Сегодня очень часто возникает вопрос о потенциальной опасности ультрафиолетового излучения и наиболее действенных способах защиты органа зрения.

Сегодня очень часто возникает вопрос о потенциальной опасности ультрафиолетового излучения и наиболее действенных способах защиты органа зрения. Мы подготовили перечень наиболее часто встречающихся вопросов об ультрафиолете и ответы на них.

Что такое ультрафиолетовое излучение?

Спектр электромагнитного излучения достаточно широк, но глаз человека чувствителен только к определенной области, называемой видимым спектром, которая охватывает диапазон длин волн от 400 до 700 нм. Излучения, которые находятся за пределами видимого диапазона, являются потенциально опасными и включают в себя инфракрасную (с волн длиной более 700 нм) и ультрафиолетовую область (менее 400 нм). Излучения, имеющие более короткую длину волны, чем ультрафиолетовое, называются рентгеновским и γ-излучениями. Если длина волны больше, чем аналогичный показатель у инфракрасного излучения, то это радиоволны. Таким образом, ультрафиолетовое (УФ) излучение - это невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн 100-380 нм.

Какие диапазоны имеет ультрафиолетовое излучение?

Как видимый свет можно разделить на составляющие разных цветов, которые мы наблюдаем при возникновении радуги, так и УФ-диапазон, в свою очередь, имеет три составляющие: УФ-A, УФ-B и УФ-C, причем последняя является наиболее коротковолновым и высокоэнергетичным ультрафиолетовым излучением с диапазоном длин волн 200-280 нм, однако оно в основном поглощается верхними слоями атмосферы. УФ-B-излучение имеет длину волн от 280 до 315 нм и считается излучением средней энергии, представляющим опасность для органа зрения человека. УФ-A-излучение - это наиболее длинноволновая составляющая ультрафиолета с диапазоном длин волн 315-380 нм, которая имеет максимальную интенсивность к моменту достижении поверхности Земли. УФ-A-излучение глубже всего проникает в биологические ткани, хотя его повреждающее действие меньше, чем у УФ-B-лучей.

Что означает само название «ультрафиолет»?

Это слово означает «сверх (выше) фиолета» и происходит от латинского слова ultra («сверх») и названия самого короткого излучения видимого диапазона - фиолетового. Хотя УФ-излучение никак не ощущается человеческим глазом, некоторые животные - птицы, рептилии, а также насекомые, например пчелы, - могут видеть в таком свете. Многие птицы имеют раскраску оперенья, которая невидима в условиях видимого освещения, но хорошо различима в ультрафиолетовом. Некоторых животных также легче заметить в лучах ультрафиолетового диапазона. Многие фрукты, цветы и семена воспринимаются глазом более отчетливо при таком освещении.

Откуда возникает ультрафиолетовое излучение?

На открытом воздухе главным источником УФ-излучения является солнце. Как уже было сказано, частично оно поглощается верхними слоями атмосферы. Поскольку человек редко смотрит прямо на солнце, то основной вред для органа зрения возникает в результате воздействия рассеянного и отраженного ультрафиолета. В помещении УФ-излучение возникает при использовании стерилизаторов для медицинских и косметических инструментов, в соляриях для формирования загара, в процессе применения различных медицинских диагностических и терапевтических приборов, а также при отверждении композиций пломб в стоматологии.

В соляриях УФ-излучение возникает для формирования загара

В промышленности УФ-излучение образуется при сварочных работах, причем его уровень настолько высок, что может привести к серьезному повреждению глаз и кожи, поэтому применение защитных средств предписано как обязательное для сварщиков. Флюоресцентные лампы, широко используемые для освещения на работе и дома, также являются источниками УФ-излучения, но уровень последнего очень незначителен и не представляет серьезной опасности. Галогеновые лампы, которые также применяются для освещения, дают свет с УФ-составляющей. Если человек находится близко от галогеновой лампы без защитного колпака или экрана, то уровень УФ-излучения может вызвать у него серьезные проблемы с глазами.

В промышленности УФ-излучение образуется при сварочных работах, причем его уровень настолько высок, что может привести к серьезному повреждению глаз и кожи

От чего зависит интенсивность воздействия ультрафиолета?

Его интенсивность зависит от многих факторов. Во-первых, высота солнца над горизонтом меняется в зависимости от времени года и суток. Летом в дневные часы интенсивность УФ-B-излучения максимальна. Существует простое правило: когда ваша тень короче, чем ваш рост, то вы рискуете получить на 50 % больше такого излучения.

Во-вторых, интенсивность зависит от географической широты: в экваториальных районах (широта близка к 0°) интенсивность УФ-излучения наиболее высокая - в 2-3 раза выше, чем на севере Европы.
В-третьих, интенсивность возрастает с увеличением высоты над уровнем моря, так как соответствующим образом уменьшается слой атмосферы, способный поглощать ультрафиолет, поэтому большее количество наиболее высокоэнергетического коротковолнового УФ-излучения достигает поверхности Земли.
В-четвертых, на интенсивность излучения влияет рассеивающая способность атмосферы: небо представляется нам синим из-за рассеивания коротковолнового голубого излучения видимого диапазона, а еще более коротковолновый ультрафиолет рассеивается гораздо сильнее.
В-пятых, интенсивность излучения зависит от наличия облаков и тумана. Когда небо безоблачно, УФ-излучение достигает максимума; плотные облака снижают его уровень. Однако прозрачные и редкие облака мало влияют на уровень УФ-излучения, водяной пар тумана может привести к увеличению рассеяния ультрафиолета. Малооблачную и туманную погоду человек может ощущать как более холодную, однако интенсивность УФ-излучения остается практически такой же, как и в ясный день.

