные волны УФА, а небольшой остаток - УФВ. УФС почти не достигает поверхности Земли. ^[24] Доля УФВ, остающаяся в УФ-излучении после прохождения через атмосферу, сильно зависит от облачности и атмосферных условий. В «частично пасмурные» дни участки голубого неба между облаками также являются источниками (рассеянных) UVA и UVB,которые создаются рассеянием Рэлеятак же, как видимый синий свет из тех частей неба. UVB также играет важную роль в развитии растений, поскольку влияет на большинство гормонов растений. ^[25] Во время полной облачности количество поглощения из-за облаков сильно зависит от толщины облаков и широты, при этом нет четких измерений, коррелирующих удельную толщину и поглощение УФВ. ^[26]

Более короткие полосы УФС, а также еще более энергичное УФ-излучение, производимое Солнцем, поглощаются кислородом и генерируют озон в озоновом слое, когда отдельные атомы кислорода, образующиеся в результате УФ- фотолиза дикислорода, реагируют с большим количеством дикислорода. Озоновый слой особенно важен для блокирования большей части ультрафиолета B и оставшейся части ультрафиолета C, еще не заблокированной обычным кислородом воздуха.

Блокираторы, поглотители и окна [ править ]

Поглотители ультрафиолета - это молекулы, используемые в органических материалах ( полимерах , красках и т. Д.) Для поглощения ультрафиолетового излучения с целью уменьшения УФ-деградации (фотоокисления) материала. Поглотители сами могут со временем разлагаться, поэтому необходим мониторинг уровней поглотителей в материалах, подвергшихся атмосферному воздействию.

В солнцезащитном креме ингредиенты, которые поглощают лучи UVA / UVB, такие как авобензон , оксибензон ^[27] и октилметоксициннамат , являются органическими химическими поглотителями или «блокаторами». Они контрастируют с неорганическими поглотителями / «блокаторами» УФ-излучения, такими как технический углерод , диоксид титана и оксид цинка .

Для одежды коэффициент защиты от ультрафиолета (UPF) представляет собой отношение УФ-излучения, вызывающего солнечные ожоги, без защиты ткани и с защитой ткани, аналогично рейтингу фактора защиты от солнца (SPF) для солнцезащитного крема . ^{[ необходима цитата ]} Стандартные летние ткани имеют UPF около 6, что означает, что около 20% УФ-излучения будет проходить через них. ^{[ необходима цитата ]}

Взвешенные наночастицы в цветном стекле не позволяют УФ-лучам вызывать химические реакции, изменяющие цвета изображения. ^{[ необходима цитата ]} Набор цветных эталонных чипов из цветного стекла планируется использовать для калибровки цветных камер для марсохода ESA 2019 года , поскольку они не будут подавлены высоким уровнем ультрафиолетового излучения, присутствующего на поверхности Марса. ^{[ необходима цитата ]}

Обычное натриево-известковое стекло , такое как оконное стекло, частично прозрачно для УФА, но непрозрачно для более коротких волн, пропуская около 90% света с длиной волны выше 350 нм, но блокируя более 90% света с длиной волны ниже 300 нм. ^{[28] [29] [30]} Исследование показало, что автомобильные окна пропускают 3-4% окружающего УФ-излучения, особенно если УФ-излучение превышает 380 нм. ^[31] Другие типы автомобильных окон могут снизить пропускание УФ-излучения, превышающее 335 нм. ^[31] Плавленый кварц , в зависимости от качества, может быть прозрачным даже для длин волн вакуумного УФ- излучения. Кристаллический кварц и некоторые кристаллы, такие как CaF ₂и MgF ₂ хорошо пропускают на длинах волн 150 или 160 нм. ^[32]

Стекло Вуда представляет собой темно-фиолетово-синее бариево-натриевое силикатное стекло с примерно 9% оксида никеля, разработанное во время Первой мировой войны для блокировки видимого света для скрытых коммуникаций. Он обеспечивает связь как в инфракрасном дневном, так и в ночном ультрафиолетовом свете, будучи прозрачным в диапазоне от 320 до 400 нм, а также в более длинных инфракрасных и едва видимых красных длинах волн. Его максимальное УФ-пропускание составляет 365 нм, одна из длин волн ртутных ламп .

Искусственные источники [ править ]

"Черные огни" [ править ]

Черный свет лампа излучает длинноволновое излучение UVA и мало видимого света. Флуоресцентные лампы черного света работают аналогично другим люминесцентным лампам , но на внутренней поверхности лампы используется люминофор, который излучает УФА-излучение вместо видимого света. В некоторых лампах используется темно-синевато-фиолетовый стеклянный оптический фильтр Вуда, который блокирует почти весь видимый свет с длиной волны более 400 нанометров. ^[33] Другие используют простое стекло вместо более дорогого стекла Вуда, поэтому во время работы они кажутся голубыми. Лампы накаливания черного цвета также производятся с использованием фильтрующего покрытия на оболочке лампы накаливания, которое поглощает видимый свет ( см. Раздел ниже). Они дешевле, но очень неэффективны и излучают лишь часть процента своей мощности в виде УФ. Черные лампы на основе паров ртути мощностью до 1 кВт с УФ-излучающим люминофором и оболочкой из стекла Вуда используются для театральных и концертных дисплеев. Черный свет используется в приложениях, в которых необходимо минимизировать посторонний видимый свет; в основном для наблюдения за флуоресценцией , цветным свечением, которое многие вещества испускают при воздействии УФ-излучения. Лампы, излучающие UVA / UVB, также продаются для других специальных целей, таких как лампы для загара и разведение рептилий.

Коротковолновые ультрафиолетовые лампы [ править ]

Коротковолновые УФ-лампы изготавливаются с использованием люминесцентной лампы без люминофорного покрытия, состоящей из плавленого кварца или викора , так как обычное стекло поглощает УФС. Эти лампы излучают ультрафиолетовый свет с двумя пиками в диапазоне UVC при 253,7 нм и 185 нм из-за наличия ртути внутри лампы, а также некоторого видимого света. От 85% до 90% УФ-излучения, производимого этими лампами, приходится на 253,7 нм, тогда как только 5–10% приходится на 185 нм. ^{[ необходима цитата ]}Трубка из плавленого кварца пропускает излучение 253,7 нм, но блокирует длину волны 185 нм. Такие лампы имеют мощность УФС в два или три раза выше, чем у обычных люминесцентных ламп. Эти лампы низкого давления имеют типичный КПД примерно 30–40%, что означает, что на каждые 100 Вт электроэнергии, потребляемой лампой, они будут производить примерно 30–40 Вт общей мощности УФ излучения. Они также излучают голубовато-белый видимый свет из-за других спектральных линий ртути. Эти «бактерицидные» лампы широко используются для дезинфекции поверхностей в лабораториях и пищевой промышленности, а также для дезинфекции водоснабжения.

