15 февраля 2012 в 01:30

Пациент с искусственным хрусталиком начал видеть ультрафиолет. Как?

• Биотехнологии

Сегодня на slashdot появился пост некоего автора, который после имплантирования искусственного хрусталика начал видеть в ультрафиолетовом диапазоне, точнее примерно 365 нм - это при средней верхней границе для обычного человека в 400нм. Меня заинтересовала эта тема, и я решил выяснить, что там происходит, и не маячит ли тут призрак Криса Картера .

Итак, небольшой экскурс в офтальмохирургию. Во время второй мировой войны некий английский офтальмолог, оперировавший пилотов, сбитых в воздушном бою, выяснил, что плексиглас фонаря самолета, попавший в глаз, не отторгается тканями. Мало того, он травматически меняет форму роговицы - а поскольку она отвечает за ~70% рефракции в глазном яблоке (остальное приходится на хрусталик), то изменение ее формы приводит к значительным изменениям рефракции глаза. Естественно, тут же пришла идея лечить близорукость уменьшением оптической силы роговицы путем ее надрезания и уменьшения кривизны. По сегодняшним меркам это напоминает трепанацию черепа каменным ножом (и без точнейших замеров и расчетов по точности это примерно то же самое) - но это было лучше чем ничего.

Потом догадались, что если плексиглас не отторгается, то его можно ставить туда намеренно… предварительно обточив до формы линзы. Зачем? Потому что годам к 45-50 естественный хрусталик а) становится жестким и теряет возможность аккомодации (что приводит к невозможности перефокусировать зрение), и б) некоторое время спустя мутнеет, в результате чего зрение медленно падает почти до нуля. Так вот, его можно заменить.

Поначалу вместо естественного хрусталика ставились жесткие линзы, которые, вполне естественно, вызывали массу неприятных ощущений, повреждали внутренние ткани, итп. Сейчас в общих чертах процедура выглядит так. Я буду использовать англоязычную терминологию в транслите.

1. Пациент лежит под микроскопом. Веки фиксируются в открытом положении, в глазной нерв ставится анестезия.

2. Сбоку глаза, примерно на границе радужной оболочки, с использованием сверх-острого скальпеля делается небольшой надрез, порядка 2мм в длину.

3. Хрусталик находится внутри капсулярной сумки. Внутрь глаза через этот разрез проникает инструмент, которым эта сумка надрезается.

4. Внутрь сумки через эти два разреза проникает щуп факоэмульсификатора. Этот девайс а) ультразвуком размельчает затвердевший естественный хрусталик, и б) одновременно высасывает размельченные куски. Тут важно не порвать капсулярную сумку - это чревато массой проблем и осложнений, а также не задеть радужную оболочку. Она по консистенции напоминает промокашку, и ее повреждение ведет к проблемам со зрением - к примеру, пациент может начать видеть ореолы вокруг точечных источников света.

5. После факоэмульсификации через микрошприц в капсулярную сумку закачивается вискоэластичный гель - чтобы эта сумка не сдулась, т.к. хрусталика там больше нет.

6. Фанфары и барабаны - имплантируем линзу. Сама линза сделана из материалов вроде силикона, и ее можно сложить. Именно поэтому достаточно разреза всего в 2мм, хоть линза и заметно больше. Она поставляется в картридже, который вставляется в шприц, который аккуратно вставляется через разрез в глаз, далее в капсулярную сумку, и попросту выдавливается туда. Там она разворачивается и принимает свой первоначальный вид, в чем ей помогает хирург. Через пол-минуты она готова.

7. Если линза асферическая, то она может заодно помочь и с астигматизмом. В таком случае ее надо довернуть на нужный угол. Впоследствии ткани глаза срастутся через определенные выступы на внешней, оптически нефункциональной части линзы, и зафиксируют ее от поворота. Нередки случаи, когда линза все же проворачивается бесконтрольно - это исправляется повторной операцией.

8. Глаз увлажняется, закрывается повязкой. Надрез заживет сам. Пациент отправляется домой.

Такая операция может стоить от 3 до 20 тысяч долларов в зависимости от разных причин. Период восстановления до снятия повязки занимает сутки-двое. Да, в это иногда трудно поверить, но в нашей практике были случаи, когда 70-летние бабушки получали зрение в 80% на следующий день после операции… никогда сам не видел, но, как говорят, люди начинают плакать от счастья.

А теперь по теме. Почему тот пациент начал видеть УФ? Потому, что хрусталик обычно поглощает УФ лучи, не допуская их до сетчатки. Старые линзы изготавливались из материалов, которые зачастую спокойно пропускали УФ, и пациенты начинали видеть в УФ диапазоне. Вот только длилось это недолго, т.к. сетчатка повреждается ультрафиолетом. Поэтому в новых линзах присутствуют добавки, которые отфильтровывают УФ лучи. Тому пациенту была установлена линза Crystalens, которая по всей видимости содержит меньшее количество таких присадок (или вообще их не содержит), отсюда имеем результат. Шеф как-то оперировал одного пациента, которому по разным причинам на одном глазу была показана одна линза, а на другом - другая, и коэффициент поглощения УФ у них был разный. Пациент потом был весьма удивлен, что одним глазом он может видеть УФ, а другим нет. Его это не беспокоило, и все остались весьма довольны.

