ультрафиолет

УФ-излучение также производится электрическими дугами . Сварщики дуговой сварки должны носить защитные очки и покрывать 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  Фгц ) до 400 нм (750  ТГц ), короче, чем у видимого света , но длиннее, чем рентгеновские лучи . УФ-излучение присутствует в солнечном свете и составляет около 10% всего электромагнитного излучения Солнца. Он также производится электрическими дугами и специальными источниками света, такими как ртутные лампы , лампы для загара и черные огни.. Хотя длинноволновое ультрафиолетовое излучение не считается ионизирующим излучением , 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 нагревательные эффекты, и многие практические применения УФ-излучения основаны на его взаимодействии с органическими молекулами. ^{[ нужна ссылка ]}

Коротковолновый ультрафиолетовый свет повреждает ДНК и стерилизует поверхности, с которыми соприкасается. Для людей загар и солнечные ожоги являются привычными последствиями воздействия на кожу УФ-излучения, наряду с повышенным риском развития рака кожи . Количество ультрафиолетового света, излучаемого Солнцем, означает, что Земля не смогла бы поддерживать жизнь на суше, если бы большая часть этого света не отфильтровывалась атмосферой. ^[2] Более энергичное, коротковолновое «экстремальное» УФ излучение с длиной волны ниже 121 нм ионизирует воздух настолько сильно, что он поглощается еще до того, как достигает земли. ^[3] Однако ультрафиолетовое излучение (в частности, УФВ) также ответственно за образование витамина D в большинстве наземныхпозвоночные , 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 человека, хотя иногда люди могут воспринимать свет с более короткими длинами волн. ^[5] Насекомые, птицы и некоторые млекопитающие могут видеть в ближнем ультрафиолете (NUV) (т. е. в немного более коротких длинах волн, чем могут видеть люди). ^[6]

Видимость

Ультрафиолетовые лучи невидимы для большинства людей. Хрусталик глаза человека блокирует большую часть излучения в диапазоне длин волн 300–400 нм; более короткие волны блокируются роговицей . ^[7] У людей также отсутствует адаптация цветовых рецепторов к ультрафиолетовым лучам. Тем не менее, фоторецепторы сетчатки чувствительны к ближнему ультрафиолету, и люди с отсутствием хрусталика (состояние, известное как афакия ) воспринимают ближний ультрафиолет как беловато-синий или беловато-фиолетовый. ^[5] При некоторых условиях дети и молодые люди могут видеть ультрафиолетовое излучение с длиной волны около 310 нм. ^{[8] [9]} Ближнее ультрафиолетовое излучение видно насекомым, некоторым млекопитающим и некоторымптицы . У птиц есть рецептор четвертого цвета для ультрафиолетовых лучей; это, в сочетании со структурами глаз, которые пропускают больше УФ-излучения, дает более мелким птицам «настоящее» УФ-видение. ^{[10] [11]}

История и открытие

«Ультрафиолет» означает «за пределами фиолетового» (от латинского « ультра », «за пределами»), причем 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, находящиеся сразу за фиолетовым концом видимого спектра, затемняют бумагу, пропитанную хлоридом серебра, быстрее, чем сам фиолетовый свет. Он назвал их «(де-)окисляющими лучами» ( нем . de-oxidierende Strahlen ), чтобы подчеркнуть химическую реактивность 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 19 века, хотя некоторые говорили, что это излучение полностью отличается от света (в частности, Джон Уильям Дрейпер )., который назвал их «титоническими лучами» ^{[12] [13]} ). Термины «химические лучи» и «тепловые лучи» в конечном итоге были заменены ультрафиолетовым и инфракрасным излучением соответственно. ^{[14] [15]} В 1878 году был обнаружен 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 влияние ультрафиолетового излучения на ДНК. ^[16]

Открытие ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 200 нм, названного «вакуумным ультрафиолетом», поскольку оно сильно поглощается кислородом воздуха, было сделано в 1893 году немецким физиком Виктором Шуманом . ^[17]

Подтипы

Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения ( УФИ), наиболее широко определяемый как 10–400 нанометров, можно разделить на ряд диапазонов, рекомендованных стандартом ISO 21348: ^[18]

Было исследовано несколько твердотельных и вакуумных устройств для использования в различных частях УФ-спектра. Многие подходы направлены на адаптацию устройств, чувствительных к видимому свету, но они могут страдать от нежелательной реакции на видимый свет и различных нестабильностей. Ультрафиолет можно обнаружить с помощью подходящих фотодиодов и фотокатодов , которые можно настроить таким образом, чтобы они были чувствительны к различным частям УФ-спектра. Доступны чувствительные УФ -фотоумножители . Спектрометры и радиометры предназначены для измерения УФ-излучения. Кремниевые детекторы используются во всем спектре. ^[19]

Вакуумный УФ, или ВУФ, длины волн (короче 200 нм) сильно поглощаются молекулярным кислородом в воздухе, хотя более длинные волны около 150–200 нм могут распространяться через азот . Таким образом, научные приборы могут использовать этот спектральный диапазон, работая в бескислородной атмосфере (обычно в чистом азоте) без необходимости использования дорогостоящих вакуумных камер. Важные примеры включают 193-нм фотолитографическое оборудование (для производства полупроводников ) и спектрометры кругового дихроизма .

Технология приборов ВУФ на протяжении многих десятилетий в значительной степени определялась солнечной астрономией. Хотя оптику можно использовать для удаления нежелательного видимого света, который в целом загрязняет ВУФ; Детекторы могут быть ограничены их реакцией на не-ВУФ-излучение, и разработка солнцезащитных устройств была важной областью исследований. Твердотельные устройства с широким зазором или вакуумные устройства с фотокатодами с высокой отсечкой могут быть привлекательными по сравнению с кремниевыми диодами.

Экстремальное УФ (EUV или иногда XUV) характеризуется переходом в физике взаимодействия с веществом. Длины волн более 30 нм взаимодействуют в основном с внешними валентными электронами атомов, тогда как длины волн короче взаимодействуют в основном с электронами внутренней оболочки и ядрами. Длинный конец спектра EUV определяется заметной спектральной линией He ⁺ на длине волны 30,4 нм. EUV сильно поглощается большинством известных материалов, но возможен синтез многослойной оптики , отражающей до 50% EUV-излучения при нормальном падении . Эта технология была разработана NIXT и MSSTA.зондирующих ракет в 1990-х годах, и он использовался для изготовления телескопов для получения изображений Солнца. См. также спутник Extreme Ultraviolet Explorer .

