Ультрафіялетавае выпраменьванне: прымяненне, дзеянне і абарона ад яго

Энергія Сонца ўяўляе сабой электрамагнітныя хвалі, якія падзяляюцца на некалькі частак спектру:

• рэнтгенаўскія прамяні - з самай кароткай даўжынёй хвалі (ніжэй 2 нм);
• даўжыня хвалі ультрафіялетавага выпраменьвання складае ад 2 да 400 нм;
• бачная частка святла, якая улоўліваецца вокам чалавека і жывёл (400-750 нм);
• цёплае акісляльнае (інфрачырвонае) выпраменьванне (звыш 750 нм).

Кожная частка знаходзіць сваё прымяненне і мае вялікае значэнне ў жыцці планеты і ўсёй яе біямасы. Мы ж разгледзім, што ўяўляюць сабой прамяні ў дыяпазоне ад 2 да 400 нм, дзе яны выкарыстоўваюцца і якую ролю гуляюць у жыцці людзей.

Гісторыя адкрыцця УФ-выпраменьвання

Першыя згадкі адносяцца яшчэ да XIII стагоддзяў у апісаннях філосафа з Індыі. Ён пісаў аб нябачным воку фіялетавым святле, які быў ім выяўлены. Аднак тэхнічных магчымасцяў таго часу відавочна не хапала, каб пацвердзіць гэта эксперыментальна і вывучыць падрабязна.

Атрымалася ж гэта пяць стагоддзяў праз фізіку з Германіі Рытэр. Менавіта ён праводзіў доследы над хларыдам серабра па распаду яго пад уздзеяннем электрамагнітнага выпраменьвання. Вучоны ўбачыў, што хутчэй гэты працэс ідзе не ў той вобласці святла, якая была да таго часу ўжо адкрыта і называлася інфрачырвонай, а ў процілеглым. Высветлілася, што гэта новая вобласць, да гэтага часу не даследаваная.

Такім чынам, у 1842 годзе было адкрыта ультрафіялетавае выпраменьванне, ўласцівасці і ўжыванне якога ў наступстве падвергліся дбайнаму разбору і вывучэнню з боку розных навукоўцаў. Вялікі ўклад у гэта ўнеслі такія людзі, як: Аляксандр Бекерэль, Варшавер, Данцыг, Македоніі Меллона, Франк, Парфёнаў, Галанин і іншыя.

агульная характарыстыка

Што ж уяўляе сабой ультрафіялетавае выпраменьванне, ужыванне якога на сённяшні дзень гэтак шырока ў розных галінах дзейнасці чалавека? Па-першае, варта пазначыць, што з'яўляецца дадзены выгляд спектру святла толькі пры вельмі высокіх тэмпературах ад 1500 да 2000 ⁰ С. Менавіта ў такім інтэрвале УФ дасягае піку актыўнасці па ўздзеянні.

Па фізічнай прыродзе гэта электрамагнітная хваля, даўжыня якой вагаецца ў даволі шырокіх межах - ад 10 (часам ад 2) да 400 нм. Увесь дыяпазон дадзенага выпраменьвання ўмоўна дзеліцца на дзве вобласці:

1. Блізкае спектр. Даходзіць да Зямлі праз атмасферу і азонавы пласт ад Сонца. Даўжыня хвалі - 380-200 нм.
2. Далёкі (вакуумны). Актыўна паглынаецца азонам, кіслародам паветра, кампанентамі атмасферы. Даследаваць атрымоўваецца толькі адмысловымі вакуумнымі прыладамі, за што і атрымаў сваю назву. Даўжыня хвалі - 200-2 нм.

Існуе свая класіфікацыя відаў, якія мае ультрафіялетавае выпраменьванне. Ўласцівасці і ўжыванне знаходзіць кожны з іх.

1. Блізкае.
2. Далёкі.
3. Экстрэмальны.
4. Сярэдні.
5. Вакуумны.
6. Даўгахвалевай чорны святло (УФ-А).
7. Караткахвалевы гермицидный (УФ-З).
8. Сярэдняхвалевым УФ-У.