P.S. Материал был написан после консультации с моим шефом, офтальмохирургом с более чем 10-летним стажем. Если в тексте присутствуют ошибки - я полностью принимаю всю ответственность за кривой перевод, и прошу указать на оные.

P.P.S. Чем я таким занимаюсь, будучи программистом, чтобы писать такие тексты? Хороший вопрос. Наша компания консультирует других по поводу расчетов правильных линз для каждого конкретного глаза… а я занимаюсь реализацией расчетного софта. Невероятно интересная тема, и весьма вознаграждающая, особенно когда нам пишут про бабушек и дедушек, получивших орлиное зрение.

Здоровья вам, берегите глаза:)

Что такое свет?

Солнечный свет проникает в верхние слои атмосферы мощностью около одного киловатта на квадратный метр. Все жизненные процессы на нашей планете приводятся в движение благодаря этой энергии. Свет - это электромагнитное излучение, его природа основана на электромагнитных полях, которые называются фотонами. Фотоны света характеризуются различными уровнями энергии и длиной волн, выражаемой в нанометрах (нм). Самые известные длины волн - видимые. Каждая длина волны представлена определенным цветом. Например, Солнце желтого цвета, потому что наиболее мощные излучения в видимом диапазоне спектра именно желтые.

Однако существуют и другие волны за пределами видимого света. Все они называются электромагнитным спектром. Самая мощная часть спектра - это гамма-лучи, далее следуют рентгеновские лучи, ультрафиолетовый свет, и только потом видимый свет, занимающий малую долю электромагнитного спектра и располагающийся между ультрафиолетовым и инфракрасным светом. Всем известен инфракрасный свет, как тепловое излучение. Спектр включает в себя микроволны и заканчивается радиоволнами, более слабыми фотонами. Для животных наибольшее полезное значение несут ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный свет.

Видимый свет.

Помимо обеспечения привычного для нас освещения, свет несет еще и немаловажную функцию регуляция продолжительности светового дня. Видимый спектр света находится в диапазоне от 390 до 700 нм. Именно он фиксируется глазом, а цвет зависит от длины волны. Индекс цветопередачи (CRI) показывает способность какого-либо источника света освещать объект, по сравнению с естественным солнечным светом принятым за 100 CRI. Искусственные источники света со значением CRI более 95 считаются светом полного спектра, способные освещать объекты так же, как и естественное освещение. Также важная характеристика для определения цвета излучаемого света - это цветовая температура, измеряемая в Кельвинах (К).

Чем выше показатель цветовой температуры, тем насыщеннее голубой оттенок (7000К и выше). При низких значениях цветовой температуры свет имеет желтоватый оттенок, как например у бытовых ламп накаливания (2400К).

Среднее значение температуры дневного света составляет около 5600К, оно может варьировать от минимального показателя 2000К на закате до 18000К при пасмурной погоде. Для максимального приближения условий содержания животных к естественным, необходимо размещать в вольерах лампы с максимальным индексом цветопередачи CRI и цветовой температурой около 6000К. Тропические растения необходимо обеспечивать световыми волнами в диапазоне, используемом для фотосинтеза. Во время этого процесса растения используют энергию света для производства сахаров, “натурального топлива” для всех живых организмов. Освещение в диапазоне 400-450 нм способствует росту и размножению растений.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовый свет или УФ-излучение занимает большую долю в электромагнитном излучении и находится на границе с видимым светом.

Ультрафиолетовое излучение разделяют на 3 группы в зависимости от длины волн:

• . UVA- длинноволновой ультрафиолет А, диапазон от 290 до 320 нм, имеет важное значение для рептилий.
• . UVB - средневолновой ультрафиолет B, диапазон от 290 до 320 нм, имеет наиболее существенное значение для рептилий.
• . UVC - коротковолновой ультрафиолет C, диапазон от 180 до 290 нм, является опасным для всех живых организмов (ультрафиолетовая стерилизация).

Было доказано, что ультрафиолет А (UVA) влияет на аппетит, окрас, поведение и репродуктивную функцию животных. Рептилии и амфибии видят в диапазоне UVA (320- 400 нм), поэтому именно он влияет на то, как они воспринимают окружающий мир. Под воздействием этого излучения цвет еды или другого животного будут выглядеть иначе, чем воспринимает глаз человека. Подача сигналов при помощи частей тела (например, Anolis sp.) или изменение цвета покровов (например, Chameleon sp) распространено повсеместно среди рептилий и земноводных, и если UVA-излучение отсутствует, то эти сигналы могут восприниматься животными не корректно. Наличие ультрафиолета А играет важную роль при содержании и разведении животных.

Ультрафиолет B находится в диапазоне волн 290-320 нм. В естественных условиях рептилии синтезируют витамин D3 под воздействием солнечных лучей UVB-спектра. В свою очередь, витамин D3 необходим для усвоения животными кальция. На кожных покровах UVB вступает в реакцию с предшественником витамина D, 7-дегидрохолестеролом. Под влиянием температуры и специальных механизмов кожи, провитамин D3 превращается в витамин D3. Печень и почки преобразуют витамин D3 в его активную форму, гормон (1,25-дигидрокиси витамин D), которые регулирует кальциевый обмен.