Когда небо безоблачно, УФ-излучение достигает максимума

В-шестых, количество отраженного ультрафиолета варьирует в зависимости от вида отражающей поверхности. Так, для снега отражение составляет 90 % падающего УФ-излучения, для воды, почвы и травы - примерно 10 %, а для песка - от 10 до 25 %. Об этом необходимо помнить, находясь на пляже.

Каково воздействие ультрафиолета на организм человека?

Длительное и интенсивное воздействие УФ-излучения может быть вредным для живых организмов - животных, растений и человека. Заметим, что некоторые насекомые видят в УФ-A-диапазоне, а они являются неотъемлемой частью экологической системы и каким-либо образом приносят пользу человеку. Наиболее известный результат воздействия ультрафиолета на организм человека - это загар, который до сих пор является символом красоты и здорового образа жизни. Однако длительное и интенсивное воздействие УФ-излучения может привести к развитию раковых заболеваний кожи. Необходимо помнить, что облака не блокируют ультрафиолет, поэтому отсутствие яркого солнечного света не означает, что защита от УФ-излучения не нужна. Наиболее вредная составляющая данного излучения поглощается озоновым слоем атмосферы. Факт уменьшения толщины последнего означает, что в будущем защита от ультрафиолета станет еще более актуальной. По оценкам ученых, снижение количества озона в атмосфере Земли всего на 1 % приведет к росту раковых заболеваний кожи на 2-3%.

Какую опасность ультрафиолет представляет для органа зрения?

Существуют серьезные лабораторные и эпидемиологические данные, связывающие длительность воздействия ультрафиолета с заболеваниями глаз: , птеригиумом и др. По сравнению с хрусталиком взрослого хрусталик ребенка существенно более проницаем для солнечной радиации, и 80 % кумулятивных последствий воздействия ультрафиолетовых волн накапливаются в организме человека до достижения им 18-летнего возраста. Максимально подверженным проникновению излучения хрусталик является непосредственно после рождения младенца: он пропускает до 95 % падающего УФ-излучения. С возрастом хрусталик начинает приобретать желтый оттенок и становится не столь прозрачным. К 25 годам менее 25 % падающих ультрафиолетовых лучей достигают сетчатки. При афакии глаз лишен естественной защиты хрусталика, поэтому в такой ситуации важно пользоваться УФ-поглощающими линзами или фильтрами.
Следует учитывать, что целый ряд медицинских препаратов обладают фотосенсибилизирующими свойствами, то есть увеличивают последствия от воздействия ультрафиолета. Оптики и оптометристы должны иметь представление об общем состоянии человека и применяемых им препаратах для того, чтобы дать рекомендации по поводу применения средств защиты.

Какие существуют средства защиты глаз?

Наиболее эффективный способ защиты от ультрафиолета - прикрытие глаз специальными защитными очками, масками, щитками, которые полностью поглощают УФ-излучение. На производстве, где применяются источники УФ-излучения, использование таких средств является обязательным. Во время пребывания на открытом воздухе в яркий солнечный день рекомендуется носить солнцезащитные очки со специальными линзами, которые надежно защищают от УФ-излучения. Такие очки должны иметь широкие заушники или прилегающую форму для предупреждения проникновения излучения сбоку. Бесцветные очковые линзы также могут выполнять эту функцию, если в их состав введены добавки-абсорберы или проведена специальная обработка поверхности. Хорошо прилегающие солнцезащитные очки защищают как от прямого падающего излучения, так и от рассеянного и отраженного от различных поверхностей. Эффективность использования солнцезащитных очков и рекомендации по их применению определены путем указания категории фильтра, светопропусканию которого соответствуют очковые линзы.

Наиболее эффективный способ защиты от ультрафиолета - прикрытие глаз специальными защитными очками, масками, которые полностью поглощают УФ-излучение

Какие стандарты регламентируют светопропускание линз солнцезащитных очков?

В настоящее время в нашей стране и за рубежом разработаны нормативные документы, регламентирующие светопропускание солнцезащитных линз согласно категориям фильтров и правила их применения. В России это ГОСТ Р 51831-2001 «Очки солнцезащитные. Общие технические требования», а в Европе - EN 1836: 2005 «Personal eye protection - Sunglasses for general use and filters for direct observation of the sun».

Каждый вид солнцезащитных линз разработан для определенных условий освещенности и может быть отнесен к одной из категорий фильтров. Всего их пять, и они нумеруются от 0 до 4. Согласно ГОСТ Р 51831-2001, светопропускание T,  %, солнцезащитных линз в видимой области спектра может составлять от 80 до 3-8 % в зависимости от категории фильтра. Для УФ-B- диапазона (280-315 нм) этот показатель не должен быть больше 0,1T (в зависимости от категории фильтра он может быть от 8,0 до 0,3-0,8 %), а для УФ-A-излучения (315-380 нм) - не больше 0,5T (в зависимости от категории фильтра - от 40,0 до 1,5-4,0 %). В то же время производители качественных линз и очков устанавливают более жесткие требования и гарантируют потребителю полное отрезание ультрафиолета до длины волны 380 нм или даже до 400 нм, о чем свидетельствует специальная маркировка на линзах очков, их упаковке или сопроводительной документации. Следует отметить, что для линз солнцезащитных очков эффективность защиты от ультрафиолета не может однозначно определяться степенью их затемнения или стоимостью очков.