Даўжыня хвалі ультрафіялетавага выпраменьвання ў кожнага віду свая, але ўсе яны знаходзяцца ў агульных ўжо пазначаных раней межах.

Цікавым з'яўляецца УФ-А, ці, так званы, чорны святло. Справа ў тым, што дадзены спектр мае даўжыню хвалі ад 400-315 нм. Гэта знаходзіцца на мяжы з бачным святлом, які чалавечае вока здольны ўлоўліваць. Таму такое выпраменьванне, праходзячы праз пэўныя прадметы або тканіны, здольна пераходзіць ў вобласць бачнага фіялетавага святла, і людзі адрозніваюць яго як чорны, цёмна-сіні або цёмна-фіялетавы адценне.

Спектры, якія даюць крыніцы ультрафіялетавага выпраменьвання, могуць быць трох тыпаў:

• лінейчастага;
• бесперапынныя;
• малекулярныя (палосныя).

Першыя характэрныя для атамаў, іёнаў, газаў. Другая група - для рекомбинационного, тармазнога выпраменьвання. Крыніцы трэцяга тыпу найчасцей сустракаюцца пры вывучэнні разрэджаных малекулярных газаў.

Крыніцы ультрафіялетавага выпраменьвання

Асноўныя крыніцы УФ-прамянёў дзеляцца на тры вялікія катэгорыі:

• натуральныя ці прыродныя;
• штучныя, створаныя чалавекам;
• лазерныя.

Першая група ўключае ў сябе адзіны від концентратора і выпраменьвальніка - Сонца. Менавіта нябеснае свяціла дае наймагутны зарад дадзенага тыпу хваляў, якія здольныя праходзіць праз азонавы пласт і дасягаць паверхні Зямлі. Аднак не ўсёй сваёй масай. Навукоўцамі вылучаецца тэорыя аб тым, што жыццё на Зямлі зарадзілася толькі тады, калі азонавы экран стаў абараняць яе ад залішняга пранікнення шкоднага ў вялікіх канцэнтрацыях УФ-выпраменьвання.

Менавіта ў гэты перыяд сталі здольныя існаваць бялковыя малекулы, нуклеінавыя кіслаты і АТФ. Да сённяшняга дня пласт азону ўступае ў цеснае ўзаемадзеянне з асноўнай масай УФ-А, УФ-У і УФ-З, абясшкоджваючы іх, і не даючы прайсці праз сябе. Таму абарона ад ультрафіялетавага выпраменьвання ўсёй планеты - выключна яго заслуга.

Ад чаго залежыць канцэнтрацыя пранікальнага на Зямлю ультрафіялету? Ёсць некалькі асноўных фактараў:

• азонавыя дзіркі;
• вышыня над узроўнем мора;
• вышыня сонцастаяння;
• атмасферны рассейванне;
• ступень адлюстравання прамянёў ад зямных прыродных паверхняў;
• стан хмарных пароў.

Дыяпазон ультрафіялетавага выпраменьвання, пранікальнага на Зямлю ад Сонца, вагаецца ў межах ад 200 да 400 нм.

Наступныя крыніцы - гэта штучныя. Да іх можна аднесці ўсе тыя прыборы, прылады, тэхнічныя сродкі, якія былі сканструяваныя чалавекам для атрымання патрэбнага спектру святла з зададзенымі параметрамі даўжыні хвалі. Гэта было зроблена з мэтай атрымліваць ультрафіялетавае выпраменьванне, прымяненне якога можа быць вельмі карысным у розных галінах дзейнасці. Да штучным крыніцах адносяцца:

1. Эритемные лямпы, якія валодаюць здольнасцю актывізаваць сінтэз вітаміна D у скуры. Гэта засцерагае ад захворванняў рахітам і лечыць яго.
2. Апараты для салярыяў, у якіх людзі атрымліваюць не толькі прыгожы натуральны загар, але і лечацца ад захворванняў, якія ўзнікаюць пры недахопе адкрытага сонечнага святла (так званая, зімовая дэпрэсія).
3. Лямпы-аттрактанты, якія дазваляюць змагацца з казуркамі ва ўмовах памяшканняў бяспечна для чалавека.
4. Ртутна-кварцавыя прылады.
5. Эксилампа.
6. Люмінесцэнтныя прылады.
7. Ксенонавыя лямпы.
8. Газаразрадныя прылады.
9. Высокатэмпературных плазма.
10. Сынхроны выпраменьванне ў паскаральніках.