Хищные и всеядные пресмыкающиеся получают большое количество необходимого витамина D3 из пищи. Растительная пища не содержит D3 (холекальцеферол), а содержит D2 (эргокальцеферол), который менее эффективен в метаболизме кальция. Именно по этой причине растительноядные пресмыкающиеся сильнее зависят от качества освещения, чем плотоядные.

Нехватка витамина D3 достаточно быстро приводит к нарушению обмена веществ в костных тканях животных. При подобных нарушениях метаболизма патологические изменения могут отразиться не только на костных тканях, но и на других системах органов. Внешними проявлениями нарушений могут быть отеки, вялость, отказ от пищи, неправильно развитие костей и панциря у черепах. При обнаружении подобных симптомов, необходимо обеспечить животное не только источником UVB-излучения, но и добавить в рацион корма или добавки с кальцием. Но не только молодые животные подвержены подобным нарушениям при неправильном содержании, взрослые особи и яйцекладущие самки также подвергаются серьезному риску при отсутствии UVB-излучения.

Инфракрасный свет

Природная эктотермия рептилий и земноводных (холоднокровность) подчеркивает важность инфракрасного излучения (тепла) для терморегуляции. Диапазон инфракрасного спектра находится в сегменте не видимым человеческим глазом, но отчетливо ощущаемом теплом на коже. Солнце излучает большую часть своей энергии в инфракрасной части спектра. Для рептилий, активных преимущественно в светлое время суток, лучшим источников терморегуляции являются специальные греющие лампы, излучающие большое количество инфракрасного света (+700 нм).

Интенсивность освещения

Климат Земли определяется количеством солнечной энергии, попадающей на ее поверхность. На интенсивность освещения влияют множество факторов, такие как озоновый слой, географическое положение, облака, влажность воздуха, высота расположения относительно уровня моря. Количество света, падающего на поверхность, называется освещенностью и измеряется в люменах на квадратный метр или люксах (lux). Освещенность под прямыми солнечными лучами составляет около 100 000 lux. Обычно дневная освещенность, проходя через облака, колеблется от 5 000 до 10 000 lux, ночью от Луны она составляет всего лишь 0,23 lux. Густая растительность в тропических лесах также влияет на эти значения.

Ультрафиолетовое излучение измеряется в микроваттах на квадратный сантиметр (µW/sm2). Его количество сильно отличается на разных полюсах, увеличиваясь при приближении к экватору. Количество UVB-излучения в полдень на экваторе составляет примерно 270 µW/sm2.Это значение уменьшается с заходом Солнца, и также увеличивается с рассветом. Животные в естественной среде обитания принимают солнечные ванны преимущественно с утра и на закате, остальную часть времени они проводят в своих убежищах, норах или в корне деревьев. В тропических лесах лишь малая часть прямых солнечных лучей может проникнуть сквозь густую растительность в нижние слои, достигнув поверхности земли.

Уровень ультрафиолетового излучения и света, в среде обитания рептилий и амфибий, может изменяться в зависимости от целого ряда факторов:

Среда обитания:

В зонах тропических лесов тени значительно больше, чем в пустыне. В густых лесах значение УФ-излучения имеет широкий диапазон, на верхние ярусы леса попадает значительно больше прямых солнечных лучей, чем на лесную почву. В пустынных и степных зонах практически нет естественных укрытий от прямых солнечных лучей, также эффект излучения может быть усилен за счет отражения от поверхности. В горной местности есть долины, куда солнечный свет может проникать лишь на несколько часов в сутки.

Проявляя большую активность в течение светового дня, дневные животные получают больше УФ-облучения, чем ночные виды. Но даже они не проводят весь день под прямыми солнечными лучами Солнца. Многие виды прячутся в укрытиях в самое жаркое время дня. Прием солнечных ванн ограничивается ранним утром и вечером. В различных климатических поясах дневные циклы активности у рептилий могут отличаться. Некоторые виды ночных животных выходят погреться на солнце днем с целью терморегуляции.

Широта:

Наибольшей интенсивность ультрафиолетовое излучение обладает на экваторе, где Солнце располагается на наименьшем расстоянии от поверхности Земли, и его лучи проходят минимальное расстояние сквозь атмосферу. Толщина озонового слоя в тропиках по естественным причинам тоньше, чем в средних широтах, поэтому озоном поглощается меньше УФ-излучения. Полярные широты более удалены от Солнца, и немногочисленные ультрафиолетовые лучи вынуждены проходить через богатые озоном слои с большими потерями.

Высота над уровнем моря:

Интенсивность УФ-излучения увеличивается с высотой, поскольку уменьшается толщина атмосферы, поглощающей солнечные лучи.

Погодные условия:

Облака играют серьезную роль фильтра для лучей ультрафиолета, направляющихся к поверхности Земли. В зависимости от толщины и формы они способны поглощать до 35 - 85 % энергии солнечных излучений. Но, даже покрывая полностью небо, облака не перекроют доступ лучей к поверхности Земли.

Отражение:

Некоторые поверхности, такие как песок (12%), трава (10%) или вода (5%) способны отражать ультрафиолетовое излучение, которое на них попадает. В таких местах интенсивность УФ-излучения может быть значительно выше ожидаемых результатов даже в тени.

Озон:

Озоновый слой поглощает часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое направлялось к поверхности Земли. Толщина озонового слоя изменяется в течение года, а сам он постоянно перемещается.