Правда ли, что ультрафиолет более опасен, если человек носит некачественные солнцезащитные очки?

Это действительно так. В естественных условиях, когда человек не носит очки, его глаза автоматически реагируют на избыточную яркость солнечного света изменением размера зрачка. Чем ярче свет, тем меньше зрачок, и при пропорциональном соотношении видимого и ультрафиолетового излучения этот защитный механизм работает весьма эффективно. Если же применяется затемненная линза, то освещение кажется менее ярким и зрачки увеличиваются, позволяя большему количеству света достигать глаз. В том случае, когда линза не обеспечивает надлежащую защиту от ультрафиолета (количество видимого излучения уменьшается больше, чем ультрафиолетового), суммарное количество попадающего в глаза ультрафиолета оказывается более значительным, чем при отсутствии солнцезащитных очков. Именно поэтому окрашенные и светопоглощающие линзы должны содержать УФ-абсорберы, которые снижали бы количество УФ-излучения пропорционально уменьшению излучения видимого спектра. По международным и отечественным стандартам светопропускание солнцезащитных линз в УФ-области регламентируется как пропорционально зависимое от светопропускания в видимой части спектра.

Какой оптический материал для очковых линз обеспечивает защиту от ультрафиолета?

Некоторые материалы для очковых линз обеспечивают поглощение УФ-излучения благодаря своей химической структуре. Оно активизирует фотохромные линзы, которые в соответствующих условиях блокируют его доступ к глазу. Поликарбонат содержит группы, поглощающие излучение в ультрафиолетовой области, поэтому он оберегает глаза от ультрафиолета. CR-39 и другие органические материалы для очковых линз в чистом виде (без добавок) пропускают некоторое количество УФ-излучения, и для надежной защиты глаз в их состав вводят специальные абсорберы. Эти компоненты не только защищают глаза пользователей, обеспечивая отрезание ультрафиолета до 380 нм, но и предупреждают фотоокислительную деструкцию органических линз и их пожелтение. Минеральные очковые линзы из обычного кронового стекла непригодны для надежной защиты от УФ-излучения, если в состав шихты для его производства не введены специальные добавки. Такие линзы можно использовать в качестве солнцезащитных фильтров только после нанесения качественных вакуумных покрытий.

Правда ли, что эффективность защиты от ультрафиолета для фотохромных линз определяется их светопоглощением в активированной стадии?

Некоторые пользователи очков с задают подобный вопрос, так как беспокоятся о том, будут ли они надежно защищены от ультрафиолета в пасмурный день, когда нет яркого солнечного излучения. Следует отметить, что современные фотохромные линзы поглощают от 98 до 100 % УФ-излучения при любых уровнях освещенности, то есть вне зависимости от того, являются ли они в данный момент бесцветными, средне- или темно-окрашенными. Благодаря этой особенности фотохромные линзы подходят для пользователей очков, находящихся на открытом воздухе в различных погодных условиях. В настоящее время растет число людей, которые начинают понимать, какую опасность представляет длительное воздействие УФ-излучения для здоровья глаз, и многие выбирают фотохромные линзы. Последние отличаются высокими защитными свойствами в сочетании с особым преимуществом - автоматическим изменением светопропускания в зависимости от уровня освещенности.

Является ли темная окраска линз гарантией защиты от ультрафиолетового излучения?

Сама по себе интенсивная окраска солнцезащитных линз не дает гарантии защиты от ультрафиолета. Следует отметить, что дешевые органические солнцезащитные линзы, выпущенные в условиях крупносерийного производства, могут иметь достаточно высокий уровень защиты. Как правило, сначала смешивают специальный УФ-абсорбер с сырьем для производства линз и делают бесцветные линзы, а затем осуществляют окрашивание. Добиться обеспечения УФ-защиты для солнцезащитных минеральных линз сложнее, так как их стекло пропускает больше излучения, чем многие виды полимерных материалов. Для гарантированной защиты необходимо введение ряда добавок в состав шихты для выпуска заготовок линз и применение дополнительных оптических покрытий.
Окрашенные рецептурные линзы делают из соответствующих бесцветных линз, которые могут иметь или нет достаточное количество УФ-абсорбера для надежного отрезания соответствующего диапазона излучения. Если нужны линзы со 100 %-й защитой от ультрафиолета, задача контроля и обеспечения такого показателя (до 380-400 нм) возлагается на оптика-консультанта и мастера - сборщика очков. В этом случае введение УФ-абсорберов в поверхностные слои органических очковых линз производится по технологии, аналогичной окрашиванию линз в растворах красителей. Единственное исключение состоит в том, что УФ-защиту не увидеть глазом и для ее проверки нужны специальные приборы - УФ-тестеры. Производители и поставщики оборудования и красителей для окраски органических линз включают в свой ассортимент различные составы для поверхностной обработки, обеспечивающие разные уровни защиты от ультрафиолета и коротковолнового видимого излучения. Провести контроль светопропускания ультрафиолетовой составляющей в условиях стандартной оптической мастерской не представляется возможным.