Яшчэ адзін тып крыніц - лазеры. Іх праца заснаваная на генерацыі розных газаў - як інэртных, так і няма. Крыніцамі могуць быць:

• азот;
• аргон;
• неон;
• ксенон;
• арганічныя сцинтилляторы;
• крышталі.

Зусім нядаўна, каля 4 гадоў таму, быў вынайдзены лазер, які працуе на свабодных электронах. Даўжыня ультрафіялетавага выпраменьвання ў ім роўная той, якая назіраецца ва ўмовах вакууму. Лазерныя пастаўшчыкі УФ выкарыстоўваюцца ў біятэхналагічных, мікрабіялагічных даследаваннях, мас-спектраметрыі і гэтак далей.

Біялагічнае ўздзеянне на арганізмы

Дзеянне ультрафіялетавага выпраменьвання на жывых істот дваяк. З аднаго боку, пры ім недахопе могуць узнікаць захворвання. Гэта высветлілася толькі ў пачатку мінулага стагоддзя. Штучнае апрамяненне спецыяльным УФ-А ў неабходных нормах здольна:

• актывізаваць працу імунітэту;
• выклікаць адукацыю важных судзінапашыральных злучэнняў (гістамін, напрыклад);
• умацаваць скурна-мышачную сістэму;
• палепшыць працу лёгкіх, павысіць інтэнсіўнасць газаабмену;
• паўплываць на хуткасць і якасць метабалізму;
• павысіць тонус арганізма, актывізаваць выпрацоўку гармонаў;
• павялічыць пранікальнасць сценак сасудаў на скуры.

Калі УФ-А ў дастатковай колькасці трапляе ў арганізм чалавека, то ў яго не ўзнікае такіх захворванняў, як зімовая дэпрэсія або светлавое галаданне, а таксама значна зніжаецца рызыка развіцця рахіту.

Уплыў ультрафіялетавага выпраменьвання на арганізм бывае наступных тыпаў:

• бактэрыцыднае;
• супрацьзапаленчае;
• рэгенеруе;
• болесуцішальнае.

Гэтыя ўласцівасці шмат у чым тлумачаць шырокае прымяненне УФ ў медыцынскіх установах любога тыпу.

Аднак, акрамя пералічаных плюсаў, ёсць і адмоўныя бакі. Існуе шэраг захворванняў і хвароб, якія можна набыць, калі не даатрымоўвае або, наадварот, прымаць у залішняй колькасці разгляданыя хвалі.

1. Рак скуры. Гэта самае небяспечнае ўздзеянне ультрафіялетавага выпраменьвання. Меланома здольная ўтварыцца пры залішнім уплыве хваляў ад любога крыніцы - як прыроднага, так і створанага людзьмі. Гэта асабліва тычыцца аматараў загару ў салярыі. Ва ўсім неабходная мера і асцярожнасць.
2. Разбуральнае дзеянне на сятчатку вочных яблыкаў. Іншымі словамі, можа развіцца катаракта, птеригиум або апёк абалонкі. Шкоднае залішняе ўздзеянне УФ на вочы было даказана навукоўцамі ўжо даўно і пацверджана эксперыментальнымі дадзенымі. Таму пры працы з такімі крыніцамі варта выконваць правілы тэхнікі бяспекі. На вуліцы засцерагчы сябе можна пры дапамозе цёмных ачкоў. Аднак у гэтым выпадку варта асцерагацца падробак, бо калі шкла не забяспечаныя УФ-адштурхваюць фільтрамі, то разбуральнае дзеянне будзе яшчэ мацней.
3. Апёкі на скуры. У летні час іх можна зарабіць, калі доўгі час некантралюема падвяргаць сябе ўздзеяння ЎХ. Зімой жа можна атрымаць іх з-за асаблівасці снегу адлюстроўваць практычна цалкам дадзеныя хвалі. Таму апрамяненне адбываецца і з боку Сонца, і з боку снегу.
4. Старэнне. Калі людзі доўгі час знаходзяцца пад уздзеяннем УФ, то ў іх пачынаюць вельмі рана праяўляцца прыкметы старэння скуры: млявасць, маршчыны, друзласць. Гэта адбываецца ад таго, што ахоўныя бар'ерныя функцыі пакроваў слабеюць і парушаюцца.
5. Ўздзеянне з наступствамі ў часе. Заключаюцца ў праявах негатыўных уздзеянняў не ў маладым узросце, а бліжэй да старасці.