В некоторых источниках используется различие между «жестким УФ» и «мягким УФ». Например, в случае астрофизики граница может находиться на пределе Лаймана (длина волны 91,2 нм), при этом «жесткий УФ» является более энергичным; ^[20] эти же термины могут использоваться и в других областях, таких как косметология , оптоэлектроника и т. д. Численные значения границы между жестким/мягким даже в пределах схожих научных областей не обязательно совпадают; например, в одной публикации по прикладной физике использовалась граница в 190 нм между жесткими и мягкими УФ-областями. ^[21]

Солнечный ультрафиолет

Очень горячие объекты испускают УФ-излучение (см. излучение черного тела ). Солнце излучает ультрафиолетовое излучение на всех длинах волн, включая крайнее ультрафиолетовое излучение, где оно пересекается с рентгеновским излучением на длине волны 10 нм. Чрезвычайно горячие звезды излучают пропорционально больше УФ-излучения, чем Солнце. Солнечный свет в космосе над земной атмосферой (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. ^[22]

Атмосфера блокирует около 77% УФ-излучения Солнца, когда Солнце находится на самом высоком небе (в зените), при этом поглощение увеличивается при более коротких длинах волн УФ-излучения. На уровне земли, когда солнце находится в зените, солнечный свет состоит из 44% видимого света, 3% ультрафиолетового и оставшейся части инфракрасного. ^{[23] [24]} Из ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, более 95% приходится на более длинные волны УФ-А, а небольшой остаток — на УФ-В. УФС почти не достигает поверхности Земли. ^[25] Доля УФВ, которая остается в УФ-излучении после прохождения через атмосферу, сильно зависит от облачного покрова и атмосферных условий. В «переменные» дни участки голубого неба, проглядывающие между облаками, также являются источниками (рассеянных) УФ-А и УФ-В лучей.точно так же, как видимый синий свет из этих частей неба. UVB также играет важную роль в развитии растений, так как влияет на большинство растительных гормонов. ^[26] Во время полной облачности степень поглощения из-за облаков сильно зависит от толщины облаков и широты, при этом нет четких измерений, связывающих конкретную толщину и поглощение УФ-В лучей. ^[27]

Более короткие полосы УФС, а также еще более мощное 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 блокировки большей части УФ-В и оставшейся части УФ-С, которая еще не блокируется обычным кислородом в воздухе.

Блокировщики, поглотители и окна

Поглотители ультрафиолета — это молекулы, используемые в органических материалах ( полимерах , красках и т. д .) для поглощения УФ-излучения и уменьшения УФ-деградации (фотоокисления) материала. Поглотители сами могут со временем деградировать, поэтому необходимо контролировать уровень поглотителей в выветренных материалах.

В солнцезащитных кремах ингредиенты, которые поглощают лучи UVA/UVB, такие как авобензон , оксибензон ^[28] и октилметоксициннамат , являются органическими химическими поглотителями или «блокаторами». Они противопоставлены неорганическим поглотителям/«блокаторам» УФ-излучения, таким как сажа , диоксид титана и оксид цинка .

Для одежды фактор защиты от ультрафиолета (UPF) представляет собой соотношение УФ-излучения, вызывающего солнечные ожоги, без защиты ткани и с защитой ткани, аналогично коэффициенту защиты от солнца (SPF) для солнцезащитного крема . ^{[ править ]} Стандартные летние ткани имеют UPF около 6, что означает, что через них проходит около 20% УФ-излучения. ^{[ нужна ссылка ]}

Подвешенные наночастицы в витражах предотвращают воздействие УФ-лучей на химические реакции, которые изменяют цвета изображения. ^{[ править ]} Планируется, что для калибровки цветных камер для миссии марсохода ЕКА в 2019 году будет использоваться набор эталонных цветных чипов из витражного стекла, поскольку они останутся не выцветшими из-за высокого уровня ультрафиолетового излучения, присутствующего на поверхности Марса. ^{[ нужна ссылка ]}

Обычное натриево-известковое стекло , такое как оконное стекло, частично прозрачно для УФ-А, но непрозрачно для более коротких длин волн, пропуская около 90% света выше 350 нм, но блокируя более 90% света ниже 300 нм. ^{[29] [30] [31]} Исследование показало, что автомобильные окна пропускают 3-4% окружающего УФ-излучения, особенно если УФ-излучение превышает 380 нм. ^[32] Другие типы автомобильных стекол могут снижать передачу УФ-излучения с длиной волны более 335 нм. ^[32] Плавленый кварц , в зависимости от качества, может быть прозрачным даже для вакуумного УФ - излучения. Кристаллический кварц и некоторые кристаллы, такие как CaF ₂и MgF ₂ хорошо пропускают волны до 150 или 160 нм. ^[33]

Стекло Вуда представляет собой темно-фиолетово-синее силикатное стекло бария и натрия 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 свете, так и в ультрафиолетовом в ночное время, поскольку он прозрачен в диапазоне длин волн от 320 до 400 нм, а также в более длинных инфракрасных и едва видимых красных длинах волн. Его максимальная УФ-проницаемость составляет 365 нм, одна из длин волн ртутных ламп .

Искусственные источники

«Черные огни»

Лампа черного света излучает длинноволновое излучение УФ-А и мало видимого света. Флуоресцентные лампы черного света работают аналогично другим люминесцентным лампам , но используют люминофор на внутренней поверхности трубки, который излучает УФ-А излучение вместо видимого света. В некоторых лампах используется темно-голубовато-фиолетовый оптический фильтр из стекла Вуда, который блокирует почти весь видимый свет с длиной волны более 400 нанометров. ^[34] Пурпурное свечение, испускаемое этими трубками, — это не сам ультрафиолет, а видимый пурпурный свет от спектральной линии ртути с длиной волны 404 нм, который не фильтруется покрытием. В других черных фонарях используется обычное стекло вместо более дорогого стекла Вуда, поэтому при работе они кажутся голубыми для глаз.

Также производятся лампы накаливания черного цвета с использованием фильтрующего покрытия на оболочке лампы накаливания, которое поглощает видимый свет ( см. Раздел ниже ). Они дешевле, но очень неэффективны, поскольку излучают лишь небольшую долю процента своей мощности в виде УФ-излучения. Ртутные черные лампы мощностью до 1 кВт с УФ-излучающим люминофором и оболочкой из стекла Вуда используются для театральных и концертных представлений.

Черные огни используются в приложениях, в которых необходимо свести к минимуму посторонний видимый свет; в основном для наблюдения флуоресценции , цветного свечения, которое испускают многие вещества при воздействии УФ-излучения. Лампы с излучением УФ-А/УФ-В также продаются для других специальных целей, таких как лампы для загара и разведение рептилий.