Следует ли вводить абсорбер ультрафиолетового излучения в бесцветные линзы?

Многие специалисты считают, что введение УФ-абсорбера в бесцветные линзы принесет только пользу, так как защитит глаза пользователей и предупредит ухудшение свойств линз под воздействием УФ-излучения и кислорода воздуха. В некоторых странах, где существует высокий уровень солнечной радиации, например в Австралии, это является обязательным. Как правило, стараются обеспечить отрезание излучения до 400 нм. Таким образом, исключены наиболее опасные и высокоэнергетические составляющие, а оставшегося излучения достаточно для правильного восприятия цвета предметов окружающей действительности. Если границу отрезания сдвинуть в видимую область (до 450 нм), то у линз появится желтый цвет, при увеличении до 500 нм - оранжевый.

Как можно убедиться, что линзы обеспечивают защиту от ультрафиолетового излучения?

На оптическом рынке представлено много различных УФ-тестеров, которые позволяют проверить светопропускание очковых линз в ультрафиолетовом диапазоне. Они показывают, какой уровень пропускания у данной линзы в УФ-диапазоне. Однако следует учитывать и то, что оптическая сила корригирующей линзы может оказать влияние на данные измерения. Более точные данные удается получить при помощи сложных приборов - спектрофотометров, которые не только показывают светопропускание при определенной длине волны, но и учитывают при измерении оптическую силу корригирующей линзы.

Защита от ультрафиолетового излучения является важным аспектом, который нужно учитывать при подборе новых очковых линз. Надеемся, что приведенные в данной статье ответы на вопросы об ультрафиолетовом излучении и способах защиты от него помогут вам подобрать очковые линзы, которые дадут возможность сохранить здоровье ваших глаз на долгие годы.

Ультрафиолет — это часть спектра электромагнитного излучения, которая находится за границами нашего восприятия. Проще говоря — невидимое излучение. Но не совсем. Видимый нами свет ограничен длинами волн от 380 нм до 780 нм (нанометров). Длина волн ультрафиолета или ультрафиолетового излучения лежит в диапазоне от 10 нм до 400 нм. Получается, что все-таки мы можем видеть ультрафиолет — но только его малую часть, находящуюся в небольшом промежутке между 380 и 400 нм.

Все. Сухие факты закончились, начинаются факты интересные. Дело в том, что это еле видимое излучение на самом деле играет огромную роль не только в биосфере (об этом мы обязательно расскажем отдельно), но и в освещении. Проще говоря, ультрафиолет помогает нам видеть.

Ультрафиолет и освещение

Основное применение ультрафиолет нашел в светильниках. Электрические разряды заставляют светиться газ внутри люминесцентной лампы (или компактной люминесцентной лампы) в ультрафиолетовом диапазоне. Для того чтобы получить видимый свет , на стенки лампы наносится специальное покрытие из материала, который будет флуоресцировать — то есть светиться в видимом диапазоне — под воздействием ультрафиолетового излучения. Такой материал называется люминофором, и производители постоянно работают над улучшением его состава, чтобы повысить качество получаемого видимого света. Именно поэтому на сегодняшний день мы имеем неплохой выбор люминесцентных ламп, которые не только выигрывают у обычных ламп накаливания в энергоэффективности, но и производят достаточно приятный для глаза свет практически полного спектра.

Какие еще могут быть применения у ультрафиолета?

Существует целый ряд материалов, способных светиться в ультрафиолете. Эта способность называется флуоресценцией — ей обладают многие органические вещества. Кроме нее существует и так называемая фосфоресценция — ее отличие в том, что вещество испускает свет с более низкой интенсивностью, но продолжает светиться еще некоторое время (часто довольно длительное — до нескольких часов) после прекращения воздействия на него ультрафиолетового излучения. Эти свойства активно используются при изготовлении различных «светящихся в темноте» предметов и украшений.

Ведущий научный сотрудник лаборатории обработки сенсорной информации Вадим Максимов, ведущий автор исследования, опубликованного в престижном британском журнале Proceedings of the Royal Society B , рассказал РИА Новости о том, в каких цветах видят мир птицы, рыбы, люди и насекомые.

Цвета, которых нет

Разных цветов на самом деле не существует — нет такого физического свойства. Красные, зеленые, синие предметы всего лишь отражают свет с немного разной длиной волны. Цвета "видит" уже наш мозг, получая сигнал от зрительных рецепторов, "настроенных" на определенную длину волны.

Способность различать цвета зависит от числа типов таких рецепторов в сетчатке глаза и их "настройки". Рецепторы, отвечающие за цветное зрение, называются колбочками, но существует также "черно-белый канал" — палочки. Они намного чувствительнее, благодаря им мы можем ориентироваться в сумерках, когда колбочки уже не работают. Но и различать цвета в это время мы не можем.

Что видят люди…

Большинство млекопитающих, в том числе собаки, обладают двумя типами колбочек — коротковолновыми (с максимумом чувствительности к излучению с длиной волны 420 нанометров) и длинноволновыми (550 нанометров). Однако у человека и у всех приматов Старого света три типа колбочек и «трехмерное» цветовое зрение. Колбочки человека настроены на 420, 530 и 560 нанометров — мы воспринимаем их как синий, зеленый и красный цвета.