Усе гэтыя вынікі з'яўляюцца наступствамі парушэння дазіровак УФ, г.зн. яны ўзнікаюць, калі выкарыстанне ультрафіялетавага выпраменьвання праводзіцца нерацыянальна, няправільна, і без выканання мер бяспекі.

Ультрафіялетавае выпраменьванне: прымяненне

Асноўныя вобласці выкарыстання адштурхваюцца ад уласцівасцяў рэчывы. Гэта справядліва і для спектральных хвалевых выпраменьванняў. Так, галоўнымі характарыстыкамі УФ, на якіх грунтуецца яго прымяненне, з'яўляюцца:

• хімічная актыўнасць высокага ўзроўню;
• бактэрыцыднае ўздзеянне на арганізмы;
• здольнасць выклікаць свячэнне розных рэчываў рознымі адценнямі, бачнымі вокам чалавека (люмінесцэнцыя).

Гэта дазваляе шырока выкарыстоўваць ультрафіялетавае выпраменьванне. Прымяненне магчыма ў:

• спектраметрычных аналізах;
• астранамічных даследаваннях;
• медыцыне;
• стэрылізацыі;
• абеззаражанні пітной вады;
• фоталітаграфіі;
• аналітычным даследаванні мінералаў;
• УФ-фільтрах;
• для лоўлі насякомых;
• для збавення ад бактэрый і вірусаў.

Кожная з пералічаных абласцей выкарыстоўвае пэўны тып УФ са сваім спектрам і даўжынёй хвалі. У апошні час дадзены тып выпраменьвання актыўна выкарыстоўваецца ў фізічных і хімічных даследаваннях (усталяванне электроннай канфігурацыі атамаў, крышталічнай структуры малекул і розных злучэнняў, праца з іёнамі, аналіз фізічных ператварэнняў на розных касмічных аб'ектах).

Ёсць яшчэ адна асаблівасць ўздзеяння УФ на рэчывы. Некаторыя палімерныя матэрыялы здольныя раскладацца пад уздзеяннем інтэнсіўнага пастаяннага крыніцы дадзеных хваль. Напрыклад, такія, як:

• поліэтылен любога ціску;
• поліпрапілен;
• поліметылметакрылат або арганічнае шкло.

У чым выяўляецца ўздзеянне? Вырабы з пералічаных матэрыялаў губляюць афарбоўку, трэскаюцца, цьмянеюць і, у канчатковым выніку, руйнуюцца. Таму іх прынята называць адчувальнымі палімерамі. Гэтую асаблівасць дэградацыі вугляроднага ланцуга пры ўмовах сонечнай асветленасці актыўна выкарыстоўваюць у нанатэхналогіях, рентгенолитографии, транспланталогіі і іншых галінах. Робіцца гэта ў асноўным для згладжвання шурпатасцяў паверхні вырабаў.