Ультрафиолет был открыт более 200 лет назад, но лишь с изобретением искусственных источников ультрафиолетового излучения человек смог использовать удивительные свойства этого невидимого света. Сегодня ультрафиолетовая лампа помогает бороться со многими заболеваниями и дезинфицирует, позволяет создавать новые материалы и используется криминалистами. Но для того чтобы приборы УФ спектра приносили пользу, а не вред, необходимо четко представлять, какими они бывают и для чего служат.

Что такое ультрафиолетовое излучение и каким оно бывает

Ты наверняка знаешь, что свет – это электромагнитное излучение. В зависимости от частоты цвет такого излучения изменяется. Низкочастотный спектр кажется нам красным, высокочастотный – синим. Если поднять частоту еще выше, то свет станет фиолетовым, а после совсем исчезнет. Точнее, исчезнет для твоего глаза. На самом деле излучение перейдет в область ультрафиолетового спектра, который мы не способны видеть из-за особенностей глаза.

Но если мы не видим ультрафиолетовый свет, то это не значит, что он на нас никак не воздействует. Ты же не будешь отрицать, что радиация безопасна, поскольку мы ее не можем увидеть. А радиация – не что иное, как такое же электромагнитное излучение, как свет и ультрафиолет, только более высокой частоты.

Но вернемся к ультрафиолетовому спектру. Он располагается, как мы выяснили, между видимым светом и радиационным излучением:

Зависимость типа электромагнитного излучения от его частоты

Отбросим свет с радиацией и рассмотрим ультрафиолетовое излучение поближе:

Разделение ультрафиолетового диапазона на поддиапазоны

На рисунке хорошо видно, что весь УФ диапазон условно делится на два поддиапазона: ближний и дальний. Но на этом же рисунке сверху мы видим деление на УФА, УФВ и УФС. В дальнейшем мы будем пользоваться именно таким разделением – ультрафиолет А, В и С, поскольку оно четко разграничивает степень воздействия излучения на биологические объекты.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Задать вопрос эксперту

Конечный участок дальнего диапазона никак не обозначен, поскольку не имеет особого практического значения. Воздух для ультрафиолетового излучения с длиной волны короче 100 нм (его еще называют жестким ультрафиолетовым) практически непрозрачен, поэтому его источники можно использовать только в вакууме.

Свойства ультрафиолета и воздействие его на живые организмы

Итак, в нашем распоряжении три ультрафиолетовых диапазона: А, В и С. Рассмотрим свойства каждого из них.

Ультрафиолет А

Излучение лежит в диапазоне 400 – 320 нм и называется мягким или длинноволновым ультрафиолетовым. Проникновение его в глубинные слои живых тканей минимально. При умеренном применении УФА не только не наносит вреда организму, но и полезен. Он укрепляет иммунитет, способствует выработке витамина D, улучшает состояние кожи. Именно под таким ультрафиолетом мы загораем на пляже.

Но при передозировке даже мягкий ультрафиолетовый диапазон может представлять определенную опасность для человека. Наглядный пример: добрался до пляжа, прилег на пару часиков и «сгорел». Знакомо? Безусловно. Но могло быть и еще хуже, если бы ты лежал часиков пять или с открытыми глазами и без качественных солнцезащитных очков. При длительном воздействии на глаза УФА способен вызвать ожог роговицы, а кожу сжечь буквально до волдырей.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Все вышесказанное справедливо и для других биологических объектов: растений, животных, бактерий. Именно умеренный УФА в значительной степени провоцирует «цветение» воды в водоемах и порчу продуктов, подстегивая рост водорослей и бактерий. Передозировка его чрезвычайно вредна.

Ультрафиолет В

Средневолновый ультрафиолет, занимающий диапазон 320 – 280 нм. Ультрафиолетовое излучение с такой длиной волны способно проникать в верхние слои живых тканей и вызывать серьезные изменения их структуры вплоть до частичного разрушения ДНК. Даже минимальная доза УФВ способна вызвать серьезный и довольно глубокий радиационный ожог кожи, роговицы и хрусталика. Серьезную опасность такое излучение также представляет для растений, а для многих видов вирусов и бактерий ввиду их небольших размеров УФВ вообще смертелен.

Ультрафиолет С

Самый коротковолновый и самый опасный для всего живого диапазон, в который входит ультрафиолетовое излучение с длиной волны от 280 до 100 нм. УФС даже в небольших дозах способно разрушать цепи ДНК, вызывая мутации. У человека, как правило, его воздействие вызывает рак кожи и меланому. Из-за способности достаточно глубоко проникать в ткани УФС может вызвать необратимый радиационный ожог сетчатки и глубокие повреждения кожного покрова.

Дополнительную опасность представляет способность ультрафиолетового излучения категории С ионизировать молекулы кислорода, находящиеся в атмосфере. В результате такого воздействия в воздухе образуется озон — трехатомный кислород, который является сильнейшим окислителем, а по степени опасности для биологических объектов относится к первой, самой опасной категории ядов.