"Но 2% мужчин — тоже дихроматы, их называют "цветнослепые". На самом деле они не цветнослепые, у них просто есть только два типа колбочек — коротковолновая и одна из двух длинноволновых. Они видят цвета, но хуже — не различают красный и зеленый. Это и есть дальтоники", — сказал Максимов.

Ненужное цветовое зрение

Зрение собак ученые исследовали с конце 19 века. В 1908 году ученик Павлова Леон Орбели, изучавший условные рефлексы у собак, доказал почти полное отсутствие цветового зрения у собак. Однако в середине 20 века американские ученые обнаружили, что у собак в сетчатке присутствуют два типа колбочек, "настроенных" на 429 и 555 нанометров, хотя и в небольшом числе — лишь 20% от общего числа фоторецепторов.

"Собаки могут видят цвета примерно так же, как дальтоники. Американцы, которые обнаружили приемники в сетчатке, видели, что собаку можно научить различать цвета. Но они все равно делали вывод, что в жизни собака скорее всего не использует цветовое зрение, поскольку собаки существенную часть жизни бодрствует в сумерки, когда колбочки не работают", — сказал Максимов.

Однако он и его коллеги в эксперименте смогли доказать, что собаки действительно не только технически способны различать цвета, но и использовать это умение в жизни. В эксперименте ученые помешали пищу в закрытой и непрозрачной для запахов коробке под листами бумаги, окрашенной в светло-синий, темно-синий, светло-желтый и темно-желтый цвета.

"А потом мы взяли и поменяли цветности этих листов. И вдруг оказалось, что собаки идут не на светлую, как раньше, а на темную бумагу, но с тем же цветом. Оказалось, что для нее важна не яркость, а цвет, то есть они не только могут различать цвета, но и пользуются этим на практике", — говорит ученый.

Четырехмерное зрение

Рекордсмены по цветному зрению — рыбы, птицы и рептилии. Большинство видов этих животных — тетрахроматы, в их сетчатке присутствуют четыре типа колбочек, а у тропических раков-богомолов — 16 типов приемников.

В частности, вьюрки обладают колбочками, настроенными на ультрафиолет (370 нанометров), синий (445 нанометров), зеленый (508 нанометров) и красный (565 нанометров) цвета. "При этом птицы плохо различают яркость. Черное от белого они отличают, но оттенки серого — отказываются. И их совсем нельзя научить, если стимулы отличаются не только яркостью, но и цветом. Они "цепляются" за цвет", — сказал Максимов.

Зато птицам доступен неведомый человеку ультрафиолетовый цвет. Максимов рассказал об экспериментах с полевыми воробьями, которых учили различать листы бумаги, выкрашенные мелом и цинковыми белилами в разные оттенки серого.

"Цинковые белила поглощают ультрафиолет, а мел — нет. Для человека это одинаковый белый цвет. Приучаем птиц летать на цинковые светлые листы, потом "цинковую" бумажку делаем темной, а "меловую" делаем светлой. И видим, что птица летала на светлую бумажку, а теперь начинает летать на темную — именно потому, что она видит "ультрафиолетовый" цвет", — отметил собеседник агентства.

Предела нет

Строго говоря, никакой четкой границы видимости для рецепторов не существует, просто по мере удаления от "своей" длины волны, они становятся все менее и менее чувствительными, нужна все более высокая яркость, чтобы "разбудить" рецептор, говорит ученый.

"Когда экспериментируют со зрением, по мере движения в стороны от видимого диапазона чувствительность падает экспоненциально, но сколько вы не будете двигаться в инфракрасную или ультрафиолетовую область, она остается ненулевой", — отметил Максимов.

По его словам, в особых условиях, в абсолютной темноте и после долгой адаптации человек может увидеть "инфракрасный свет" — излучение, проходящее через специальное стекло, пропускающее длины волн больше 720 нанометров. Синие колбочки сетчатки человека "аппаратно" способны видеть ультрафиолетовое излучение — проблема в том, что роговица и хрусталик глаза его не пропускают.

"Бывает, что у человека по поводу катаракты вынимается хрусталики, в этом случае человек может видеть ультрафиолет. У нас был сотрудник, который видел разницу между двумя белилами — свинцовыми и цинковыми. Цинковые белила поглощают ультрафиолет, а свинцовые отражают", — сказал Максимов.

Исследование с использованием ультрафиолетовых лучей в техническом отношении достаточно простое и доступное средство научного анализа произведений искусства. В практике изучения живописи их применение сводится к визуальному наблюдению или фотографированию вызываемой ими видимой люминесценции, то есть свечения вещества в темноте под действием фильтрованных ультрафиолетовых лучей. Различают два вида такого свечения: флуоресценцию — свечение, прекращающееся в момент, когда кончается действие источника его возбуждения, и фосфоресценцию — свечение, продолжающееся некоторое время после окончания действия источника возбуждения. В исследовании произведений живописи используют только флуоресценцию.

Под действием ультрафиолетовых лучей вещества органического и неорганического происхождения, в том числе некоторые пигменты, лаки и другие компоненты, входящие в состав произведения живописи, светятся в темноте. При этом свечение каждого вещества относительно индивидуально: оно определяется его химическим составом и характеризуется конкретным цветом и интенсивностью, что позволяет идентифицировать то или иное вещество или обнаруживать его присутствие.

Понятие люминесценции. Ультрафиолетовая область спектра непосредственно следует за сине-фиолетовым участком его видимой части.