Спектраметрыя - асноўная вобласць аналітычнай хіміі, якая спецыялізуецца на ідэнтыфікацыі злучэнняў і іх складу па здольнасці паглынаць УФ-святло вызначанай даўжыні хвалі. Атрымліваецца, што спектры ўнікальныя для кожнага рэчывы, таму можна іх класіфікаваць па выніках спектраметрыі.

Таксама прымяненне ультрафіялетавага бактэрыцыднага выпраменьвання ажыццяўляецца для прыцягнення і знішчэння насякомых. Дзеянне заснавана на здольнасці вочы казуркі ўлоўліваць нябачныя чалавеку караткахвалевыя спектры. Таму жывёлы ляцяць на крыніцу, дзе і падвяргаюцца знішчэнню.

Выкарыстанне ў салярыях - спецыяльных устаноўках вертыкальнага і гарызантальнага тыпу, у якіх чалавечае цела падвяргаецца ўздзеянню УФ-А. Робіцца гэта для актывізацыі выпрацоўкі ў скуры меланіну, які надае ёй больш цёмны колер, гладкасць. Акрамя таго, пры гэтым падсушваюць запалення і знішчаюцца шкодныя бактэрыі на паверхні пакроваў. Асаблівую ўвагу трэба надаваць абароне вачэй, адчувальных зон.

медыцынская вобласць

Прымяненне ультрафіялетавага выпраменьвання ў медыцыне заснавана таксама на яго здольнасцях знішчаць нябачныя воку жывыя арганізмы - бактэрыі і вірусы, і на асаблівасцях, якія адбываюцца ў арганізме падчас пісьменнага асвятлення штучным ці натуральным апрамяненнем.

Асноўныя паказанні да лячэння УФ можна пазначыць у некалькіх пунктах:

1. Усе віды запаленчых працэсаў, ран адкрытага тыпу, нагнаенняў і адкрытых швоў.
2. Пры траўмах тканін, костак.
3. Пры апёках, абмаражэннях і скурных захворваннях.
4. Пры рэспіраторных недугах, сухотах, бранхіяльнай астме.
5. Пры ўзнікненні і развіцці розных відаў інфекцыйных захворванняў.
6. Пры хваробах, якія суправаджаюцца моцнымі болевымі адчуваннямі, неўралгіі.
7. Захворвання горла і насавой паражніны.
8. Рахіт і трафічная язва страўніка.
9. Стаматалагічныя захворванні.
10. Рэгуляцыя ціску крывянага рэчышча, нармалізацыя працы сэрца.
11. Развіццё ракавых пухлін.
12. Атэрасклероз, хвароба нырак і некаторыя іншыя стану.

Усе гэтыя захворванні могуць мець вельмі сур'ёзныя наступствы для арганізма. Таму лячэнне і прафілактыка выкарыстаннем УФ - гэта сапраўднае медыцынскае адкрыццё, ратуе тысячы і мільёны людскіх жыццяў, якое захоўвае і вяртае ім здароўе.

Яшчэ адзін варыянт выкарыстання УФ з медыцынскай і біялагічнай пункту гледжання - гэта абеззаражанне памяшканняў, стэрылізацыя працоўных паверхняў і інструментаў. Дзеянне заснавана на здольнасці УФ прыгнятаць развіццё і рэплікацыю малекул ДНК, што прыводзіць да іх вымірання. Бактэрыі, грыбкі, найпростыя і вірусы гінуць.

Асноўнай праблемай пры выкарыстанні такога выпраменьвання для стэрылізацыі і абеззаражання памяшкання з'яўляецца вобласць асвятлення. Бо арганізмы знішчаюцца толькі пры непасрэдным уздзеянні прамых хваль. Усё, што застаецца за межамі, працягвае сваё існаванне.

Аналітычная праца з мінераламі

Здольнасць выклікаць у рэчываў люмінесцэнцыю дазваляе ўжываць УФ для аналізу якаснага складу мінералаў і каштоўных горных парод. У гэтым плане вельмі цікавымі бываюць каштоўныя, напаўкаштоўныя і вырабныя камяні. Якіх толькі адценняў яны не даюць пры апрамяненні іх катоднымі хвалямі! Вельмі цікава пра гэта пісаў Малахаў, знакаміты геолаг. У яго працы распавядаецца аб назіраннях за свячэннем каляровай палітры, якое здольныя даваць мінералы ў розных крыніцах апрамянення.