Коротковолновые ультрафиолетовые лампы

Коротковолновые УФ-лампы изготавливаются с использованием трубки люминесцентной лампы без люминофорного покрытия, состоящей из плавленого кварца или викора , поскольку обычное стекло поглощает УФ-С. Эти лампы излучают ультрафиолетовый свет с двумя пиками в диапазоне УФ-С при 253,7 нм и 185 нм из-за ртути внутри лампы, а также некоторое количество видимого света. От 85% до 90% УФ-излучения, создаваемого этими лампами, приходится на длину волны 253,7 нм, тогда как только 5–10% приходится на длину волны 185 нм. ^{[ нужна ссылка ]}Трубка из плавленого кварца пропускает излучение с длиной волны 253,7 нм, но блокирует длину волны 185 нм. Мощность таких ламп в два или три раза выше, чем у обычных люминесцентных ламп. Эти лампы низкого давления имеют типичный КПД примерно 30–40%, а это 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 применяются для дезинфекции поверхностей в лабораториях и на пищевых производствах, а также для дезинфекции водопроводных сетей.

Лампы накаливания

Лампы накаливания «черного света» также изготавливаются из лампы накаливания с фильтрующим покрытием, которое поглощает большую часть видимого света. Галогенные лампы с колбой из плавленого кварца используются в качестве недорогих источников УФ-излучения в ближнем УФ-диапазоне, от 400 до 300 нм, в некоторых научных приборах. Из-за своего спектра черного тела лампа накаливания является очень неэффективным источником ультрафиолетового излучения, испуская лишь долю процента своей энергии в виде УФ-излучения.

Газоразрядные лампы

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 . ^[35] Они часто являются источниками излучения в оборудовании УФ-спектроскопии для химического анализа.

Другие источники УФ-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 .

Эксимерная лампа , источник УФ - излучения, разработанный в начале 2000-х годов, находит 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

Светоизлучающие диоды (СИД) могут быть изготовлены для излучения в ультрафиолетовом диапазоне. В 2019 году, после значительных достижений за предыдущие пять лет, стали доступны светодиоды УФ-А с длиной волны 365 нм и более с эффективностью 50 % при выходной мощности 1,0 Вт. В настоящее время наиболее распространенные типы УФ-светодиодов, которые можно найти или купить, имеют длины волн 395 нм и 365 нм, оба из которых относятся к спектру УФ-А. Говоря о длине волны УФ-светодиодов, номинальная длина волны — это пиковая длина волны, излучаемая светодиодами, и присутствует свет как с более высокими, так и с более низкими частотами длин волн вблизи пиковой длины волны, что важно учитывать при поиске их применения для определенные цели.

Более дешевые и распространенные УФ-светодиоды с длиной волны 395 нм намного ближе к видимому спектру, и светодиоды не только работают на своей пиковой длине волны, но также излучают пурпурный цвет и в конечном итоге не излучают чистый УФ-свет, в отличие от других УФ-светодиодов, которые находятся глубже в спектре. ^[36] Такие светодиоды все чаще используются для таких приложений, как УФ-отверждение , зарядка светящихся в темноте предметов, таких как картины или игрушки, и они становятся очень популярными в процессе, известном как ретро-яркость, который ускоряет процесса восстановления/отбеливания старого пластика и портативных фонариков для обнаружения фальшивых денег и биологических жидкостей, и уже успешно используются в приложениях для цифровой печати и в инертных средах с УФ-отверждением. Плотность мощности приближается к 3 Вт/см ²(30 кВт/м ² ), и это, в сочетании с последними разработками разработчиков фотоинициаторов и смол, делает вероятным распространение УФ-материалов, отверждаемых светодиодами.

Светодиоды УФ-С быстро развиваются, но может потребоваться тестирование для проверки эффективности дезинфекции. Ссылки на дезинфекцию больших площадей относятся к несветодиодным источникам УФ-излучения ^[37] , известным как бактерицидные лампы . ^[38] Кроме того, они используются в качестве линейных источников для замены дейтериевых ламп в приборах для жидкостной хроматографии . ^[39]

Ультрафиолетовые лазеры

Газовые лазеры , лазерные диоды и твердотельные лазеры могут излучать ультрафиолетовые лучи, и доступны лазеры, которые охватывают весь УФ-диапазон. Лазер на азотном газе использует электронное возбуждение молекул азота для излучения луча, который в основном является УФ. Самые сильные ультрафиолетовые линии имеют длину волны 337,1 нм и 357,6 нм. Еще одним типом мощных газовых лазеров являются эксимерные лазеры . В них широко используются лазеры, излучающие в ультрафиолетовом и вакуумном ультрафиолетовом диапазонах длин волн. В настоящее время УФ -аргон-фторидные эксимерные лазеры, работающие на длине волны 193 нм, обычно используются для производства интегральных схем методом фотолитографии . Текущий ^{[временное ограничение? ]}предел длины волны генерации когерентного УФ излучения составляет около 126 нм, что характерно для эксимерного Ar₂*-лазера.

Доступны лазерные диоды прямого УФ излучения с длиной волны 375 нм. ^[40] Твердотельные лазеры с УФ-диодной накачкой были продемонстрированы с использованием кристаллов фторида лития-стронция-алюминия , легированных церием (Ce:LiSAF), процесс, разработанный в 1990-х годах в Ливерморской национальной лаборатории им . Лоуренса . ^[41] Длины волн короче 325 нм коммерчески генерируются в твердотельных лазерах с диодной накачкой . Ультрафиолетовые лазеры также могут быть созданы путем преобразования частоты в низкочастотные лазеры.

Ультрафиолетовые лазеры находят применение в промышленности ( лазерная гравировка ), медицине ( дерматология и кератэктомия ), химии ( MALDI ), защищенной беспроводной связи , вычислениях ( оптические накопители ) и производстве интегральных схем.

Перестраиваемый вакуумный ультрафиолет (ВУФ)

Вакуумный ультрафиолетовый (В-УФ) диапазон (100–200 нм) может генерироваться нелинейным 4-волновым смешением в газах путем суммирования или смешения разностных частот 2 или более длинноволновых лазеров. Генерация обычно осуществляется в газах (например, криптоне, водороде, которые имеют двухфотонный резонанс вблизи 193 нм) ^[42] или парах металлов (например, магния). Сделав один из лазеров перестраиваемым, можно настроить V-UV. Если один из лазеров резонирует с переходом в газ или пар, то производство В-УФ усиливается. Однако резонансы также создают дисперсию длин волн, и, таким образом, согласование фаз может ограничивать диапазон настройки четырехволнового смешения. Смешивание разностных частот (т. е. f ₁ + f ₂ − f ₃) в качестве преимущества по сравнению со смешением суммарных частот, поскольку фазовое согласование может обеспечить большую настройку. ^[42]

В частности, смешение разностной частоты двух фотонов эксимерного лазера Ar F (193 нм) с перестраиваемым лазером видимого или ближнего ИК диапазона на водороде или криптоне обеспечивает резонансно усиленное перестраиваемое V-UV покрытие от 100 нм до 200 нм. ^[42] На практике отсутствие подходящих материалов для окон газовых/паровых ячеек выше длины волны отсечки фторида лития ограничивает диапазон настройки более чем примерно 110 нм. Настраиваемые длины волн V-UV вплоть до 75 нм были достигнуты с использованием конфигураций без окон. ^[43]

Плазменные и синхротронные источники экстремального УФ

Лазеры использовались для косвенного генерирования некогерентного экстремального УФ (E-UV) излучения с длиной волны 13,5 нм для экстремальной ультрафиолетовой литографии . Электронное ультрафиолетовое излучение испускается не лазером, а электронными переходами в чрезвычайно горячей оловянной или ксеноновой плазме, возбуждаемой эксимерным лазером. ^[44] Этот метод не требует синхротрона, но может производить УФ-излучение на краю рентгеновского спектра. Источники синхротронного света также могут генерировать УФ-излучение всех длин волн, в том числе на границе УФ- и рентгеновского спектров при 10 нм.

