Механизм повреждающего действия ультрафиолетового излучения

Как ультрафиолет повреждает ткани: свободный радикал

Биологические объекты поглощают энергию падающего на них излучения. Световой фотон, взаимодействуя с молекулой, выбивает электрон с его орбиты. В результате образуется положительно заряженная молекула – малый ион, который действует как свободный радикал.

Свободные радикалы химически очень активны: они нарушают структуру белков и повреждают клеточные мембраны. Именно это, а не нагрев, лежит в основе биологического действия ультрафиолета. Поскольку энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, коротковолновое ультрафиолетовое излучение обладает большей повреждающей способностью, чем длинноволновое.

Почему повреждение фотохимическое, а не тепловое

Повреждение живых тканей ультрафиолетом всегда фотохимическое. У него три особенности:

• оно не сопровождается заметным повышением температуры – ткань не греется;
• может проявиться после довольно длительного латентного (скрытого) периода – не сразу;
• для повреждения достаточно малых доз, действующих длительно.

Это принципиально отличает ультрафиолет от инфракрасного излучения (500–1400 нм). Инфракрасное повреждение возникает сразу, требует одномоментной большой дозы и сопровождается нагревом тканей не менее чем на 10 °С. Но и у инфракрасного есть накопительный эффект: длительные или многократные слабые воздействия способны дать такие же изменения, как одно сильное облучение.

Практический вывод: опасность ультрафиолета легко недооценить именно потому, что нет боли и нагрева в момент воздействия. Резь в глазах или ожог кожи проявляются позже, а вред от малых доз накапливается годами.

Энергия фотона и длина волны

Энергия фотона прямо пропорциональна его частоте и обратно пропорциональна длине волны: чем короче волна, тем больше энергия фотона. Из всего спектра электромагнитных волн – космические, гамма-, рентгеновские лучи, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасное излучение, микроволны, радиоволны – в оптическом диапазоне ультрафиолет состоит из волн наименьшей длины, а энергия его фотонов наибольшая.

Отсюда и следует, что коротковолновая часть ультрафиолета опаснее: каждый её фотон несёт больше энергии и легче выбивает электрон, порождая радикал.

Зоны ультрафиолета: УФ-А, УФ-В, УФ-С

К ультрафиолетовой части спектра относят волны длиной от 100 до 400 нм. Излучение короче 180 нм не существует вне вакуума, поэтому в обычных условиях оно опасности для человека не представляет. Фотобиологи выделяют три зоны:

Чем короче волна, тем выше энергия фотона и повреждающая способность, но тем сильнее излучение поглощается по пути – в том числе атмосферой и тканями. Как эти зоны действуют на глаза и как от них защищаться, разобрано в статье «Защита глаз от ультрафиолета», общее описание диапазона – в статье «Ультрафиолет».

Две стороны радикалов: вред и польза

Тот же самый механизм, что повреждает биологические ткани, лежит в основе полезной технологии – ультрафиолетового отверждения. Разница только в том, что там он управляемый.

В УФ-клее, УФ-смоле и УФ-геле есть специальное вещество – фотоинициатор. Под ультрафиолетом он распадается ровно по тому же принципу: фотон выбивает связь, образуются свободные радикалы. Но здесь радикалы не разрушают белки, а сшивают мономеры в твёрдую полимерную сетку – состав отверждается. Подробно этот процесс разобран в статье «УФ-полимеризация».

Отсюда практический вывод для тех, кто работает с УФ-оборудованием: ультрафиолет, который отверждает клей, точно так же действует на глаза и кожу. Радикалы не различают, где полимер, а где сетчатка. Поэтому при работе с УФ-лампами, фонарями и боксами защита обязательна – очки, отсекающие 365 и 395 нм, и соблюдение техники безопасности при работе с УФ-полимерами.

Вывод

Механизм повреждающего действия ультрафиолета фотохимический: фотон выбивает электрон, образуется свободный радикал, радикал разрушает белки и мембраны. Чем короче волна, тем выше энергия фотона и опаснее излучение. Повреждение не греет ткань, проявляется не сразу и накапливается от малых доз – поэтому воздействие ультрафиолета легко недооценить.

Этот же механизм в управляемом виде – основа УФ-отверждения. Понимание физики радикалов объясняет и почему технология работает, и почему при работе с ней обязательна защита глаз.

Почему это важно для работы с материалами «Спектр»

«Спектр» производит УФ-отверждаемые материалы и оборудование с 2005 года, и вся линейка построена на управляемой фотохимии радикалов:

• УФ-клеи, смолы и гели отверждаются за счёт фотоинициатора – того же механизма выбивания радикала фотоном.
• УФ-лампы и фонари 365 и 395 нм дают дозу ультрафиолета, достаточную для полимеризации.
• Средства защиты – очки, отсекающие 365 и 395 нм: тот же ультрафиолет, что полезен для клея, вреден для глаз.

Нужна консультация по безопасной работе с ультрафиолетом или подбор оборудования – опишите задачу технологу. Подбор бесплатный: 8 (800) 600-76-32. Каталог – УФ-лампы и защитные очки.

Часто задаваемые вопросы

Как именно ультрафиолет повреждает ткани?

Фотон ультрафиолета выбивает электрон из молекулы, образуется свободный радикал. Радикал химически активен и нарушает структуру белков и клеточных мембран. Это фотохимический процесс, а не тепловой.

Почему коротковолновый ультрафиолет опаснее длинноволнового?

Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны: чем короче волна, тем больше энергии несёт фотон и тем легче он выбивает электрон, порождая радикал.

Чем повреждение ультрафиолетом отличается от инфракрасного?

Ультрафиолетовое повреждение фотохимическое: без нагрева, часто после скрытого периода, накапливается от малых доз. Инфракрасное – тепловое: возникает сразу, требует большой одномоментной дозы и греет ткань не менее чем на 10 °С.

Почему опасны даже малые дозы?

Фотохимическое повреждение накапливается. Слабое, но регулярное воздействие со временем даёт такой же эффект, как сильное однократное. Именно поэтому вред от ультрафиолета легко недооценить – он не ощущается в момент воздействия.

Какие зоны ультрафиолета выделяют?

УФ-А (315–380 нм, ближний), УФ-В (280–315 нм, средний) и УФ-С (200–280 нм, дальний). Излучение короче 180 нм вне вакуума не существует.

Если тот же механизм отверждает клей, он вреден для человека?

Да. Ультрафиолет, который полимеризует клей через образование радикалов, точно так же действует на глаза и кожу. Поэтому при работе с УФ-лампами обязательны защитные очки, отсекающие рабочие 365 и 395 нм.

Обращайтесь, если нужна помощь с выбором УФ-оборудования и средств защиты – детально проконсультируем.
Email: market@nipg.ru
Тел.: +7 (831) 414-01-71, 8 (800) 600-76-32
WhatsApp: +7 (905) 014-00-15, Telegram: NIPGSpektr

Материал подготовлен техническим специалистом ООО НИПГ «Спектр». При полном или частичном копировании материалов ссылка на источник обязательна.