Так, напрыклад, тапаз, які ў бачным спектры мае прыгожы насычаны блакітны колер, пры апрамяненні высвечваецца ярка-зялёным, а смарагд - чырвоным. Жэмчуг наогул не можа даць нейкі вызначаны колер і пераліваецца шматколернасцю. Відовішча ў выніку атрымліваецца проста фантастычнае.

Калі ў склад доследнай пароды ўваходзяць прымешкі ўрану, то высвятленне пакажа зялёны колер. Прымешкі Меліта даюць сіні, а морганита - бэзавы або бледна-фіялетавы адценне.

Выкарыстанне ў фільтрах

Для выкарыстання ў фільтрах таксама прымяняецца ультрафіялетавае бактэрыцыднае выпраменьванне. Тыпы такіх структур могуць быць розныя:

• цвёрдыя;
• газападобныя;
• вадкія.

Асноўнае прымяненне такія прылады знаходзяць у хімічнай галіны, у прыватнасці, у храматаграфіі. З іх дапамогай можна правесці якасны аналіз складу рэчывы і ідэнтыфікаваць яго па прыналежнасці да таго ці іншага класа арганічных злучэнняў.

Апрацоўка пітной вады

Абеззаражанне ультрафіялетавым выпраменьваннем пітной вады з'яўляецца адным з самых сучасных і якасных метадаў яе ачысткі ад біялагічных прымешак. Перавагі гэтага метаду наступныя:

• надзейнасць;
• эфектыўнасць;
• адсутнасць старонніх прадуктаў у вадзе;
• бяспека;
• эканамічнасць;
• захаванне арганалептычных уласцівасцяў вады.

Менавіта таму на сённяшні дзень такая методыка абеззаражання ідзе ў нагу з традыцыйным хлараванне. Дзеянне заснавана на тых жа асаблівасцях - разбурэнне ДНК шкоднасных жывых арганізмаў у складзе вады. Выкарыстоўваюць УФ з даўжынёй хвалі каля 260 нм.

Акрамя прамога ўздзеяння на шкоднікаў, ультрафіялет выкарыстоўваецца таксама для разбурэння рэшткаў хімічных злучэнняў, якія прымяняюцца для змякчэння, ачышчэння вады: такіх, як, напрыклад, хлор або хлорамінам.

Лямпа чорнага святла

Такія прылады забяспечаныя адмысловымі выпраменьвальнікамі, здольнымі даваць хвалі вялікі доўгія, блізкай да відаць. Аднак яны ўсё роўна застаюцца неадметныя для чалавечага вока. Выкарыстоўваюцца такія лямпы ў якасці прылад, якія чытаюць таемныя знакі з УФ: напрыклад, у пашпартах, дакументах, грашовых купюрах і гэтак далей. Гэта значыць, такія пазнакі могуць быць адрозныя толькі пад дзеяннем пэўнага спектру. Такім чынам пабудаваны прынцып працы дэтэктараў валюты, прылад для праверкі натуральнасці грашовых купюр.

Рэстаўрацыя і вызначэнне сапраўднасці карціны

І ў гэтай галіне знаходзіць прымяненне УФ. Кожны мастак выкарыстаў бялілы, якія змяшчаюць у кожны эпахальны прамежак часу розныя цяжкія металы. Дзякуючы апрамяненню магчыма атрыманне так званых падмалёўцы, якія даюць інфармацыю аб сапраўднасці карціны, а таксама аб спецыфічнай тэхніцы, манеры пісьма кожнага мастака.

Акрамя таго, лакавая плёнка на паверхні вырабаў ставіцца да адчувальным палімерах. Таму яна здольная старэць пад уздзеяннем святла. Гэта дазваляе вызначаць узрост кампазіцый і шэдэўраў мастацкага свету.