Воздействие на здоровье человека

Воздействие ультрафиолетового излучения на здоровье человека влияет на риски и преимущества пребывания на солнце, а также влияет на такие проблемы, как флуоресцентные лампы и здоровье . Слишком много пребывания на солнце может быть вредным, но в умеренных количествах пребывание на солнце полезно. ^[45]

Благоприятные эффекты

Ультрафиолетовый свет (в частности, УФ-В) заставляет организм вырабатывать витамин D , который необходим для жизни. Людям необходимо некоторое количество УФ-излучения для поддержания адекватного уровня витамина D. По данным Всемирной организации здравоохранения: ^[46]

Несомненно, немного солнечного света полезно! Но 5–15 минут случайного пребывания на солнце рук, лица и рук два-три раза в неделю в летние месяцы достаточно, чтобы поддерживать высокий уровень витамина D.

Витамин D также можно получить из пищи и пищевых добавок. ^[47] Однако чрезмерное пребывание на солнце оказывает вредное воздействие. ^[46]

Витамин D способствует выработке серотонина . Производство серотонина находится в прямой зависимости от степени яркого солнечного света, получаемого организмом. ^[48] ​​Считается, что серотонин обеспечивает человеку ощущение счастья, благополучия и безмятежности. ^[49]

Состояние кожи

Ультрафиолетовые лучи также лечат определенные кожные заболевания. Современная фототерапия успешно используется для лечения псориаза , экземы , желтухи , витилиго , атопического дерматита и локализованной склеродермии . ^{[50] [51]} Кроме того, было показано, что УФ-излучение, в частности УФ-В-излучение, вызывает остановку клеточного цикла в кератиноцитах , наиболее распространенном типе клеток кожи. ^[52] 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.^[53]

Вредное воздействие

У людей чрезмерное воздействие УФ-излучения может привести к острым и хроническим вредным воздействиям на диоптрийную систему глаза и сетчатку . Риск возрастает на больших высотах , и люди, живущие в высоких широтах , где снег покрывает землю вплоть до начала лета, а положение солнца даже в зените низкое, особенно подвержены риску. ^[54] Кожа, циркадная система и иммунная система также могут быть затронуты. ^[55]

Дифференциальное воздействие различных длин волн света на роговицу и кожу человека иногда называют «спектром эритемного действия». ^[56] Спектр действия показывает, что УФ-А не вызывает немедленной реакции, а, скорее, УФ-излучение начинает вызывать фотокератит и покраснение кожи (люди со светлой кожей более чувствительны) на длинах волн, начинающихся вблизи начала полосы УФ-В на 315 нм, и быстро увеличивается до 300 нм. Кожа и глаза наиболее чувствительны к повреждению УФ-излучением с длиной волны 265–275 нм, что находится в нижнем диапазоне УФ-С. При еще более коротких длинах волн УФ повреждения продолжают происходить, но явные эффекты не так значительны при столь малом проникновении в атмосферу. Стандартный ультрафиолетовый индекс ВОЗэто широко разрекламированное измерение общей силы длин волн УФ-излучения, вызывающих солнечные ожоги на коже человека, путем взвешивания воздействия УФ-излучения на эффекты спектра действия в данное время и в заданном месте. Этот стандарт показывает, что большинство солнечных ожогов происходит из-за УФ-излучения с длинами волн, близкими к границе полос УФ-А и УФ-В.

Повреждение кожи

Чрезмерное воздействие УФ-В-излучения может вызвать не только солнечные ожоги , но и некоторые формы рака кожи . Однако степень покраснения и раздражения глаз (которые в основном не вызваны УФ-А) не позволяют предсказать долгосрочное воздействие УФ, хотя и отражают прямое повреждение ДНК ультрафиолетом. ^[57]

Все диапазоны УФ-излучения повреждают коллагеновые волокна и ускоряют старение кожи. И УФ-А, и УФ-В разрушают витамин А в коже, что может привести к дальнейшему повреждению. ^[58]

UVB-излучение может вызвать прямое повреждение ДНК. ^[59] Эта связь с раком 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 УФ-А излучения. Это видно по отсутствию прямой мутации УФ-сигнатуры в 92% всех меланом. ^[60] Случайное чрезмерное воздействие и солнечные ожоги, вероятно, являются более значительными факторами риска развития меланомы, чем длительное умеренное воздействие. ^[61] УФ-С — это самый высокоэнергетический и наиболее опасный тип ультрафиолетового излучения, вызывающий неблагоприятные эффекты, которые могут быть мутагенными или канцерогенными. ^[62]

В прошлом УФ-А считалось неопасным или менее вредным, чем УФ-В, но сегодня известно, что оно способствует развитию рака кожи через косвенное повреждение ДНК (свободные радикалы, такие как активные формы кислорода). ^{[ править ]} УФ-А может генерировать высокореактивные промежуточные химические соединения, такие как гидроксильные и кислородные радикалы, которые, в свою очередь, могут повредить ДНК. Повреждение ДНК, вызванное косвенным воздействием УФ-А на кожу, состоит в основном из одноцепочечных разрывов ДНК, в то время как повреждение, вызванное УФ-В, включает прямое образование димеров тимина или димеров цитозина и двухцепочечного разрыва ДНК. ^[63]УФ-А оказывает иммунодепрессивное действие на весь организм (обусловливая большую часть иммунодепрессивных эффектов воздействия солнечного света) и оказывает мутагенное действие на кератиноциты базальных клеток кожи. ^[64]

Фотоны UVB могут вызвать прямое повреждение ДНК. УФ-В излучение возбуждает молекулы ДНК в клетках кожи, вызывая образование аберрантных ковалентных связей между соседними пиримидиновыми основаниями, образуя димер . Большинство УФ-индуцированных пиримидиновых димеров в ДНК удаляются в процессе, известном как эксцизионная репарация нуклеотидов , в котором задействовано около 30 различных белков. ^[59] Те пиримидиновые димеры, которые избегают этого процесса репарации, могут индуцировать форму запрограммированной гибели клеток ( апоптоз ) или могут вызывать ошибки репликации ДНК, приводящие к мутациям .