В этой области различают три зоны — ближнюю, примыкающую к видимому спектру (400-315 нм), среднюю (315-280 нм) и дальнюю, еще более коротковолновую. Ультрафиолетовое излучение, естественным источником которого является солнечный свет, подобно другим видам излучения, может поглощаться веществом, отражаться им или проходить сквозь него.

Для возникновения люминесценции необходимым является поглощение света веществом: поглощенная атомами и молекулами световая энергия возвращается в виде светового же излучения, которое носит название фотолюминесценции.

Частицы вещества, способного люминесцировать, поглотив световую энергию, приходят в особое возбужденное состояние, которое длится очень короткий промежуток времени (порядка 10-8 сек.). Возвращаясь в исходное состояние, возбужденные частицы отдают избыток энергии в виде света — люминесценции. Согласно правилу Стокса, люминесцирующее вещество, поглотившее световую энергию определенной длины волны, излучает свет обычно большей длины волны. Поэтому, когда возбуждение производится невидимыми ближними ультрафиолетовыми лучами, люминесценция приходится на видимую область спектра и может быть любого цвета — от фиолетового до красного.

Спектральный состав излучения люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света: цвет свечения вещества определяется только составом вещества. Что же касается интенсивности свечения, она может зависеть от длины волны возбуждающего излучения. Это объясняется тем, что возбуждающий свет различных длин волн поглощается веществом неодинаково, а следовательно, вызывает и разный уровень люминесценции. Поэтому когда речь идет об обнаружении малых количеств вещества, приходится иметь дело с набором компонентов, состав которых не известен, желательно использовать источник возбуждения, излучающий ультрафиолетовые лучи в возможно более широком диапазоне длин волн; другое условие — применение источника, обладающего возможно более мощным излучением. Поскольку свечение вещества возникает за счет поглощения энергии возбуждаемого света, то, чем большее количество энергии поглощает единица объема люминесцирующего вещества, тем интенсивнее будет свечение. Как показывает практика люминесцентного анализа, среди люминесцирующих веществ наиболее часто встречаются такие, люминесценция которых хорошо возбуждается ближними ультрафиолетовыми лучами с длиной волны больше 300-320 нм

Источники ультрафиолетовых лучей и светофильтры. Для возбуждения фотолюминесценции желательно использовать такие источники света, в которых полезное излучение составляет большую долю. Наиболее полно этому условию отвечают газоразрядные лампы, среди которых широкое применение получили ртутные лампы, изготовленные в виде трубки или сферы из специального стекла или кварца.

В качестве источника длинноволнового ультрафиолетового излучения обычно применяют лампы высокого давления, рассчитанные на работу от сети переменного тока. Эксплуатация ламп производится с приборами включения и в арматуре заводского изготовления Такие лампы удобны, когда надо возбудить люминесценцию больших поверхностей. Основная часть энергии этих ламп сосредоточена в видимой и ближней ультрафиолетовых областях.

Лампы высокого давления дают линейчатый спектр, то есть излучают в нескольких спектральных областях при отсутствии излучения в промежутках. Первой интенсивной линией в ультрафиолетовой области является линия 366 нм, затем идут более слабая линия 334 нм, интенсивная, но узкая линия 313 нм и серия слабых линий в границах от 303 до 248 нм.

Лампы сверхвысокого давления, у которых около 45% энергии приходится на ультрафиолетовую область, в отличие от предыдущих дают сплошной спектр (фон), над которым поднимаются отдельные пики максимумов, соответствующие примерно линиям излучения ламп высокого давления.

Коротковолновое излучение можно получить и при помощи ламп низкого давления, свечение которых возникает за счет возбуждения люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность лампы. Такие лампы излучают в области 315-390 нм (максимум излучения 350 нм). Достоинством лампы является компактность, позволяющая использовать ее в разного рода переносных установках, работающих на постоянном токе или с небольшим дросселем от сети переменного тока. Интенсивность излучения лампы очень невелика, что позволяет вести с ее помощью только визуальное наблюдение.

В практике работы зарубежных музейных лабораторий популярностью пользуются лампы мощностью в 500 Вт, изготовленные из «черного» стекла. Благодаря стандартному цоколю эти лампы не требуют специальных монтировочных устройств. Получили широкое распространение и люминесцентные лампы-трубки. Изготовленные из того же стекла, они пропускают только ультрафиолетовую часть спектра. Будучи установленными по сторонам исследуемого произведения, эти лампы дают более равномерное освещение большой поверхности. Лампы-трубки имеют еще одно немаловажное преимущество: они работают без предварительного разогрева, и их можно включать сразу же после выключения, не делая перерыва для охлаждения, что значительно экономит время на операторскую работу.

Поскольку интенсивность свечения, вызываемого ультрафиолетовыми лучами, очень невелика и обнаружить его можно только в темноте, необходимо в процессе исследования исключить видимый свет рассмотренных источников ультрафиолетового излучения. Это легко осуществить с помощью специальных светофильтров, изготовленных из стекла, содержащего никель, кобальт и некоторые другие элементы. В ходе исследования светофильтр помещают между источниками света и объектом изучения. Наиболее удобны стандартные светофильтры марки УФС, предназначенные для выделения определенных зон ультрафиолетового спектра.