Устройство ультрафиолетовой лампы

Человек научился создавать искусственные источники ультрафиолетового излучения, причем излучать они могут в любом заданном диапазоне. Конструктивно ультрафиолетовые лампы выполняются в виде колбы, заполненной инертным газом с примесью металлической ртути. По бокам колбы впаиваются тугоплавкие электроды, на которые подается напряжение питания прибора. Под действием этого напряжения в колбе начинается тлеющий разряд, который заставляет молекулы ртути испускать ультрафиолет во всех спектрах УФ диапазона.

Конструкция ультрафиолетовой лампы

Изготавливая колбу из того или иного материала, конструкторы могут отсекать излучение определенной длины волны. Так, лампа из эритемного стекла пропускает только ультрафиолетовое излучение типа А, увиолевая колба уже прозрачна для УФВ, но не пропускает жесткое излучение УФС. Если же колбу сделать из кварцевого стекла, то прибор будет излучать все три вида ультрафиолетового спектра – А, В, С.

Все лампы ультрафиолетового света являются газоразрядными и должны включаться в сеть через специальное пускорегулирующее устройство (ЭПРА). В противном случае тлеющий разряд в колбе мгновенно перейдет в неуправляемый дуговой.

Электромагнитное (слева) и электронное пускорегулирующие устройства для газоразрядных ламп ультрафиолетового света

Важно! Лампы накаливания с синим баллоном, которые мы часто используем для прогревания при ЛОР заболеваниях, не являются ультрафиолетовыми. Это обычные лампочки накаливания, а синяя колба служит лишь для того, чтобы ты не получил тепловой ожог и не повредил глаза ярким светом, держа довольно мощную лампу у самого лица.

Рефлектор Минина не имеет никакого отношения к ультрафиолетовому излучению и комплектуется обычной лампой накаливания из синего стекла

Применение УФ ламп

Итак, ультрафиолетовые лампы существуют, и мы даже знаем, что у них внутри. Но для чего они нужны? Сегодня приборы ультрафиолетового света широко используются как в быту, так и на производстве. Вот основные области применения УФ ламп:

1. Изменение физических свойств материалов . Под действием ультрафиолетового излучения некоторые синтетические материалы (краски, лаки, пластики и пр.) могут менять свои свойства: твердеть, размягчаться, менять цвет и другие физические характеристики. Живой пример – стоматология. Специальная фотополимерная пломба пластична до тех пор, пока врач после ее установки не осветит полость рта мягким ультрафиолетовым светом. После такой обработки полимер становится прочнее камня. В косметических салонах тоже используют специальный гель, твердеющий под УФ лампой. С его помощью, к примеру, косметологи наращивают ногти.

После обработки ультрафиолетовой лампой мягкая, как пластилин, пломба приобретает исключительную прочность

2. Криминалистика и уголовное право . Полимеры, способные светиться в ультрафиолете, широко используются для защиты от подделки. Для интереса попробуй осветить купюру ультрафиолетовой лампой. Таким же образом можно проверить купюры почти всех стран, подлинность особо важных документов или печатей на них (так называемая защита «Цербер»). Криминалисты пользуются ультрафиолетовыми лампами для обнаружения следов крови. Она, конечно, не светится, зато полностью поглощает ультрафиолетовое излучение и на общем фоне будет казаться абсолютно черной.

Элементы защиты купюр, печатей и паспорта (Беларусь), видимые только в ультрафиолетовом излучении

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Если ты смотрел фильмы про криминалистов, то наверняка заметил, что в них кровь под УФ лампой вопреки вышесказанному мной светится сине-белым. Чтобы достичь такого эффекта, специалисты обрабатывают предполагаемые пятна крови специальным составом, который взаимодействует с гемоглобином, после чего начинает флюоресцировать (светиться в ультрафиолетовом излучении). Такой метод не только более нагляден для зрителя, но и более эффективен.

3. При дефиците естественного ультрафиолета . Польза ультрафиолетовой лампы спектра А для биологических объектов была открыта почти одновременно с ее изобретением. При недостатке естественного ультрафиолетового излучения страдает иммунитет человека, кожа приобретает нездоровый бледный оттенок. Если растения и комнатные цветы выращивать за оконным стеклом или под обычными лампами накаливания, то и они чувствуют себя не лучшим образом – плохо растут и часто болеют. Все дело в отсутствии ультрафиолетового излучения спектра А, недостаток которого особенно вреден для детей. Сегодня УФА лампы используют для укрепления иммунитета и улучшения состояния кожи повсеместно, где не хватает естественного света.

Использование ультрафиолетовых ламп спектра А для восполнения дефицита естественного ультрафиолета

На самом деле приборы, служащие для восполнения дефицита естественного ультрафиолетового света, излучают не только ультрафиолет А, но и В, хотя доля последнего в общем излучении чрезвычайно мала — от 0,1 до 2-3 %.

4. Для дезинфекции . Все вирусы и бактерии – тоже живые организмы, к тому же они настолько малы, что «перегрузить» их ультрафиолетовым светом совсем несложно. Жесткий ультрафиолет (С) в состоянии проходить некоторые микроорганизмы буквально насквозь, разрушая их структуру. Таким образом, лампы спектра В и С, получившие название антибактериальных или бактерицидных, можно использовать для обеззараживания квартиры, общественных заведений, воздуха, воды, предметов и даже для лечения вирусных инфекций. При использовании ламп УФС дополнительным дезинфицирующим фактором выступает озон, о котором я писал выше.