Лампы накаливания [ править ]

Лампы накаливания «черный свет» также производятся из лампы накаливания с фильтрующим покрытием, которое поглощает большую часть видимого света. Галогенные лампы с оболочкой из плавленого кварца используются в качестве недорогих источников УФ-света в ближнем УФ-диапазоне, от 400 до 300 нм, в некоторых научных приборах. Из-за своего спектра абсолютно черного тела лампочка накаливания является очень неэффективным источником ультрафиолета, излучающим лишь часть процента своей энергии в виде ультрафиолета.

Газоразрядные лампы [ править ]

Специализированные УФ-газоразрядные лампы, содержащие различные газы, производят УФ-излучение в определенных спектральных линиях для научных целей. Аргоновые и дейтериевые дуговые лампы часто используются в качестве стабильных источников, либо без окон, либо с различными окнами, такими как фторид магния . ^[34] Они часто являются источниками излучения в оборудовании УФ-спектроскопии для химического анализа.

Другие источники ультрафиолетового излучения с более непрерывным спектром излучения включают ксеноновые дуговые лампы (обычно используемые в качестве имитаторов солнечного света), дейтериевые дуговые лампы , ртутно-ксеноновые дуговые лампы и металлогалогенные дуговые лампы .

Эксимер лампа , источник УФ , разработанный в начале 2000 - х годов, наблюдается все более широкое применение в научных областях. Он имеет преимущества высокой интенсивности, высокой эффективности и работы в различных диапазонах длин волн в вакуумном ультрафиолете.

Ультрафиолетовые светодиоды [ править ]

Светодиоды(Светодиоды) могут быть изготовлены для излучения в ультрафиолетовом диапазоне. В 2019 году, после значительных достижений за предыдущие пять лет, были доступны светодиоды UVA с длиной волны 365 нм и более с эффективностью 50% при выходной мощности 1000 мВт. В настоящее время наиболее распространенные типы УФ-светодиодов, которые можно найти / купить, имеют длины волн 395 и 365 нм, оба из которых находятся в спектре UVA. Когда речь идет о длине волны УФ-светодиодов, номинальная длина волны - это максимальная длина волны, которую излучают светодиоды, и присутствует свет как на более высоких, так и на более низких частотах длин волн около максимальной длины волны, что важно учитывать при поиске их применения для определенные цели. Более дешевые и более распространенные УФ-светодиоды с длиной волны 395 нм намного ближе к видимому спектру, и светодиоды не только работают на максимальной длине волны, но также излучают фиолетовый цвет,кроме того, и в конечном итоге не излучает чистый УФ-свет, в отличие от других УФ-светодиодов, которые находятся глубже в спектре.^[35] Такие светодиоды все чаще используются для таких применений, как УФ-отверждение , зарядка светящихся в темноте объектов, таких как картины или игрушки, и они становятся очень популярными в процессе, известном как ретро-осветление, которое ускоряет процесс восстановления / отбеливания старых пластиков и портативных фонарей для обнаружения фальшивых денег и телесных жидкостей, и уже успешно применяется в приложениях цифровой печати и в инертных средах УФ-отверждения. Плотность мощности приближается к 3 Вт / см ² (30 кВт / м ² ), и это, в сочетании с недавними разработками фотоинициаторов и разработчиков рецептур смол, делает вероятным распространение УФ-материалов, отверждаемых светодиодами.

Светодиоды UVC быстро развиваются, но могут потребоваться испытания для проверки эффективности дезинфекции. Рекомендации по дезинфекции больших площадей относятся к источникам ультрафиолетового излучения без использования светодиодов ^[36], известным как бактерицидные лампы . ^[37] Кроме того, они используются в качестве линейных источников для замены дейтериевых ламп в приборах жидкостной хроматографии . ^[38]

Ультрафиолетовые лазеры [ править ]

Газовые лазеры , лазерные диоды и твердотельные лазеры могут быть изготовлены для излучения ультрафиолетовых лучей, и доступны лазеры, которые покрывают весь УФ-диапазон. Газообразный азот лазер использует электронное возбуждение молекул азота , чтобы излучать луч , который в основном УФ. Самые сильные ультрафиолетовые линии имеют длину волны 337,1 нм и 357,6 нм. Другой тип мощных газовых лазеров - это эксимерные лазеры . Это широко используемые лазеры, излучающие в ультрафиолетовом и вакуумном ультрафиолетовом диапазонах длин волн. В настоящее время эксимерные УФ - лазеры на фториде аргона, работающие на длине волны 193 нм, обычно используются в производстве интегральных схем с помощью фотолитографии . Текущий ^{[временное ограничение? ]}предел длины волны для получения когерентного УФ излучения составляет около 126 нм, что характерно дляэксимерного лазерана Ar₂*.

Доступны лазерные диоды с прямым УФ-излучением на длине волны 375 нм. ^[39] УФ диодной накачкой твердотельных лазеров были продемонстрированы с использованием Ce: кристаллы LiSAF ( церий - легированный литий - стронций фтористый алюминий), процесс , разработанный в 1990 - х годах в Ливерморской национальной лаборатории . ^[40] Длины волн короче 325 нм коммерчески генерируются в твердотельных лазерах с диодной накачкой . Ультрафиолетовые лазеры также могут быть сделаны путем преобразования частоты в низкочастотные лазеры.

Ультрафиолетовые лазеры находят применение в промышленности ( лазерная гравировка ), медицине ( дерматология и кератэктомия ), химии ( MALDI ), безопасной связи в открытом воздухе , вычислительной технике ( оптическое хранилище ) и производстве интегральных схем.