В качестве защиты от УФ-излучения количество коричневого пигмента меланина в коже увеличивается при воздействии умеренных (в зависимости от типа кожи ) уровней радиации; это широко известно как солнечный загар . Назначение меланина — поглощать УФ-излучение и рассеивать энергию в виде безвредного тепла, защищая кожу как от прямого , так и от косвенного повреждения ДНК от УФ-излучения. УФ-А дает быстрый загар, который держится в течение нескольких дней, окисляя уже присутствующий меланин и вызывая высвобождение меланина из меланоцитов. УФ-В дает загар, который проявляется примерно через 2 дня, потому что он стимулирует организм вырабатывать больше меланина.

Дебаты о безопасности солнцезащитных кремов

Медицинские организации рекомендуют пациентам защищать себя от УФ-излучения с помощью солнцезащитных средств . Было показано, что пять солнцезащитных ингредиентов защищают мышей от опухолей кожи. Однако некоторые солнцезащитные химические вещества производят потенциально вредные вещества, если они освещаются при контакте с живыми клетками. ^{[65] [66]} Количество солнцезащитного крема, проникающего в нижние слои кожи, может быть достаточно большим, чтобы вызвать повреждение. ^[67]

Солнцезащитный крем уменьшает прямое повреждение ДНК, которое вызывает солнечные ожоги, блокируя УФ-В, а обычный рейтинг SPF показывает, насколько эффективно блокируется это излучение. Поэтому SPF также называют UVB-PF, что означает «фактор защиты от УФ-В». ^[68] Этот рейтинг, однако, не дает данных о важной защите от УФ-А, ^[69] который в первую очередь не вызывает солнечных ожогов, но все же вреден, поскольку вызывает косвенное повреждение ДНК и также считается канцерогенным. Несколько исследований показывают, что отсутствие фильтров УФ-А может быть причиной более высокой заболеваемости меланомой у тех, кто пользуется солнцезащитным кремом, по сравнению с теми, кто не пользуется им. ^{[70] [71] [72] [73] [74]} Некоторые солнцезащитные лосьоны содержат диоксид титана., оксид цинка и авобензон , защищающие от УФ-А лучей.

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 солнцезащитные ингредиенты проникают в нижние слои кожи, количество активных форм кислорода может увеличиваться. ^{[75] [65] [66] [76]} Количество солнцезащитного крема, проникающего через роговой слой , может быть или не быть достаточно большим, чтобы вызвать повреждение.

В эксперименте Hanson et al . который был опубликован в 2006 году, количество вредных активных форм кислорода (АФК) измерялось в необработанной и обработанной солнцезащитным кремом коже. В первые 20 минут пленка солнцезащитного крема оказывала защитное действие, а количество видов АФК было меньше. Однако через 60 минут количество абсорбированного солнцезащитного крема было настолько велико, что количество АФК было выше в коже, обработанной солнцезащитным кремом, чем в необработанной коже. ^[75] Исследование показывает, что солнцезащитный крем необходимо повторно наносить в течение 2 часов, чтобы предотвратить проникновение УФ-излучения к живым клеткам кожи, насыщенным солнцезащитным кремом. ^[75]

Обострение некоторых кожных заболеваний

Ультрафиолетовое излучение может усугубить некоторые состояния и заболевания кожи, в том числе ^[77] системную красную волчанку , синдром Шегрена, синдром Синеара -Ушера , розацеа , дерматомиозит , болезнь Дарье, синдром Киндлера -Вири и порокератоз . ^[78]

Повреждение глаз

Глаз наиболее чувствителен к повреждению УФ-излучением в нижнем диапазоне УФ-С при 265–275 нм. Излучение этой длины волны почти отсутствует в солнечном свете, но присутствует в сварочных дуговых лампах и других искусственных источниках. Их воздействие может вызвать «вспышку сварщика» или «дуговой глаз» ( 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 повреждаться роговица , хрусталик и сетчатка . ^[79]

Защитные очки полезны тем, кто подвергается воздействию ультрафиолетового излучения. Поскольку свет может достигать глаз сбоку, обычно требуется полная защита глаз, если существует повышенный риск воздействия, например, при высотном альпинизме. Альпинисты подвергаются более высокому, чем обычно, уровню УФ-излучения как из-за меньшей атмосферной фильтрации, так и из-за отражения от снега и льда. ^{[80] [81]} Обычные необработанные очки обеспечивают некоторую защиту. Большинство пластиковых линз обеспечивают большую защиту, чем стеклянные, потому что, как отмечалось выше, стекло прозрачно для УФ-А, а обычный акриловый пластик, используемый для линз, менее прозрачен. Некоторые пластиковые линзы, такие как поликарбонат , по своей природе блокируют большую часть УФ-излучения.^[82]

Разложение полимеров, пигментов и красителей

УФ-разложение — это одна из форм разложения полимеров , которая влияет на пластмассы, подвергающиеся воздействию солнечного света . Проблема проявляется в обесцвечивании или выцветании, растрескивании, потере прочности или распаде. Последствия атаки усиливаются с увеличением времени воздействия и интенсивности солнечного света. Добавление УФ-поглотителей подавляет эффект.

Чувствительные полимеры включают термопласты и специальные волокна, такие как арамиды . Поглощение УФ-излучения приводит к деградации цепи и потере прочности в чувствительных точках ее структуры. Арамидный канат должен быть защищен оболочкой из термопласта, если он должен сохранить свою прочность.

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 ультрафиолетовое излучение, но ценные артефакты нуждаются в дополнительной защите. Например, многие музеи накрывают черными занавесками акварельные картины и старинные ткани. Так как акварель может иметь очень низкий уровень пигмента, она нуждается в дополнительной защите от ультрафиолета. Различные формы стекла для обрамления картин , в том числе акриловые (оргстекло), ламинаты и покрытия, обеспечивают разную степень защиты от ультрафиолетового (и видимого) света.

Приложения

Из-за своей способности вызывать химические реакции и возбуждать флуоресценцию материалов ультрафиолетовое излучение имеет ряд применений. В следующей таблице ^[83] приведены некоторые варианты использования определенных диапазонов длин волн в УФ-спектре.