Использование ультрафиолетовых ламп для дезинфекции и антибактериальной обработки

Ты наверняка слышал такой медицинский термин, как кварцевание. Эта процедура – не что иное, как обработка предметов или тела человека строго дозированным жестким ультрафиолетовым излучением.

Основные характеристики источников ультрафиолетового излучения

Какими характеристиками УФ лампы нужно руководствоваться, чтобы при ее использовании получить максимальный эффект и не нанести вреда здоровью своему и окружающих? Вот основные из них:

1. Диапазон излучения.
2. Мощность.
3. Назначение.
4. Срок службы.

Излучаемый диапазон

Это основной параметр. В зависимости от длины волны ультрафиолет действует по-разному. Если УФА опасен лишь для глаз, и при правильном использовании не представляет серьезной угрозы для организма, то УФВ в состоянии не только испортить глаза, но и спровоцировать глубокие, порой необратимые ожоги на коже. УФС отлично дезинфицирует, но может представлять смертельную опасность для человека, поскольку излучение такой длины волны разрушает ДНК и образует ядовитый газ озон.

С другой стороны, спектр УФА абсолютно бесполезен в качестве антибактериального средства. Пользы от такой лампы, к примеру, при очистке воздуха от микробов, практически не будет. Более того, некоторые виды бактерий и микрофлоры станут еще активнее. Таким образом, выбирая УФ лампу, необходимо четко представлять для чего она будет использоваться и какой спектр излучения она должна иметь.

Мощность

Имеется в виду сила создаваемого лампой УФ потока. Она пропорциональна потребляемой мощности, поэтому при выборе прибора ориентируются обычно на данный показатель. Бытовые ультрафиолетовые лампы обычно не превышают мощности 40-60, профессиональные устройства могут иметь мощность до 200-500 Вт и более. Первые обычно имеют низкое давление в колбе, вторые – высокое. Выбирая излучатель для тех или иных целей, нужно четко представлять, что в плане мощности больше — не всегда значит лучше. Для получения максимального эффекта излучение прибора должно быть строго дозированным. Поэтому при покупке лампы обращайте внимание не только на ее назначение, но и на рекомендуемую площадь помещения или производительность прибора, если он служит для очистки воздуха или воды.

Назначение и конструкция

По своему назначению ультрафиолетовые лампы делятся на бытовые и профессиональные. Вторые обычно имеют большую мощность, более широкий и жесткий спектр излучения и сложны по конструкции. Именно поэтому они требуют для своего обслуживания квалифицированного специалиста и соответствующих знаний. Если ты собираешься покупать ультрафиолетовую лампу для домашнего использования, то от профессиональных устройств лучше отказаться. В таком случае велика вероятность, что лампа, скорее, навредит, чем принесет пользу. Особенно это касается приборов, работающих в диапазоне УФС, излучение которых является ионизирующим.

По типу конструкции ультрафиолетовые лампы делятся на:

1. Открытые . Эти приборы излучают ультрафиолет непосредственно в окружающую среду. При неправильном применении представляют наибольшую опасность для организма человека, но позволяют провести качественное обеззараживание помещения, включая воздух и все находящиеся в нем предметы. Лампы открытой или полуоткрытой (узконаправленного излучения) конструкции используются также для медицинских целей: лечения инфекционных заболеваний и восполнения дефицита ультрафиолета (фитолампы, солярии).

Использование бактерицидных ламп для антибактериальной обработки помещений

2. Рециркуляторы или приборы закрытого типа. Лампа в них находится за полностью непрозрачным кожухом, а УФ изучение воздействует только на рабочую среду – газ или жидкость, прогоняемую специальным насосом сквозь облучаемую камеру. В быту рециркуляторы обычно используются для бактерицидной обработки воды или воздуха. Поскольку устройства не излучают ультрафиолет, при правильном использовании они полностью безопасны для человека и могут использоваться в его присутствии. Рециркуляторы могут быть как бытового, так и промышленного назначения.

Рециркулятор – стерилизатор для воды (слева) и для воздуха

3. Универсальные. Приборы этого типа могут работать как в режиме рециркуляции воздуха, так и прямого излучения. Конструктивно выполнены как рециркулятор с раскладным кожухом. В собранном виде это обычный рециркулятор, с открытыми шторками – бактерицидная лампа открытого типа.

Универсальная бактерицидная лампа в режиме рециркулятора (слева)

Срок службы

Поскольку принцип работы и конструкция ультрафиолетовой лампы сходны с принципом и устройством люминесцентного осветительного прибора, логично предположить, что сроки службы у них одинаковы и могут достигать 8 000–10 000 ч. На практике это не совсем так. В процессе работы лампа «стареет»: ее световой поток уменьшается. Но если в обычной осветительной лампе этот эффект заметен визуально, то УФ лампу «на глаз» проверить невозможно. Поэтому производитель ограничивается гораздо меньшим сроком работы: от 1 000 до 9 000 часов в зависимости от мощности лампы, ее назначения и, конечно, качества материалов, комплектующих и бренда.

Если в паспорте на устройство не указана периодичность замены ламп или заявлен максимальный срок 20 тысяч часов и более, то от покупки такого устройства стоит отказаться. Также должна насторожить и слишком низкая стоимость прибора. Скорее всего, это низкокачественный товар либо вовсе подделка.