Настраиваемый вакуумный ультрафиолет (ВУФ) посредством смешивания суммы и разности частот [ править ]

Полоса вакуумного ультрафиолета (ВУФ) (100–200 нм) может создаваться нелинейным четырехволновым смешением в газах путем смешивания суммарной или разностной частоты двух или более длинноволновых лазеров. Генерация обычно происходит в газах (например, криптоне, водороде, который имеет двухфотонный резонанс около 193 нм) ^[41] или парах металлов (например, магния). Сделав один из лазеров настраиваемым, можно настроить ВУФ. Если один из лазеров резонирует с переходом в газе или паре, то производство ВУФ-излучения усиливается. Однако резонансы также генерируют дисперсию длин волн, и, таким образом, фазовый синхронизм может ограничивать настраиваемый диапазон 4-волнового смешения. Смешивание разностной частоты (т.е. λ ₁ + λ ₂ - λ ₃) как преимущество перед смешиванием суммарной частоты, поскольку фазовый синхронизм может обеспечить большую настройку. ^[41] В частности, смешивание разностной частоты двух фотонов эксимерного лазера на Ar F (193 нм) с перестраиваемым лазером видимого или ближнего ИК-диапазона на водороде или криптоне обеспечивает резонансное усиление настраиваемого ВУФ-излучения от 100 до 200 нм. ^[41] Практически, отсутствие подходящих материалов окна газовой / паровой ячейки выше длины волны отсечки фторида лития ограничивает диапазон настройки более чем примерно 110 нм. Регулируемые длины волн ВУФ до 75 нм были достигнуты с использованием безоконных конфигураций. ^[42]

Плазменные и синхротронные источники экстремального УФ [ править ]

Лазеры использовались для косвенной генерации некогерентного экстремального ультрафиолетового (EUV) излучения на длине волны 13,5 нм для литографии в экстремальном ультрафиолете . EUV излучается не лазером, а скорее электронными переходами в чрезвычайно горячей оловянной или ксеноновой плазме, которая возбуждается эксимерным лазером. ^[43] Этот метод не требует синхротрона, но может производить УФ-излучение на краю рентгеновского спектра. Источники синхротронного света также могут излучать все длины волн УФ, в том числе на границе УФ и рентгеновского спектров на длине волны 10 нм.

Воздействие на здоровье человека [ править ]

Воздействие ультрафиолетового излучения на здоровье человека влияет на риски и преимущества солнечного воздействия, а также влияет на такие проблемы, как люминесцентные лампы и здоровье . Чрезмерное пребывание на солнце может быть вредным, но в умеренных количествах пребывание на солнце полезно. ^[44]

Благоприятные эффекты [ править ]

УФ-свет (в частности, УФ-В) заставляет организм вырабатывать витамин D , который необходим для жизни. Людям необходимо УФ-излучение для поддержания адекватного уровня витамина D. По данным Всемирной организации здравоохранения ^[45]

Несомненно, немного солнечного света полезно для вас! Но 5-15 минут случайного пребывания на солнце рук, лица и рук два-три раза в неделю в летние месяцы достаточно для поддержания высокого уровня витамина D.

Витамин D также можно получить с пищей и добавками. ^{[46] Однако} чрезмерное пребывание на солнце имеет вредные последствия. ^[45]

Витамин D способствует выработке серотонина . Производство серотонина прямо пропорционально яркости солнечного света, получаемого организмом. ^[47] Считается, что серотонин дает людям ощущение счастья, благополучия и безмятежности. ^[48]

Состояние кожи [ править ]

УФ-лучи также лечат определенные кожные заболевания. Современная фототерапия успешно применяется для лечения псориаза , экземы , желтухи , витилиго , атопического дерматита и локальной склеродермии . ^{[49] [50]} Кроме того, было показано, что УФ-свет, в частности УФ-В-излучение, вызывает остановку клеточного цикла в кератиноцитах , наиболее распространенном типе клеток кожи. ^[51] Таким образом, солнечная терапия может быть кандидатом для лечения таких состояний, как псориаз и эксфолиативный хейлит , состояний, при которых клетки кожи делятся быстрее, чем обычно или необходимо.^[52]

Вредные эффекты [ править ]

У людей чрезмерное воздействие УФ-излучения может привести к острым и хроническим вредным последствиям для диоптрийной системы глаза и сетчатки . Риск повышен на больших высотах, и люди, живущие в высокоширотных районах, где снег покрывает землю прямо в начале лета, а положение солнца даже в зените низкое, особенно подвержены риску. ^[53] Кожа, циркадная система и иммунная система также могут быть затронуты. ^[54]

Дифференциальное воздействие света различной длины на роговицу и кожу человека иногда называют «спектром действия эритемы». ^[55] Спектр действия показывает, что УФ-А не вызывает немедленной реакции, но УФ-А начинает вызывать фотокератит и покраснение кожи (более светлокожие люди более чувствительны) на длинах волн, начиная с начала полосы УФ-В при 315 нм, и быстро увеличивается до 300 нм. Кожа и глаза наиболее чувствительны к повреждению УФ-излучением с длиной волны 265–275 нм, что соответствует нижнему диапазону УФ-С. При еще более коротких длинах волн ультрафиолетового излучения повреждения продолжают происходить, но явные эффекты не так велики при таком небольшом проникновении в атмосферу. ВОЗ -стандарт ультрафиолетовое индексэто широко известный метод измерения общей силы ультрафиолетовых волн, вызывающих солнечные ожоги на коже человека, путем взвешивания ультрафиолетового излучения для эффектов спектра действия в заданное время и в определенном месте. Этот стандарт показывает, что большинство солнечных ожогов происходит из-за ультрафиолетового излучения на длинах волн, близких к границе диапазонов UVA и UVB.

Повреждение кожи [ править ]

Чрезмерное воздействие УФ-В излучения может вызвать не только солнечный ожог, но и некоторые формы рака кожи . Однако степень покраснения и раздражения глаз (которые в основном не вызваны УФ-А) не предсказывают долгосрочные эффекты УФ-излучения, хотя они отражают прямое повреждение ДНК ультрафиолетом. ^[56]

Все полосы УФ-излучения повреждают волокна коллагена и ускоряют старение кожи. И UVA, и UVB разрушают витамин А в коже, что может вызвать дальнейшее повреждение. ^[57]

UVB-излучение может вызвать прямое повреждение ДНК. ^[58] Эта связь рака является одной из причин для беспокойства по поводу истощения озонового слоя и озоновой дыры.

Самая смертельная форма рака кожи , злокачественная меланома , в основном вызывается повреждением ДНК, не зависящим от УФА-излучения. Это видно по отсутствию прямой мутации УФ-сигнатуры в 92% всех меланом. ^[59] Случайное передержание и солнечный ожог, вероятно, являются более серьезными факторами риска развития меланомы, чем длительное умеренное воздействие. ^[60] УФС - это самый высокоэнергетический и опасный тип ультрафиолетового излучения, вызывающий побочные эффекты, которые могут быть мутагенными или канцерогенными. ^[61]

В прошлом УФА считалось не вредным или менее вредным, чем УФВ, но сегодня известно, что он способствует развитию рака кожи через косвенное повреждение ДНК (свободные радикалы, такие как активные формы кислорода). ^{[ необходима цитата ]} UVA может генерировать химические промежуточные продукты с высокой реакционной способностью, такие как гидроксильные и кислородные радикалы, которые, в свою очередь, могут повредить ДНК. Повреждение ДНК, вызванное косвенным воздействием УФА на кожу, в основном состоит из однонитевых разрывов ДНК, в то время как повреждение, вызванное УФВ, включает прямое образование димеров тимина или димеров цитозина и двухцепочечных разрывов ДНК. ^[62]UVA оказывает иммуносупрессивное действие на весь организм (на него приходится большая часть иммунодепрессивных эффектов воздействия солнечного света) и мутагенно для базальных кератиноцитов кожи. ^[63]

Фотоны UVB могут вызывать прямое повреждение ДНК. УФ-В-излучение возбуждает молекулы ДНК в клетках кожи, вызывая образование аберрантных ковалентных связей между соседними пиримидиновыми основаниями с образованием димера . Большинство УФ-индуцированных димеров пиримидина в ДНК удаляются с помощью процесса, известного как эксцизионная репарация нуклеотидов, в котором задействовано около 30 различных белков. ^[58] Те димеры пиримидина, которые избегают этого процесса репарации, могут вызывать форму запрограммированной гибели клеток ( апоптоз ) или могут вызывать ошибки репликации ДНК, ведущие к мутации .

В качестве защиты от УФ-излучения количество коричневого пигмента меланина в коже увеличивается при воздействии умеренного (в зависимости от типа кожи ) уровня излучения; это обычно известно как загар . Цель меланина - поглощать УФ-излучение и рассеивать энергию в виде безвредного тепла, защищая кожу как от прямого, так и от косвенного повреждения ДНК УФ-излучением. UVA дает быстрый загар, который длится несколько дней, за счет окисления меланина, который уже присутствовал, и вызывает высвобождение меланина из меланоцитов. UVB дает загар, который проявляется примерно через 2 дня, потому что он стимулирует организм вырабатывать больше меланина.

Дискуссия о безопасности солнцезащитных кремов [ править ]

Медицинские организации рекомендуют пациентам защищаться от УФ-излучения с помощью солнцезащитного крема . Было показано, что пять ингредиентов солнцезащитного крема защищают мышей от опухолей кожи. Однако некоторые солнцезащитные химические вещества производят потенциально вредные вещества, если они освещаются при контакте с живыми клетками. ^{[64] [65]} Количество солнцезащитного крема, которое проникает в нижние слои кожи, может быть достаточно большим, чтобы вызвать повреждение. ^[66]

Солнцезащитный крем уменьшает прямое повреждение ДНК, вызывающее солнечный ожог, путем блокирования UVB, а обычный рейтинг SPF показывает, насколько эффективно блокируется это излучение. Поэтому SPF также называют UVB-PF, что означает «фактор защиты от UVB». ^[67] Этот рейтинг, однако, не содержит данных о важной защите от УФА, ^[68] которое в первую очередь не вызывает солнечных ожогов, но все же является вредным, поскольку вызывает непрямое повреждение ДНК и также считается канцерогенным. Несколько исследований показывают, что отсутствие фильтров UVA может быть причиной более высокой заболеваемости меланомой у пользователей солнцезащитных кремов по сравнению с теми, кто их не использует. ^{[69] [70] [71] [72] [73]} Некоторые солнцезащитные лосьоны содержат диоксид титана., оксид цинка и авобензон , которые помогают защитить от лучей UVA.

Фотохимические свойства меланина делают его отличным фотозащитным средством . Однако солнцезащитные химические вещества не могут рассеивать энергию возбужденного состояния так же эффективно, как меланин, и поэтому, если ингредиенты солнцезащитного крема проникают в нижние слои кожи, количество активных форм кислорода может увеличиваться. ^{[74] [64] [65] [75]} Количество солнцезащитного крема, которое проникает через роговой слой, может быть или не быть достаточно большим, чтобы вызвать повреждение.

В эксперименте Hanson et al. опубликованном в 2006 году, количество вредных активных форм кислорода (АФК) было измерено в необработанной коже и в коже, обработанной солнцезащитным кремом. В первые 20 минут солнцезащитная пленка оказывала защитный эффект, и количество видов ROS было меньше. Однако через 60 минут количество абсорбированного солнцезащитного крема было настолько высоким, что количество ROS было выше в коже, обработанной солнцезащитным кремом, чем в необработанной коже. ^[74] Исследование показывает, что солнцезащитный крем необходимо повторно нанести в течение 2 часов, чтобы предотвратить проникновение ультрафиолетового света на живые клетки кожи, наполненные солнцезащитным кремом. ^[74]

Обострение некоторых кожных заболеваний [ править ]

Ультрафиолетовое излучение может усугубить несколько состояний и заболеваний кожи, в том числе ^[76] системная красная волчанка , синдром Шегрена , синдром Sinear Ашер , розацеа , дерматомиозит , болезнь Дарье и Киндлера-Веари синдром .

Повреждение глаз [ править ]

Глаз наиболее чувствителен к повреждению УФ-излучением в нижнем УФ-диапазоне 265–275 нм. Излучение этой длины волны почти отсутствует от солнечного света, но встречается в дуговых лампах сварщика и других искусственных источниках. Их воздействие может вызвать «вспышку сварщика» или «дуговую вспышку» ( фотокератит ) и может привести к образованию катаракты , птеригиума и пингвекулы . В меньшей степени УФ-В при солнечном свете от 310 до 280 нм также вызывает фотокератит («снежную слепоту»), при этом могут быть повреждены роговица , хрусталик и сетчатка . ^[77]

Защитные очки полезны тем, кто подвергается воздействию ультрафиолетового излучения. Поскольку свет может попадать в глаза сбоку, обычно требуется полная защита глаз, если есть повышенный риск воздействия, например, при высотном альпинизме. Альпинисты подвергаются воздействию более высоких, чем обычно, уровней УФ-излучения как из-за меньшей атмосферной фильтрации, так и из-за отражения от снега и льда. ^{[78] [79]} Обычные необработанные очки обеспечивают некоторую защиту. Большинство пластиковых линз обеспечивают лучшую защиту, чем стеклянные линзы, потому что, как отмечалось выше, стекло прозрачно для UVA, а обычный акриловый пластик, используемый для линз, менее прозрачен. Некоторые пластмассовые материалы линз, такие как поликарбонат , по своей природе блокируют большую часть ультрафиолета.^[80]

Разложение полимеров, пигментов и красителей [ править ]

Ультрафиолетовое разложение - это одна из форм разложения полимера, которая влияет на пластмассы, подверженные воздействию солнечного света . Проблема проявляется в обесцвечивании или выцветании, растрескивании, потере прочности или разрушении. Эффекты атаки усиливаются с увеличением времени воздействия и интенсивности солнечного света. Добавление поглотителей УФ-излучения подавляет эффект.

К чувствительным полимерам относятся термопласты и специальные волокна, такие как арамиды . Поглощение УФ-излучения приводит к разрушению цепи и потере прочности в чувствительных точках структуры цепи. Для сохранения прочности арамидный канат должен быть защищен оболочкой из термопласта.

Многие пигменты и красители поглощают УФ-излучение и меняют цвет, поэтому картины и текстиль могут нуждаться в дополнительной защите как от солнечного света, так и от люминесцентных ламп, двух распространенных источников УФ-излучения. Оконное стекло поглощает вредное УФ-излучение, но ценные артефакты нуждаются в дополнительной защите. Например, во многих музеях черные шторы кладут на акварельные картины и старинные ткани. Поскольку акварельные краски могут иметь очень низкий уровень пигментации, они нуждаются в дополнительной защите от ультрафиолета. Различные формы стекла для обрамления картин , включая акрил (оргстекло), ламинаты и покрытия, обеспечивают разную степень защиты от ультрафиолета (и видимого света).

Приложения [ править ]

Из-за своей способности вызывать химические реакции и возбуждать флуоресценцию материалов ультрафиолетовое излучение имеет ряд применений. В следующей таблице ^[81] приведены некоторые варианты использования конкретных диапазонов длин волн в УФ-спектре.

• 13,5 нм : литография в крайнем ультрафиолете
• 30–200 нм : Фотоионизация , ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия , изготовление стандартных интегральных схем методом фотолитографии.
• 230–365 нм : УФ-ID, отслеживание этикеток, штрих-коды
• 230–400 нм : оптические датчики , различное оборудование
• 240–280 нм : дезинфекция , обеззараживание поверхностей и воды ( абсорбция ДНК имеет максимум при 260 нм), бактерицидные лампы ^[37]
• 200–400 нм : судебно-медицинский анализ , обнаружение наркотиков
• 270–360 нм : анализ белков , секвенирование ДНК , открытие лекарств
• 280-400 нм : Медицинская визуализация из клеток
• 300–320 нм : световая терапия в медицине
• 300-365 нм : Отверждение из полимеров и чернил принтера
• 350–370 нм : заперы от насекомых (мух больше всего привлекает свет с длиной волны 365 нм) ^[82]

Фотография [ править ]

Фотопленка реагирует на ультрафиолетовое излучение, но стеклянные линзы фотоаппаратов обычно блокируют излучение короче 350 нм. Слегка желтые фильтры, блокирующие УФ-лучи, часто используются при съемке на открытом воздухе для предотвращения нежелательного посинения и передержки УФ-лучами. Для фотосъемки в ближнем УФ-диапазоне можно использовать специальные фильтры. Для фотосъемки с длинами волн короче 350 нм требуются специальные кварцевые линзы, которые не поглощают излучение. Датчики цифровых фотоаппаратов могут иметь внутренние фильтры, которые блокируют УФ-излучение для повышения точности цветопередачи. Иногда эти внутренние фильтры можно удалить или они могут отсутствовать, а внешний фильтр видимого света подготавливает камеру для фотосъемки в ближнем УФ-диапазоне. Некоторые камеры предназначены для использования в УФ.

Фотография в отраженном ультрафиолетовом излучении полезна для медицинских, научных и судебно-медицинских исследований, в таких широко распространенных приложениях, как обнаружение синяков на коже, изменение документов или реставрация картин. Фотография флуоресценции, производимой ультрафиолетовым освещением, использует видимые длины волн света.

В ультрафиолетовой астрономии измерения используются для определения химического состава межзвездной среды, а также температуры и состава звезд. Поскольку озоновый слой блокирует многие УФ-частоты от попадания в телескопы на поверхности Земли, большинство УФ-наблюдений производится из космоса.

Электротехническая и электронная промышленность [ править ]

Коронный разряд на электрическом оборудовании можно обнаружить по его ультрафиолетовому излучению. Корона вызывает деградацию электроизоляции и выброс озона и оксида азота . ^[83]

EPROM (стираемая программируемая постоянная память) стираются под воздействием УФ-излучения. Эти модули имеют прозрачное ( кварцевое ) окно в верхней части микросхемы, которое пропускает УФ-излучение.

Использование флуоресцентных красителей [ править ]

Бесцветные флуоресцентные красители, излучающие синий свет под УФ-излучением, добавляются в качестве оптических отбеливателей к бумаге и тканям. Синий свет, излучаемый этими агентами, нейтрализует желтые оттенки, которые могут присутствовать, и заставляет цвета и белый цвет казаться более белыми или более яркими.

УФ-флуоресцентные красители, которые светятся основными цветами, используются в красках, бумаге и текстиле либо для улучшения цвета при дневном освещении, либо для создания специальных эффектов при освещении УФ-лампами. Краски Blacklight , содержащие красители, светящиеся под действием ультрафиолета, используются в ряде художественных и эстетических применений.

В парках развлечений часто используется ультрафиолетовое освещение для флуоресценции картин и фонов аттракционов. Это часто имеет побочный эффект, заставляя белую одежду всадника светиться светло-фиолетовым.

Чтобы предотвратить подделку валюты или подделку важных документов, таких как водительские права и паспорта , бумага может содержать водяной знак УФ-излучения или флуоресцентные многоцветные волокна, которые видны в ультрафиолетовом свете. Почтовые марки снабжены люминофором, который светится под УФ-лучами, что позволяет автоматически определять марку и лицевую сторону письма.

УФ-флуоресцентные красители используются во многих областях (например, в биохимии и судебной медицине ). Некоторые марки перцовых баллончиков оставляют невидимое химическое вещество (УФ-краситель), которое нелегко смыть с лица, подвергшегося перцовому баллончику , что поможет полиции позже идентифицировать нападавшего.

В некоторых типах неразрушающего контроля УФ-излучение стимулирует флуоресцентные красители для выявления дефектов в широком спектре материалов. Эти красители могут быть перенесены в поверхностные дефекты за счет капиллярного действия ( проникающий контроль ) или они могут быть связаны с частицами феррита, захваченными магнитными полями утечки в черных материалах ( контроль магнитных частиц ).

Аналитическое использование [ править ]

Криминалистика [ править ]

УФ-излучение - это инструмент расследования на месте преступления, помогающий обнаруживать и идентифицировать телесные жидкости, такие как сперма, кровь и слюна. ^[84] Например, эякулированная жидкость или слюна могут быть обнаружены источниками ультрафиолетового излучения высокой мощности, независимо от структуры или цвета поверхности, на которой осаждается жидкость. ^[85] УФ-видимая микроскопия также используется для анализа следов, таких как текстильные волокна и кусочки краски, а также сомнительных документов.

Другие приложения включают проверку подлинности различных предметов коллекционирования и искусства, а также обнаружение поддельной валюты. Даже материалы, на которые не нанесено специальной маркировки УФ-чувствительными красителями, могут иметь отчетливую флуоресценцию под воздействием УФ-излучения или могут флуоресцировать по-разному в коротковолновом и длинноволновом ультрафиолете.

Повышение контрастности чернил [ править ]

Используя мультиспектральную визуализацию, можно читать неразборчивые папирусы , такие как сожженные папирусы Виллы Папирусов или Оксиринха , или палимпсест Архимеда . Техника включает в себя фотографирование неразборчивого документа с использованием различных фильтров в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне, точно настроенных для захвата определенных длин волн света. Таким образом, можно найти оптимальную спектральную часть для отличия чернил от бумаги на поверхности папируса.

Простые источники NUV могут использоваться для выделения потускневших чернил на основе железа на пергаменте. ^[86]

Санитарное соответствие [ править ]

Ультрафиолетовый свет помогает обнаруживать отложения органических материалов, которые остаются на поверхностях, где периодическая очистка и дезинфекция могли быть неэффективными. Он используется в гостиничном бизнесе, производстве и других отраслях, где проверяется уровень чистоты или загрязнения . ^{[87] [88] [89] [90]}

Постоянные выпуски новостей для многих телевизионных новостных организаций включают в себя репортера-расследователя, использующего подобное устройство для выявления антисанитарных условий в отелях, общественных туалетах, поручнях и т. Д. ^{[91] [92]}

Химия [ править ]

УФ / видимая спектроскопия широко используется как метод в химии для анализа химической структуры , наиболее заметной из которых являются сопряженные системы . УФ-излучение часто используется для возбуждения данного образца, когда флуоресцентное излучение измеряется с помощью спектрофлуориметра . В биологических исследованиях УФ-излучение используется для количественного определения нуклеиновых кислот или белков .

Ультрафиолетовые лампы также используются при анализе минералов и драгоценных камней .

В системах контроля загрязнения ультрафиолетовые анализаторы используются для обнаружения выбросов оксидов азота, соединений серы, ртути и аммиака, например, в дымовых газах электростанций, работающих на ископаемом топливе. ^[93] Ультрафиолетовое излучение может обнаруживать тонкие пленки разлитой нефти на воде либо по высокой отражательной способности масляных пленок в УФ длинах волн, либо по флуоресценции соединений в масле, либо по поглощению ультрафиолета, создаваемого комбинационным рассеянием в воде. ^[94]

Материаловедение использует [ править ]

Обнаружение пожара [ править ]

Как правило, в детекторах ультрафиолета в качестве чувствительного элемента используется либо твердотельное устройство, например, на основе карбида кремния или нитрида алюминия , либо газонаполненная трубка. УФ-детекторы, чувствительные к УФ-излучению в любой части спектра, реагируют на облучение солнечным и искусственным светом . Например, горящее водородное пламя излучает сильно в диапазоне от 185 до 260 нанометров и очень слабо в ИК-диапазоне , тогда как угольный огонь излучает очень слабо в УФ-диапазоне, но очень сильно в ИК-диапазоне; таким образом, пожарный извещатель, который работает как с УФ, так и с ИК-детектором, более надежен, чем датчик с одним УФ-детектором. Практически все пожары излучают радиациюв диапазоне UVC, тогда как солнечное излучение в этом диапазоне поглощается атмосферой Земли . В результате УФ-детектор является «солнечным слепым», то есть он не будет вызывать тревогу в ответ на излучение Солнца, поэтому его можно легко использовать как в помещении, так и на открытом воздухе.

УФ-детекторы чувствительны к большинству пожаров, включая углеводороды , металлы, серу , водород , гидразин и аммиак . Дуговая сварка , электрические дуги, молния , рентгеновское излучение, используемое в оборудовании для неразрушающего контроля металла (хотя это маловероятно), и радиоактивные материалы могут создавать уровни, которые активируют систему обнаружения УФ-излучения. Присутствие газов и паров, поглощающих УФ-излучение, ослабит УФ-излучение от огня, что отрицательно скажется на способности детектора обнаруживать пламя. Точно так же наличие масляного тумана в воздухе или масляной пленки на окне детектора будет иметь такой же эффект.

Фотолитография [ править ]

Ультрафиолетовое излучение используется для фотолитографии с очень высоким разрешением - процедуры, при которой химическое вещество, называемое фоторезистом, подвергается воздействию УФ-излучения, прошедшего через маску. Воздействие вызывает химические реакции в фоторезисте. После удаления нежелательного фоторезиста на образце остается узор, определяемый маской. Затем могут быть предприняты шаги для «вытравливания», осаждения или иного изменения участков образца, на которых не осталось фоторезиста.

Фотолитография используется в производстве полупроводников , компонентов интегральных схем ^[95] и печатных плат . В процессах фотолитографии, используемых для изготовления электронных интегральных схем, в настоящее время используется УФ-излучение с длиной волны 193 нм, а экспериментально используется УФ-излучение с длиной волны 13,5 нм для литографии в крайнем ультрафиолете .

Полимеры [ править ]

Электронные компоненты, которые требуют прозрачной прозрачности для выхода или проникновения света (фотоэлектрические панели и датчики), могут быть залиты акриловыми смолами, отвержденными с помощью УФ-энергии. Преимущества - низкие выбросы ЛОС и быстрое отверждение.

Некоторые краски, покрытия и клеи состоят из фотоинициаторов и смол. Под воздействием ультрафиолета происходит полимеризация , поэтому клеи затвердевают или отверждаются, обычно в течение нескольких секунд. Применения включают склеивание стекла и пластика, покрытия оптических волокон , покрытие полов, УФ-покрытие и отделку бумаги в офсетной печати , зубные пломбы и декоративные гели для ногтей.

Источники УФ-излучения для УФ-отверждения включают УФ-лампы , УФ- светодиоды и эксимерные импульсные лампы. Для быстрых процессов, таких как флексография или офсетная печать, требуется свет высокой интенсивности, сфокусированный через отражатели на движущуюся подложку и средний, поэтому используются лампы на основе Hg (ртуть) или Fe (легированное железо) под высоким давлением , подпитываемые электрической дугой или микроволнами. Люминесцентные лампы и светодиоды меньшей мощности могут использоваться для статических приложений. В небольших лампах высокого давления свет может фокусироваться и передаваться в рабочую зону через заполненные жидкостью или волоконно-оптические световоды.

Воздействие УФ на полимеры используется для модификации ( шероховатости и гидрофобности ) полимерных поверхностей. Например, поверхность полиметилметакрилата может быть сглажена вакуумным ультрафиолетом. ^[96]

Ультрафиолетовое излучение полезно при получении полимеров с низкой поверхностной энергией для клеев. Полимеры, подвергнутые УФ-излучению, окисляются, повышая таким образом поверхностную энергию полимера. Как только поверхностная энергия полимера повышается, связь между клеем и полимером становится сильнее.

Использование в биологии [ править ]

Очистка воздуха [ править ]

Используя каталитическую химическую реакцию от диоксида титана и воздействия ультрафиолетового излучения, окисление органических веществ преобразует патогены , пыльцу и споры плесени. в безвредные инертные побочные продукты. Однако реакция диоксида титана и ультрафиолетового излучения не является прямым путем. Несколько сотен реакций происходят перед стадией инертных побочных продуктов и могут препятствовать результирующей реакции с образованием формальдегида, альдегида и других летучих органических соединений на пути к конечной стадии. Таким образом, использование диоксида титана и ультрафиолетового излучения требует очень определенных параметров для успешного результата. Механизм очищения ультрафиолетом - это фотохимический процесс. Загрязняющие вещества в помещении почти полностью представляют собой соединения на основе органического углерода, которые разрушаются при воздействии ультрафиолетового излучения высокой интенсивности с длиной волны от 240 до 280 нм. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение может разрушить ДНК живых микроорганизмов. ^[97] Эффективность UVC напрямую зависит от интенсивности и времени воздействия.

Также было показано, что УФ-излучение снижает содержание газообразных примесей, таких как окись углерода и летучие органические соединения . ^{[98] [99] [100]} УФ-лампы, излучающие на длинах волн 184 и 254 нм, могут удалять низкие концентрации углеводородов и окиси углерода, если воздух циркулирует между комнатой и камерой лампы. Такое расположение предотвращает попадание озона в очищаемый воздух. Точно так же воздух можно обрабатывать, пропуская один УФ-источник с длиной волны 184 нм и пропуская пентаоксид железа, чтобы удалить озон, производимый УФ-лампой.

Стерилизация и дезинфекция [ править ]

Ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации рабочих мест и инструментов, используемых в биологических лабораториях и медицинских учреждениях. Имеющиеся в продаже ртутные лампы низкого давления излучают около 86% излучения на длине волны 254 нанометра (нм), при этом 265 нм представляют собой кривую максимальной бактерицидной эффективности. УФ на этих бактерицидных волнах повреждает ДНК / РНК микроорганизма, так что он не может воспроизводиться, делая его безвредным (даже если организм не может быть убит). ^[101] Поскольку микроорганизмы могут быть защищены от ультрафиолетовых лучей в небольших трещинах и других затемненных областях, эти лампы используются только в качестве дополнения к другим методам стерилизации.

Светодиоды UV-C относительно новы на коммерческом рынке и становятся все более популярными. ^{[ неудавшаяся проверка ] [102]} Благодаря своей монохроматической природе (± 5 нм) ^{[ неудачная проверка ]} эти светодиоды могут нацеливаться на определенную длину волны, необходимую для дезинфекции. Это особенно важно, зная, что патогены различаются по своей чувствительности к определенным длинам волн УФ-излучения. Светодиоды не содержат ртути, мгновенно включаются / выключаются и имеют неограниченное количество циклов в течение дня. ^[103]

Дезинфекция с использованием УФ-излучения обычно используется при очистке сточных вод и находит все более широкое применение при очистке питьевой воды в городских условиях . Многие поставщики родниковой воды используют оборудование для УФ-дезинфекции для стерилизации воды. Солнечная дезинфекция воды ^[104] была исследована для дешевой обработки загрязненной воды с использованием естественного солнечного света . УФ-излучение и повышенная температура воды убивают организмы в воде.

Ультрафиолетовое излучение используется в нескольких пищевых процессах для уничтожения нежелательных микроорганизмов . УФ можно использовать для пастеризации фруктовых соков, протекая сок над источником ультрафиолета высокой интенсивности. ^[105] Эффективность такого процесса зависит от УФ- поглощения сока.

Импульсный свет (PL) - это метод уничтожения микроорганизмов на поверхностях с использованием импульсов интенсивного широкого спектра, богатого УФ-С между 200 и 280 нм . Импульсный свет работает с ксеноновыми лампами-вспышками, которые могут производить вспышки несколько раз в секунду. Роботы для дезинфекции используют импульсное УФ-излучение. ^[106]

Биологический [ править ]

Некоторые животные, в том числе птицы, рептилии и насекомые, например пчелы, могут видеть волны, близкие к ультрафиолетовому. Многие фрукты, цветы и семена сильнее выделяются на фоне в ультрафиолетовых длинах волн по сравнению с цветовым зрением человека. Скорпионы светятся или приобретают цвет от желтого до зеленого под ультрафиолетовым освещением, таким образом помогая контролировать этих паукообразных. У многих птиц на оперении есть узоры, невидимые при обычных длинах волн, но наблюдаемые в ультрафиолете, а мочу и другие выделения некоторых животных, включая собак, кошек и людей, гораздо легче обнаружить с помощью ультрафиолета. Специалисты по борьбе с вредителями могут обнаружить следы в моче грызунов для надлежащей обработки зараженных жилищ.

Бабочки используют ультрафиолет как коммуникационную систему для распознавания пола и брачного поведения. Например, у бабочки Colias eurytheme самцы полагаются на визуальные подсказки, чтобы найти и идентифицировать самок. Вместо того, чтобы использовать химические стимулы для поиска партнеров, самцов привлекает отражающий ультрафиолет цвет задних крыльев самок. ^[107] У бабочек Pieris napi было показано, что самки в северной Финляндии с меньшим количеством ультрафиолетового излучения, присутствующего в окружающей среде, обладали более сильными ультрафиолетовыми сигналами для привлечения своих самцов, чем те, которые встречаются южнее. Это говорит о том, что с эволюционной точки зрения было сложнее повысить чувствительность глаз мужчин к УФ-излучению, чем излучать УФ-сигналы самок. ^[108]

Многие насекомые используют ультрафиолетовое излучение небесных объектов в качестве ориентира для навигации. Местный ультрафиолетовый излучатель обычно нарушает процесс навигации и в конечном итоге привлекает летающих насекомых.

Зеленый флуоресцентный белок (GFP) , часто используется в генетике в качестве маркеров. Многие вещества, такие как белки, имеют значительные полосы поглощения света в ультрафиолете, которые представляют интерес для биохимии и смежных областей. Спектрофотометры с УФ-подсветкой широко распространены в таких лабораториях.

Ультрафиолетовые ловушки, называемые жучками , используются для уничтожения различных мелких летающих насекомых. Их привлекает УФ-излучение, и они погибают от поражения электрическим током или попадают в ловушку при контакте с устройством. Различные конструкции ловушек ультрафиолетового излучения также используются энтомологами для сбора ночных насекомых во время фаунистических исследований.

Терапия [ править ]

Ультрафиолетовое излучение полезно при лечении кожных заболеваний, таких как псориаз и витилиго . Воздействие ультрафиолетового излучения А, когда кожа гиперфоточувствительна, прием псоралена является эффективным средством лечения псориаза . Благодаря потенциалу псораленов , чтобы вызвать повреждение печени , ПУВА - терапия может быть использована лишь ограниченное число раз в течение всей жизни пациента.

Фототерапия UVB не требует дополнительных лекарств или препаратов местного действия для терапевтического эффекта; нужна только выдержка. Однако фототерапия может быть эффективной при использовании в сочетании с определенными местными методами лечения, такими как антралин, каменноугольная смола и производные витаминов A и D, или системными методами лечения, такими как метотрексат и сориатан. ^[109]

Герпетология [ править ]

Рептилии нуждаются в UVB для биосинтеза витамина D и других метаболических процессов. В частности, холекальциферол (витамин D3), который необходим для основного клеточного / нервного функционирования, а также использования кальция для производства костей и яиц. Длина волны УФА также видна многим рептилиям и может играть важную роль в их способности выживать в дикой природе, а также в визуальном общении между людьми. Следовательно, в типичном вольере для рептилий для выживания многих видов, содержащихся в неволе, должен быть доступен флуоресцентный источник a / b УФ-излучения (с надлежащей силой / спектром для данного вида). Простая добавка холекальциферола(Витамина D3) будет недостаточно, так как существует полный путь биосинтеза, который является «перепутанным» (риск возможной передозировки), промежуточные молекулы и метаболиты также играют важную роль в здоровье животных. Естественный солнечный свет на правильных уровнях всегда будет лучше, чем искусственные источники, но это может оказаться невозможным для хранителей в разных частях мира.

Известная проблема заключается в том, что высокие уровни излучения УФa-части спектра могут вызывать повреждение как клеток, так и ДНК чувствительных частей их тела - особенно глаз, где слепота является результатом неправильного использования источника УФa / b и размещения фотокератита. . Для многих домовладельцев также должно быть предусмотрено наличие соответствующего источника тепла, что привело к продаже «комбинированных» продуктов тепла и света. Хранители должны быть осторожны с этими «комбинированными» генераторами света / тепла и UVa / b, они обычно излучают высокие уровни UVa с более низкими уровнями UVb, которые установлены и трудно контролировать, чтобы животные могли удовлетворить свои потребности. Лучшая стратегия - использовать индивидуальные источники этих элементов, чтобы они могли размещаться и контролироваться хранителями для максимальной пользы животных.^[110]

Эволюционное значение [ править ]

В современных моделях эволюционной теории эволюция ранних репродуктивных белков и ферментов приписывается ультрафиолетовому излучению. UVB заставляет пары оснований тимина, расположенные рядом друг с другом в генетических последовательностях, связываться вместе в димеры тимина , нарушение цепи, которое репродуктивные ферменты не могут скопировать. Это приводит к сдвигу рамки считывания во время генетической репликации и синтеза белка , обычно убивая клетку. До образования УФ-блокирующего озонового слоя, когда ранние прокариотыподошли к поверхности океана, они почти всегда вымирали. Те немногие, что выжили, разработали ферменты, которые контролировали генетический материал и удаляли димеры тимина с помощью ферментов эксцизионной репарации нуклеотидов . Многие ферменты и белки, участвующие в современном митозе и мейозе , похожи на ферменты репарации и считаются эволюционировавшими модификациями ферментов, первоначально использовавшихся для преодоления повреждений ДНК, вызванных УФ-излучением. ^[111]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Hu, S; Ma, F; Collado-Mesa, F; Кирснер, RS (июль 2004 г.). «Ультрафиолетовое излучение, широта и меланома у латиноамериканцев и афроамериканцев в США» . Arch. Дерматол . 140 (7): 819–824. DOI : 10.1001 / archderm.140.7.819 . PMID  15262692 .
• Штраус, CEM; Функ, диджей (1991). «Широко настраиваемая генерация ВУФ-излучения с использованием двухфотонных резонансов в H2 и Kr». Письма об оптике . 16 (15): 1192–4. Bibcode : 1991OptL ... 16.1192S . DOI : 10.1364 / ol.16.001192 . PMID  19776917 .
• Хокбергер, Филип Э. (2002). «История ультрафиолетовой фотобиологии человека, животных и микроорганизмов». Фотохимия и фотобиология . 76 (6): 561–569. DOI : 10.1562 / 0031-8655 (2002) 0760561AHOUPF2.0.CO2 . PMID  12511035 . S2CID  222100404 .
• Аллен, Джинни (6 сентября 2001 г.). Ультрафиолетовое излучение: как оно влияет на жизнь на Земле . Обсерватория Земли. НАСА, США.

Внешние ссылки [ править ]

• СМИ, связанные с ультрафиолетовым светом, на Викискладе?
• Словарь определения ультрафиолета в Викисловаре