• 13,5 нм : экстремальная ультрафиолетовая литография
• 30–200 нм : фотоионизация , ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия , изготовление стандартных интегральных схем методом фотолитографии .
• 230–365 нм : УФ-идентификация, отслеживание этикеток, штрих -коды
• 230–400 нм : оптические датчики , различные приборы
• 240–280 нм : Дезинфекция , обеззараживание поверхностей и воды ( пик поглощения ДНК приходится на 260 нм), бактерицидные лампы ^[38]
• 200–400 нм : судебная экспертиза , обнаружение наркотиков
• 270–360 нм : анализ белков , секвенирование ДНК , открытие лекарств .
• 280–400 нм : медицинская визуализация клеток .
• 300–320 нм : светотерапия в медицине .
• 300–365 нм : отверждение полимеров и чернил для принтеров .
• 350–370 нм : отпугиватели насекомых (мух больше всего привлекает свет с длиной волны 365 нм) ^[84]

Фотография

Фотопленка реагирует на ультрафиолетовое излучение, но стеклянные линзы фотоаппаратов обычно блокируют излучение короче 350 нм. Слегка желтые фильтры, блокирующие УФ-излучение, часто используются при съемке на открытом воздухе, чтобы предотвратить нежелательное посинение и пересвет от УФ-лучей. Для фотосъемки в ближнем УФ можно использовать специальные фильтры. Для съемки с длинами волн короче 350 нм требуются специальные кварцевые линзы, не поглощающие излучение. Датчики цифровых камер могут иметь внутренние фильтры, которые блокируют УФ-излучение для повышения точности цветопередачи. Иногда эти внутренние фильтры могут быть удалены или могут отсутствовать, а внешний фильтр видимого света подготавливает камеру к фотосъемке в ближнем ультрафиолете. Несколько камер предназначены для использования в УФ.

Фотография отраженным ультрафиолетовым излучением полезна для медицинских, научных и судебно-медицинских исследований, в таких широко распространенных приложениях, как обнаружение синяков на коже, подделка документов или реставрационные работы на картинах. Фотография флуоресценции, вызванной ультрафиолетовым освещением, использует видимые длины волн света.

В ультрафиолетовой астрономии измерения используются для определения химического состава межзвездной среды, 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

Коронный разряд на электрооборудовании можно обнаружить по его ультрафиолетовому излучению. Корона вызывает разрушение электрической изоляции и выделение озона и оксидов азота . ^[85]

EPROM (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) стирается под воздействием УФ-излучения. Эти модули имеют прозрачное ( кварцевое ) окно в верхней части чипа, которое пропускает УФ-излучение.

Использование флуоресцентного красителя

Бесцветные флуоресцентные красители, излучающие синий свет в ультрафиолетовом диапазоне, добавляют в качестве оптических отбеливателей в бумагу и ткани. Синий свет, излучаемый этими агентами, нейтрализует желтые оттенки, которые могут присутствовать, и заставляет цвета и белые цвета 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 в ультрафиолетовом диапазоне, используются в ряде художественных и эстетических приложений.

Парки развлечений часто используют ультрафиолетовое освещение для флуоресцентного освещения аттракционов и фонов. Это часто имеет побочный эффект, заключающийся в том, что белая одежда всадника светится светло-фиолетовым.

Чтобы предотвратить подделку денежных знаков или подделку важных документов, таких как водительские права и паспорта , бумага может содержать водяной знак УФ-излучения или флуоресцентные многоцветные волокна, видимые в ультрафиолетовом свете. Почтовые марки помечаются люминофором, который светится в ультрафиолетовых лучах, что позволяет автоматически определять марку и лицевую сторону письма.

УФ-флуоресцентные красители используются во многих приложениях (например, в биохимии и криминалистике ). Некоторые марки перцового аэрозоля оставляют невидимое химическое вещество (УФ-краситель), которое нелегко смыть с нападавшего, что позже поможет полиции идентифицировать нападавшего.

В некоторых видах неразрушающего контроля УФ-излучение стимулирует флуоресцентные красители для выделения дефектов в широком диапазоне материалов. Эти красители могут быть перенесены в поверхностные дефекты за счет капиллярного действия ( капиллярная дефектоскопия ) или они могут быть связаны с ферритовыми частицами, захваченными магнитными полями рассеяния в черных материалах ( магнитопорошковая дефектоскопия ).

Аналитическое использование

Судебная экспертиза

Ультрафиолетовые лучи — это средство расследования на месте преступления, помогающее обнаруживать и идентифицировать телесные жидкости, такие как сперма, кровь и слюна. ^[86] Например, эякулированные жидкости или слюна могут быть обнаружены с помощью мощных УФ-источников, независимо от структуры или цвета поверхности, на которой жидкость откладывается. ^[87] УФ-видимая микроспектроскопия 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, специально не маркированные красителями, чувствительными к УФ-излучению, могут иметь отчетливую флуоресценцию при воздействии УФ-излучения или могут по-разному флуоресцировать в коротковолновом и длинноволновом ультрафиолетовых лучах.

Повышение контраста чернил

Используя мультиспектральную визуализацию, можно читать неразборчивые папирусы , такие как сожженные папирусы Виллы Папирусов или Оксиринха , или палимпсест Архимеда . Этот метод включает в себя фотографирование неразборчивого документа с использованием различных фильтров в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне, точно настроенных на улавливание определенных длин волн света. Таким образом, можно найти оптимальный спектральный участок для различения чернил и бумаги на поверхности папируса.

Простые источники NUV можно использовать для выделения выцветших чернил на основе железа на пергаменте . ^[88]

Санитарное соответствие

Ультрафиолетовый свет помогает обнаруживать отложения органических материалов, которые остаются на поверхностях, где периодическая очистка и дезинфекция могли оказаться неудачными. Он используется в гостиничном бизнесе, производстве и других отраслях, где проверяются уровни чистоты или загрязнения . ^{[89] [90] [91] [92]}

Постоянные выпуски новостей для многих телевизионных новостных организаций включают репортера-расследователя, использующего аналогичное устройство для выявления антисанитарных условий в отелях, общественных туалетах, поручнях и т. Д. ^{[93] [94]}

Химия

УФ/видимая спектроскопия широко используется в качестве метода в химии для анализа химической структуры , наиболее заметным из которых является сопряжение систем . 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 . В химии окружающей среды УФ-излучение также можно использовать для обнаружения загрязняющих веществ, вызывающих опасения , в пробах воды. ^[95]

В приложениях по борьбе с загрязнением ультрафиолетовые анализаторы используются для обнаружения выбросов оксидов азота, соединений серы, ртути и аммиака, например, в дымовых газах электростанций, работающих на ископаемом топливе. ^[96] Ультрафиолетовое излучение может обнаруживать тонкий блеск разлитой нефти на воде либо по высокой отражательной способности нефтяных пленок в УФ-диапазоне, либо по флуоресценции соединений в нефти, либо по поглощению УФ-излучения, создаваемого комбинационным рассеянием в воде. ^[97]

Ультрафиолетовые лампы также используются при анализе некоторых минералов и драгоценных камней .