Наиболее широкое применение получило стекло марки УФС-3 (стекло, или фильтр Вуда). Лучший фильтр для зоны 390-320 нм, оно пропускает до 90 % излучения 366 нм и поглощает всю видимую область. Отечественная промышленность выпускает также фильтр УФС-6. Имея максимум пропускания в области 360 нм и выделяя ту же область 390-320 нм, он имеет лучшие оптические характеристики и технологические свойства. Стекло УФС-4 отличается от рассмотренных фильтров несколько большим поглощением в указанной области, но является более термостойким.

Так как в целом ряде случаев видимая люминесценция какой-либо наиболее интересной детали, например подписи, бывает очень слабой, даже незначительное количество пропускаемого стеклами УФС видимого фиолетового и красного света может оказать мешающее действие. Для улучшения условий наблюдения и фотофиксации в этих случаях используют дополнительные светофильтры, хорошо пропускающие лучи, соответствующие свечению интересующей детали и поглощающие фиолетовые и красные лучи, которые могут отражаться от объекта, забивая люминесценцию. Необходимо помнить, что такие фильтры сами не должны люминесцировать. Чтобы убедиться в этом, достаточно поместить выбранное стекло в зону действия источника ультрафиолетовых лучей.

Исследование живописи с помощью фильтрованных ультрафиолетовых лучей следует начинать через 5-10 минут после того, как в темном помещении включена лампа. Это время необходимо, чтобы лампа перешла в режим рабочего горения и чтобы глаза адаптировались в темноте. Если лампа сразу не включается, делают еще одно или несколько повторных включений. После того как лампу выключили, нельзя ее включать вновь, если она не остыла, на что требуется 10-15 минут. Включение неостывшей лампы может привести к ее порче.

Нужно помнить, что ультрафиолетовые лучи вредны для глаз. Достаточно несколько секунд посмотреть на открытую лампу (или закрытую светофильтром), чтобы получить воспаление, наступающее через несколько часов. Слабее действуют, но также вредны для глаз ультрафиолетовые лучи, отраженные от исследуемого предмета. Поэтому при работе с ультрафиолетовыми лучами желательно надевать очки с простыми или оптическими стеклами, значительно снижающими количество ультрафиолетовых лучей, попадающих в глаза.

Ультрафиолетовые лучи значительно повышают ионизацию воздуха, усиливая при этом выделение озона и окислов азота. Поэтому в помещении, где проводится работа с ультрафиолетовыми лучами, должен быть обеспечен усиленный обмен воздуха приточно-вытяжной вентиляцией. После окончания работы желательно активное проветривание рабочего помещения.

Как показали специальные исследования и почти вековая музейная практика работы с этим излучением, при этом не происходят ни ухудшения сохранности картин, ни изменения колорита.

Фотофиксация проводимых исследований. При анализе данных люминесцентного исследования нельзя полагаться лишь на субъективные оценки: наблюдения должны быть зафиксированы и выражены какими-либо объективными показателями. Только в этом случае можно сравнивать и сопоставлять между собой факты, отмеченные при изучении разных произведений. Характерным признаком видимой люминесценции является ее цвет. Однако визуальное определение цвета, как уже говорилось, крайне субъективно. Поэтому было бы целесообразным проведение спектрофотометрирования отдельных участков живописи, что позволило бы однозначно характеризовать окраску свечения. Из-за сложности снятия спектрофотометрических характеристик с большого количества разнородных участков, разбросанных на большой площади произведения, получил распространение менее точный, но более доступный способ фиксации люминесценции — ее фотографирование.

Видимая люминесценция фиксируется фотографически с помощью тех же фотокамер и на тех же фотоматериалах, которые используются при обычной черно-белой репродукционной съемке, поскольку люминесценция является видимым излучением. Однако при фотографировании необходимо соблюдать следующие условия. Из-за слабости свечения съемку нужно вести в темном помещении, а источник ультрафиолетового излучения должен быть экранирован одним из названных выше светофильтров, поглощающих всю видимую часть спектра. Так как не все попавшие на поверхность живописи ультрафиолетовые лучи ею поглощаются, часть их может, отразившись, попасть в объектив фотоаппарата и в силу значительно большей активности, чем свет люминесценции, отрицательно повлиять на качество негатива. Чтобы этого не случилось, перед объективом помещают фильтр, задерживающий ультрафиолетовые лучи, но беспрепятственно пропускающий свет люминесценции.

Для обычной съемки, без специального выделения люминесценции определенного цвета, рекомендуется использовать фильтры ЖС-4 толщиной 1,5-2 мм в комбинации с фильтром ЖС-11 или ЖС-12 толщиной 2-3 мм. Так как стекло ЖС-11 люминесцирует, его надо помещать после стекла ЖС-4 (то есть ближе к объективу). Правильный подбор заграждающих светофильтров имеет очень большое значение для выявления слабо различимых цветовых отличий люминесценции. При этом следует руководствоваться теми же правилами, что и при обычной фотографии. Как и во всех прочих случаях, при работе со светофильтрами желательно пользоваться каталогом цветного стекла, руководствуясь графиками, характеризующими их свойства.

Наводка на резкость и кадрирование изображения при съемке люминесценции ведутся по матовому стеклу в условиях естественного или искусственного освещения. После того как все подготовлено к съемке, исключают весь видимый свет и, если источники ультрафиолетового света находятся в рабочем состоянии, производят съемку.

Проявление негатива ведется в стандартном проявителе. При изготовлении фотоотпечатков нужно следить за тем, чтобы они правильно передавали характер свечения (рис. 61).

Если фотографируют целиком произведение или крупный фрагмент, его необходимо осветить двумя источниками света, расположенными на небольшом расстоянии от него (около 1 м) по обеим сторонам от фотоаппарата. При одностороннем освещении действие ультрафиолетовых лучей окажется слишком неравномерным и исказит характер свечения. Кроме того, осветители должны быть установлены таким образом, чтобы весь световой поток был направлен на фотографируемый объект и не попадал в объектив.

Экспозиция при съемке зависит от интенсивности люминесценции, чувствительности пленок, мощности источников ультрафиолетовых лучей, удаленности их от объекта съемки, фильтров на объективе. Обычно при фотографировании произведения среднего размера (1x0,7 м) с двумя ртутными лампами по 1000 Вт, находящимися на расстоянии 1-1,2 м от ближнего края картины, и фильтром УФС-6, на пленке чувствительностью 65 ед. ГОСТ, светофильтре на объективе ЖС-4 и диафрагме 22 экспозиция составляет 20-25 минут.

Нужно, однако, заметить, что съемка общего вида произведения не всегда бывает целесообразна. Как и в обычных условиях освещения, при съемке люминесценции гораздо эффективнее и богаче по информации оказываются макрофотографии или фотографии отдельных деталей.

Большую документальную ценность представляет цветная фотография люминесценции. Не говоря о том, что всю цветовую гамму свечения черно-белая фотография сводит к ахроматической шкале яркостей, некоторые участки, представляющие при визуальном наблюдении люминесценции достаточный контраст благодаря различию в цвете, на черно-белой фотографии могут оказаться практически трудно различимыми или вовсе неразличимыми. Источники света для возбуждения видимой люминесценции, их расположение по отношению к картине и увеолевые фильтры остаются теми же, что и при черно-белой съемке. Перед объективом фотокамеры целесообразнее поместить, чтобы не нарушать цветопередачу, бесцветное стекло БС-10 в комбинации со стеклом ЖС-3 или только стекло ЖС-3. Время экспозиции при съемке подбирается опытным путем. Как и при других видах фотосъемки, большое значение имеет цветное макрофотографирование деталей. На таких фотографиях цветные нюансы люминесценции воспринимаются значительно полнее.

Исследование в отраженных ультрафиолетовых лучах. Не все испускаемое источником ультрафиолетовое излучение поглощается исследуемой поверхностью и преобразуется в видимое свечение. Часть его отражается от объекта и может быть зафиксирована фотографически. Фотографирование живописи в отраженных ультрафиолетовых лучах является самостоятельным видом ее исследования, во многом дополняющим исследование в свете видимой люминесценции (рис. 62).

Для этой цели используют ту же пленку, что и для регистрации видимой люминесценции. Процесс фотографирования отличается от съемки видимой люминесценции лишь тем, что перед объективом фотокамеры помещают светофильтр, поглощающий весь видимый свет и пропускающий только ультрафиолетовые лучи. Источник света лучше не экранировать светофильтром, так как при этом неизбежно происходит ослабление ультрафиолетового излучения.

Наводка на резкость проводится при обычном освещении. Если фотографирование в ультрафиолетовых лучах осуществляется после фотографирования видимой люминесценции, никаких дополнительных манипуляций, кроме замены фильтра перед объективом и удаления фильтра с источника света, не требуется. Так как ультрафиолетовые лучи являются очень активными, экспозиция по сравнению с фотографированием в свете видимой люминесценции намного короче и составляет при описанных выше условиях съемки от 15 секунд до 1 минуты.

Разница в преломлении видимого света и ультрафиолетовых лучей не сказывается на резкости изображения даже при макросъемке. При достаточном диафрагмировании объектива (до 22) фотографии отличаются высокой степенью резкости изображаемых деталей. Использование обычных фотообъективов позволяет проводить подобные исследования только в зоне ближних ультрафиолетовых лучей. Поэтому целесообразнее всего при съемке пользоваться теми источниками света и светофильтрами, максимум излучения и пропускания которых лежит в этой области спектра. Более коротковолновые ультрафиолетовые лучи, отраженные от картины, не могут быть зафиксированы фотографически, так как они полностью поглощаются стеклянными линзами фотообъектива. Для работы в коротковолновой зоне требуются специальные объективы, изготовленные из кварца, однако такие объективы довольно дороги и труднодоступны для рядовой лаборатории.

Для того чтобы быть уверенным в чистоте исследования, осуществляемого с помощью ультрафиолетовых лучей, желательно все виды фотофиксации проводить с применением специальных индикаторов, представляющих собой небольшую алюминиевую пластинку с нанесенным на нее люминофором, закрепляемую на поверхности фотографируемого объекта в неответственном месте. Приемником отраженных ультрафиолетовых лучей кроме светочувствительных эмульсий могут служить электроннооптические преобразователи, имеющие сурьмяно- или кислородно-цезиевые катоды. Такие преобразователи обладают значительной чувствительностью в области 340-360 нм. При работе с этими приборами перед объективом помещают один из фильтров серии УФС, а поскольку фотокатод преобразователя обладает высокой чувствительностью к инфракрасной области спектра, целесообразно дополнительно поместить перед объективом фильтр СС-8, поглощающий часть этого излучения. Источник света используется тот же, что и при фотографировании в отраженных ультрафиолетовых лучах.

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:)