Обеззараживание с помощью УФ-ламп я помню с детства – в садике, санатории и даже в летнем лагере стояли несколько пугающие конструкции, которые светились красивым фиолетовым светом в темноте и от которых нас отгоняли воспитатели. Так что же такое на самом деле ультрафиолетовое излучение и зачем оно нужно человеку?

Пожалуй, первый вопрос, на который нужно ответить – что такое вообще ультрафиолетовые лучи и как они работают. Обычно так называют электромагнитное излучение, которое находится в диапазоне между видимым и рентгеновским излучением. Ультрафиолет характеризуется длиной волны от 10 до 400 нанометров.
Открыли его еще в 19 веке, и произошло это благодаря открытию инфракрасного излучения. Обнаружив ИК-спектр, в 1801 г. И.В. Риттер обратил внимание на противоположный конец светового диапазона в процессе опытов с хлоридом серебра. А затем сразу несколько ученых пришли к выводу о неоднородности ультрафиолета.

Сегодня его разделяют на три группы:

• УФ-А излучение – ближний ультрафиолет;
• УФ-Б – средний;
• УФ-С – дальний.

Такое разделение во многом обусловлено именно воздействием лучей на человека. Естественным и основным источником ультрафиолета на Земле является Солнце. По сути, именно от этого излучения мы спасаемся солнцезащитными кремами. При этом дальний ультрафиолет полностью поглощается атмосферой Земли, а УФ-А как раз доходит до поверхности, вызывая приятный загар. А в среднем 10% УФ-Б провоцируют те самые солнечные ожоги, а также могут приводить к образованию мутаций и кожных заболеваний.

Искусственные источники ультрафиолета создаются и используются в медицине, сельском хозяйстве, косметологии и различных санитарных учреждениях. Генерирование ультрафиолетового излучения возможно несколькими способами: температурой (лампы накаливания), движением газов (газовые лампы) или металлических паров (ртутные лампы). При этом мощность таких источников варьируется от нескольких ватт, обычно это небольшие мобильные излучатели, до киловатта. Последние монтируются в объемные стационарные установки. Сферы применения УФ-лучей обусловлены их свойствами: способностью ускорять химические и биологические процессы, бактерицидным эффектом и люминесценцией некоторых веществ.

Ультрафиолет широко применяется для решения самых различных задач. В косметологии использование искусственного УФ-излучения используется прежде всего для загара. Солярии создают довольно мягкий ультрафиолет-А согласно введенным нормам, а доля УФ-В в лампах для загара составляет не более 5%. Современные психологи рекомендуют солярии для лечения «зимней депрессии», которая в основном вызвана дефицитом витамина D, так как он образуется под влиянием УФ-лучей. Также УФ-лампы используют в маникюре, так как именно в этом спектре высыхают особо стойкие гель-лаки, шеллак и подобные им.

Ультрафиолетовые лампы используют для создания фотоснимков в нестандартных ситуациях, например, для запечатления космических объектов, которые невидимы в обычный телескоп.

Широко применяется ультрафиолет в экспертной деятельности. С его помощью проверяют подлинность картин, так как более свежие краски и лаки в таких лучах выглядят темнее, а значит можно установить реальный возраст произведения. Криминалисты также используют УФ-лучи для обнаружения следов крови на предметах. Кроме того, ультрафиолет широко используется для проявления скрытых печатей, защитных элементов и нитей, подтверждающих подлинность документов, а также в световом оформлении шоу, вывесок заведений или декораций.

В медицинских учреждениях ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации хирургических инструментов. Помимо этого, все еще широко распространено обеззараживание воздуха с помощью УФ-лучей. Существует несколько видов такого оборудования.

Так называют ртутные лампы высокого и низкого давления, а также ксеноновые импульсные лампы. Колба такой лампы изготавливается из кварцевого стекла. Основной плюс бактерицидных ламп – долгий срок службы и мгновенная способность к работе. Примерно 60% их лучей находятся в бактерицидном спектре. Ртутные лампы достаточно опасны в эксплуатации, при случайном повреждении корпуса необходима тщательная очистка и демеркуризация помещения. Ксеноновые лампы менее опасны при повреждении и отличаются более высокой бактерицидной активностью. Также бактерицидные лампы разделяют на озоновые и безозоновые. Первые характеризуются наличием в своем спектре волны длиной 185 нанометров, которая взаимодействует с находящимся в воздухе кислородом и превращает его в озон. Высокие концентрации озона опасны для человека, и использование таких ламп строго ограничено во времени и рекомендуется только в проветриваемом помещении. Все это привело к созданию безозоновых ламп, на колбу которых нанесено специальное покрытие, не пропускающее волну в 185 нм наружу.

Вне зависимости от вида бактерицидные лампы имеют общие недостатки: они работают в сложной и дорогостоящей аппаратуре, средний ресурс работы излучателя – 1,5 года, а сами лампы после перегорания должны храниться упакованными в отдельном помещении и утилизироваться специальным образом согласно действующим нормативам.