Материаловедение использует

Обнаружение пожара

Как правило, в ультрафиолетовых детекторах 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 светом и искусственным светом . Горящее водородное пламя, например, сильно излучает в диапазоне длин волн от 185 до 260 нанометров и очень слабо в ИК -диапазоне , тогда как угольное пламя излучает очень слабо в УФ-диапазоне, но очень сильно в ИК-диапазоне; таким образом, пожарный извещатель, который работает с использованием как УФ-, так и ИК-детекторов, более надежен, чем детектор с одним УФ-детектором. Практически все пожары испускают некоторое количество радиации.в диапазоне UVC, тогда как излучение Солнца в этом диапазоне поглощается атмосферой Земли . В результате УФ-детектор является «солнечным слепым», то есть он не будет вызывать тревогу в ответ на солнечное излучение, поэтому его можно легко использовать как в помещении, так и на улице.

УФ-детекторы чувствительны к большинству возгораний, включая углеводороды , металлы, серу , водород , гидразин и аммиак . Дуговая сварка , электрические дуги, молния , рентгеновские лучи , используемые в оборудовании для неразрушающего контроля металлов (хотя это крайне маловероятно), и радиоактивные материалы могут создавать уровни, при которых активируется система обнаружения УФ-излучения. Присутствие газов и паров, поглощающих УФ-излучение, ослабляет УФ-излучение от огня, отрицательно влияя на способность детектора обнаруживать пламя. Точно так же присутствие масляного тумана в воздухе или масляной пленки на окне детектора будет иметь тот же эффект.

Фотолитография

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

Фотолитография используется в производстве полупроводников , компонентов интегральных схем ^[98] 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

Электронные компоненты, которым требуется прозрачная прозрачность для входа или выхода света (фотоэлектрические панели и датчики), могут быть залиты акриловыми смолами, которые отверждаются с помощью УФ-излучения. Преимуществами являются низкие выбросы летучих органических соединений и быстрое отверждение.

В состав некоторых красок, покрытий и клеев входят фотоинициаторы и смолы. Под воздействием УФ-излучения происходит полимеризация , поэтому клей затвердевает или отверждается обычно в течение нескольких секунд. Применения включают склеивание стекла и пластика, покрытия оптического волокна , 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 лампы-вспышки. Для быстрых процессов, таких как флексографская или офсетная печать, требуется свет высокой интенсивности, фокусируемый через отражатели на движущуюся подложку и среду, поэтому используются лампы высокого давления на основе Hg (ртути) или Fe (железо, легированное), питаемые электрической дугой или микроволнами. Люминесцентные лампы и светодиоды меньшей мощности можно использовать для статического освещения. Небольшие лампы высокого давления могут фокусировать свет и передавать его 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 можно сгладить вакуумным ультрафиолетом. ^[99]

УФ-излучение полезно при получении полимеров с низкой поверхностной энергией для клеев. Полимеры, подвергающиеся воздействию УФ-излучения, окисляются, что увеличивает поверхностную энергию полимера. Как только поверхностная энергия полимера повышается, связь между клеем и полимером становится прочнее.

Использование, связанное с биологией

Очистка воздуха

Используя каталитическую химическую реакцию диоксида титана и воздействия УФ-излучения, окисление органических веществ преобразует патогены , пыльцу и споры плесени . в безвредные инертные побочные продукты. Однако реакция диоксида титана и УФС 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 УФ-излучения требует очень специфических параметров для успешного результата. Очищающий механизм УФ-излучения представляет собой фотохимический процесс. Загрязняющие вещества в помещении представляют собой почти полностью органические соединения на основе углерода, которые разрушаются под воздействием УФ-излучения высокой интенсивности с длиной волны от 240 до 280 нм. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение может разрушать ДНК живых микроорганизмов. ^[100] Эффективность УФС напрямую связана с интенсивностью и временем воздействия.

Было также показано, что УФ-излучение снижает содержание газообразных загрязнителей, таких как окись углерода и летучие органические соединения . ^{[101] [102] [103]} УФ-лампы с длиной волны 184 и 254 нм могут удалять низкие концентрации углеводородов и угарного газа , если воздух рециркулируется между помещением и камерой лампы. Такое расположение предотвращает попадание озона в обрабатываемый воздух. Точно так же воздух можно обрабатывать, пропуская через один источник УФ-излучения, работающего на длине волны 184 нм, и пропуская его через пентаоксид железа для удаления озона, образующегося в результате воздействия УФ-лампы.

Стерилизация и дезинфекция

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% своего излучения на длине волны 254 нанометра (нм), при этом кривая пиковой бактерицидной эффективности приходится на 265 нм. УФ-излучение на этих бактерицидных длинах волн повреждает ДНК/РНК микроорганизма, так что он не может размножаться, что делает его безвредным (даже если организм не погибает). ^[104] Поскольку микроорганизмы могут быть защищены от ультрафиолетовых лучей в небольших трещинах и других затененных местах, эти лампы используются только в качестве дополнения к другим методам стерилизации.

Светодиоды UV-C появились на коммерческом рынке относительно недавно и набирают все большую популярность. ^{[ неудачная проверка ] [105]} Из-за своей монохроматической природы (±5 нм) ^{[ неудачная проверка ]} эти светодиоды могут нацеливаться на определенную длину волны, необходимую для дезинфекции. Это особенно важно, учитывая, 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. ^[106]

Дезинфекция с использованием УФ-излучения обычно используется при очистке сточных вод и находит все более широкое применение при очистке муниципальной питьевой воды . Многие производители родниковой воды используют оборудование для обеззараживания ультрафиолетом для стерилизации воды. Солнечная дезинфекция воды ^[107] была исследована для дешевой обработки загрязненной воды с использованием естественного солнечного света . Облучение УФ-А и повышенная температура воды убивают организмы в воде.

Ультрафиолетовое излучение используется в некоторых пищевых процессах для уничтожения нежелательных микроорганизмов . УФ можно использовать для пастеризации фруктовых соков, пропуская сок через источник ультрафиолетового излучения высокой интенсивности. ^[108] Эффективность такого процесса зависит от УФ- поглощения сока.

Импульсный свет (PL) — это метод уничтожения микроорганизмов на поверхностях с использованием импульсов интенсивного широкого спектра, насыщенного УФ-С от 200 до 280 нм . Импульсный свет работает с ксеноновыми лампами-вспышками , которые могут производить вспышки несколько раз в секунду. Роботы для дезинфекции используют импульсный УФ. ^[109]

биологический

Некоторые животные, в том числе птицы, рептилии и насекомые, такие как пчелы, могут видеть в ближнем ультрафиолетовом диапазоне. Многие фрукты, цветы и семена сильнее выделяются на фоне в ультрафиолетовом диапазоне длин волн по сравнению с цветовым зрением человека. Скорпионы светятся или приобретают цвет от желтого до зеленого при ультрафиолетовом освещении, что помогает контролировать этих паукообразных. У многих птиц есть узоры на оперении, которые невидимы в обычном диапазоне длин волн, но заметны в ультрафиолете, а моча и другие выделения некоторых животных, включая собак, кошек и людей, гораздо легче обнаружить в ультрафиолете. Следы мочи грызунов могут быть обнаружены специалистами по борьбе с вредителями для надлежащей обработки зараженных жилищ.

Бабочки используют ультрафиолет как систему связи для распознавания пола и брачного поведения. Например, у бабочки Colias eurytheme самцы полагаются на визуальные сигналы, чтобы найти и идентифицировать самок. Вместо того, чтобы использовать химические стимулы для поиска партнеров, самцов привлекает отражающий ультрафиолет цвет задних крыльев самок. ^[110] У бабочек Pieris napi было показано, что самки в северной Финляндии с меньшим количеством УФ-излучения в окружающей среде обладали более сильными УФ-сигналами для привлечения своих самцов, чем те, которые встречаются южнее. Это говорит о том, что повысить чувствительность глаз самцов к УФ-излучению было эволюционно сложнее, чем усилить УФ-сигналы, излучаемые самками. ^[111]

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

Зеленый флуоресцентный белок ( GFP) часто используется в генетике в качестве маркера. Многие вещества, такие как белки, имеют значительные полосы поглощения света в ультрафиолетовом диапазоне, которые представляют интерес для биохимии и смежных областей. В таких лабораториях широко распространены спектрофотометры с УФ-излучением.

Ультрафиолетовые ловушки, называемые ловушками для насекомых , используются для уничтожения различных мелких летающих насекомых. Их притягивает УФ-излучение, и они погибают от удара электрическим током или оказываются в ловушке при контакте с устройством. Различные конструкции ловушек ультрафиолетового излучения используются энтомологами и для сбора ночных насекомых при фаунистических исследованиях.

Терапия

Ультрафиолетовое излучение полезно при лечении кожных заболеваний , таких как псориаз и витилиго . Воздействие УФ-А, в то время как кожа гиперсветочувствительна, при приеме псораленов является эффективным средством лечения псориаза . Из-за способности псораленов вызывать повреждение печени ПУВА - терапия может использоваться только ограниченное количество раз в течение жизни пациента.

Фототерапия UVB не требует дополнительных лекарств или препаратов для местного применения для терапевтического эффекта; нужна только экспозиция. Однако фототерапия может быть эффективной при использовании в сочетании с некоторыми местными методами лечения, такими как антралин, каменноугольная смола и производные витаминов А и D, или системными методами лечения, такими как метотрексат и сориатан. ^[112]

Герпетология

Рептилии нуждаются в УФВ для биосинтеза витамина D и других метаболических процессов. ^{[ править ]} В частности , холекальциферол (витамин D3), который необходим для основного клеточного / нервного функционирования, а также для использования кальция для производства костей и яиц. ^{[ править ]} Длина волны UVA также видна многим рептилиям и может играть важную роль в их способности выживать в дикой природе, а также в визуальном общении между людьми. ^{[ править ]} Таким образом, в типичном вольере для рептилий должен быть доступен флуоресцентный источник УФ a/b (с соответствующей интенсивностью / спектром для вида) для многих ^{[который? ]}виды в неволе, чтобы выжить. ^{[ править ]}Простогоприема холекальциферола(витамина D3) будет недостаточно, так как существует полный путь биосинтеза^{[ какой? ]}то есть «перепрыгнуть» (риски возможных передозировок), промежуточные молекулы и метаболиты^{[ которые? ]}также играют важную роль в здоровье животных. ^{[ править ]}Естественный солнечный свет в правильных количествах всегда будет лучше, чем искусственные источники, но это может быть невозможно для хранителей в разных частях мира. ^{[ нужна ссылка ]}

Известна проблема, заключающаяся в том, что высокие уровни излучения части спектра УФ-излучения типа А могут вызывать повреждение клеток и ДНК чувствительных частей тела, особенно глаз, слепота которых является результатом неправильного использования и размещения источника УФ-излучения типа «Ва» и фотокератита. . ^{[ нужна цитата ]} Для многих хранителей также должен быть предусмотрен адекватный источник тепла, что привело к маркетингу «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 устанавливаются и трудно контролируются, чтобы животные могли удовлетворять свои потребности. ^{[цитата необходима ]} Лучшая стратегия заключается в использовании отдельных источников этих элементов, чтобы они могли размещаться и контролироваться хранителями для максимальной выгоды животных. ^[113]

Эволюционное значение

Эволюция ранних репродуктивных белков и ферментов в современных моделях эволюционной теории приписывается ультрафиолетовому излучению. UVB заставляет пары оснований тимина , расположенные рядом друг с другом в генетических последовательностях, связываться вместе в димеры тимина , разрыв в цепи, который репродуктивные ферменты не могут скопировать. Это приводит к сдвигу рамки во время генетической репликации и синтеза белка , что обычно приводит к гибели клетки. До образования озонового слоя, блокирующего УФ-излучение, когда ранние прокариотыприближались к поверхности океана, они почти всегда вымирали. Те немногие, кто выжил, разработали ферменты, которые отслеживали генетический материал и удаляли димеры тимина с помощью ферментов эксцизионной репарации нуклеотидов . Многие ферменты и белки, участвующие в современном митозе и мейозе , подобны ферментам репарации и, как полагают, являются эволюционными модификациями ферментов, первоначально использовавшихся для преодоления повреждений ДНК, вызванных УФ-излучением. ^[114]

Фотобиология

Фотобиология - это научное исследование полезных и вредных взаимодействий неионизирующего излучения в живых организмах, условно разграниченных около 10 эВ, первой энергии ионизации кислорода. Энергия УФ колеблется примерно от 3 до 30 эВ. Следовательно, фотобиология имеет дело с некоторыми, но не со всеми частями УФ-спектра.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

• Ху, С; Ма, Ж; Кольядо-Меса, F; Кирснер, RS (июль 2004 г.). «Ультрафиолетовое излучение, широта и меланома у латиноамериканцев и чернокожих в США» . Арка Дерматол . 140 (7): 819–824. doi : 10.1001/archderm.140.7.819 . PMID  15262692 .
• Штраус, CEM; Фанк, ди-джей (1991). «Широко перестраиваемая генерация разностной частоты ВУФ с использованием двухфотонных резонансов в H2 и Kr». Буквы оптики . 16 (15): 1192–1194. Бибкод : 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 . Земная обсерватория. НАСА, США.

внешние ссылки

• СМИ, связанные с ультрафиолетовым светом , на Викискладе?
• Словарное определение ультрафиолета в Викисловаре