Состоят из лампы, отражателей и других вспомогательных элементов. Такие устройства бывают двух видов – открытые и закрытые, в зависимости от того, проходят УФ-лучи наружу или нет. Открытые выпускают ультрафиолет, усиленный отражателями, в пространство вокруг, захватывая сразу практически всю комнату, если установлены на потолке или стене. Проводить обработку помещения таким облучателем в присутствии людей строго запрещено.
Закрытые облучатели работают по принципу рециркулятора, внутри которого установлена лампа, а вентилятор втягивает в прибор воздух и выпускает уже облученный наружу. Их размещают на стенах на высоте не менее 2 м от пола. Их возможно использовать в присутствии людей, однако длительное воздействие не рекомендуется производителем, так как часть УФ-лучей может проходить наружу.
Из недостатков таких приборов можно отметить невосприимчивость к спорам плесени, а также все сложности утилизации ламп и строгий регламент использования в зависимости от типа излучателя.

Бактерицидные установки

Группа облучателей, объединенная в один прибор, использующийся в одном помещении, называется бактерицидной установкой. Обычно они достаточно крупногабаритные и отличаются высоким энергопотреблением. Обработка воздуха бактерицидными установками производится строго в отсутствие людей в комнате и отслеживается по Акту ввода в эксплуатацию и Журналу регистрации и контроля. Используется только в медицинских и гигиенических учреждениях для обеззараживания как воздуха, так и воды.

Недостатки ультрафиолетового обеззараживания воздуха

Помимо уже перечисленного, использование УФ-излучателей имеет и другие минусы. Прежде всего, сам ультрафиолет опасен для человеческого организма, он может не только вызывать ожоги кожи, но и сказываться на работе сердечно-сосудистой системы, опасен для сетчатки глаза. Кроме того, он может вызывать появление озона, а с ним и присущие этому газу неприятные симптомы: раздражение дыхательных путей, стимуляция атеросклероза, обострение аллергии.

Эффективность работы УФ-ламп достаточно спорная: инактивация болезнетворных микроорганизмов в воздухе разрешенными дозами ультрафиолета происходит только при статичности этих вредителей. Если микроорганизмы двигаются, взаимодействуют с пылью и воздухом, то необходимая доза облучения возрастает в 4 раза, чего не может создать обычная УФ-лампа. Поэтому эффективность работы облучателя рассчитывается отдельно с учетом всех параметров, и крайне сложно подобрать подходящие для воздействия на все типы микроорганизмов сразу.

Проникновение УФ-лучей относительно неглубокое, и если даже неподвижные вирусы находятся под слоем пыли, верхние слои защищают нижние, отражая от себя ультрафиолет. А значит, после уборки обеззараживание нужно проводить еще раз.
УФ-облучатели не могут фильтровать воздух, они борются только с микроорганизмами, сохраняя все механические загрязнители и аллергены в первозданном виде.

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

Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета.В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также актиническим излучением. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля , Македонио Меллони и др.

Подтипы

Деградация полимеров и красителей

Сфера применения

Чёрный свет

Химический анализ

УФ - спектрометрия

УФ-спектрофотометрия основана на облучении вещества монохроматическим УФ-излучением, длина волны которого изменяется со временем. Вещество в разной степени поглощает УФ-излучение с разными длинами волн. График, по оси ординат которого отложено количество пропущенного или отраженного излучения, а по оси абсцисс - длина волны, образует спектр . Спектры уникальны для каждого вещества, на этом основывается идентификация отдельных веществ в смеси, а также их количественное измерение.

Анализ минералов

Многие минералы содержат вещества, которые при освещении ультрафиолетовым излучением начинают испускать видимый свет. Каждая примесь светится по-своему, что позволяет по характеру свечения определять состав данного минерала. А. А. Малахов в своей книге «Занимательно о геологии» (М., «Молодая гвардия», 1969. 240 с) рассказывает об этом так: «Необычное свечение минералов вызывают и катодный, и ультрафиолетовый, и рентгеновский лучи. В мире мёртвого камня загораются и светят наиболее ярко те минералы, которые, попав в зону ультрафиолетового света, рассказывают о мельчайших примесях урана или марганца, включённых в состав породы. Странным „неземным“ цветом вспыхивают и многие другие минералы, не содержащие никаких примесей. Целый день я провёл в лаборатории, где наблюдал люминесцентное свечение минералов. Обычный бесцветный кальцит расцвечивался чудесным образом под влиянием различных источников света. Катодные лучи делали кристалл рубиново-красным, в ультрафиолете он загорался малиново-красными тонами. Два минерала - флюорит и циркон - не различались в рентгеновских лучах. Оба были зелёными. Но стоило подключить катодный свет, как флюорит становился фиолетовым, а циркон - лимонно-жёлтым.» (с. 11).

Качественный хроматографический анализ

Хроматограммы, полученные методом ТСХ , нередко просматривают в ультрафиолетовом свете, что позволяет идентифицировать ряд органических веществ по цвету свечения и индексу удерживания.

Ловля насекомых

Ультрафиолетовое излучение нередко применяется при ловле насекомых на свет (нередко в сочетании с лампами, излучающими в видимой части спектра). Это связано с тем, что у большинства насекомых видимый диапазон смещён, по сравнению с человеческим зрением, в коротковолновую часть спектра: насекомые не видят того, что человек воспринимает как красный, но видят мягкий ультрафиолетовый свет.

Искусственный загар и «Горное солнце»

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

Ультрафиолет в реставрации

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

Примечания

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

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства