Тема № 2МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ІНТЕНСИВНОСТІ ТА ПРОФІЛАКТИЧНОЇ ДОЗИ УЛЬТРАФІОЛЕТОВОЇ РАДІАЦІЇ.

Навчальна мета

Ознайомитись з фізичними характеристиками та біологічними властивостями ультрафіолетової радіації (УФР).

Оволодіти методами вимірювання інтенсивності УФР.

Освоїти одиниці вимірювання інтенсивності УФР та розрахунки УФ опромінення (УФО) при різних методах вимірювання.

Вихідні знання та вміння

Знати:

Природу, фізичні характеристики, спектральний склад сонячної радіації.

Фізичні характеристики, спектральний склад, біологічну дію УФР.

Дозиметричні одиниці і методи вимірювання УФР.

Вміти:

Працювати з ультрафіолетметром (уфіметром) згідно інструкції до нього.

Визначати титри реактивів та концентрацію речовин методом об'ємної титрометрії.

Використовувати математичні методи розрахунку інтенсивності та доз

УФР.

Питання для самостійної підготовки

Природа сонячної радіації, основні складові елементи корпускулярної та електромагнітної частини сонячної радіації.

Спектральний склад ультрафіолетової частини сонячної радіації на межі з атмосферою і на поверхні Землі (області А, В, С).

Штучні джерела УФР, їх фізичні та гігієнічні характеристики.

Основні види біологічної (біогенної та абіогенної) дії УФР та її особливості для кожної області спектрального складу УФР.

Методи вимірювання інтенсивності УФР - фізичні, фотохімічні, біологічні, розрахункові.

Одиниці вимірювання інтенсивності УФР, що використовуються при цих методах, їх взаємоспіввідношення.

Поняття еритемної, фізіологічної, профілактичної дози УФО.

Завдання (задачі) для самопідготовки

Ледь помітне почервоніння (еритема) на шкірі передпліччя через 20 годин після локального опромінення лампою ЛЕ-30 розвинулось під другим віконцем біодозиметра Горбачова, через яке опромінення здійснювали протягом 5 хвилин.

Одержання еритемної дози УФО від лампи ЛЕ-30 забезпечується протягом 4 хвилин на відстані 2 м від джерела. Розрахуйте, яка тривалість опромінення повинна бути для отримання профілактичної дози на відстані 4 м від лампи.

Структура заняття

Заняття лабораторне. Після перевірки вихідного рівня знань і підготовки до заняття студенти, користуючись інструктивними матеріалами (додатки), виконують самостійну роботу по вимірюванню інтенсивності УФР на вказаній відстані від лампи ЛЕ-30 або ПРК (прямої ртутно-кварцевої) трьома методами: фізичним - за допомогою ультрафіолетметра, фотохімічним - щавлево-кислим методом, біологічним - за допомогою біодозиметра Горбачова.

Останню роботу студенти на цьому занятті лише починають. Користуючись біодозиметром Горбачова, один у одного студенти опромінюють шкіру на передпліччі, та на шкірі записують номери віконець або термін опромінення. Через 18- 20 годин визначають еритемну дозу, заносять її до протоколу, і до наступного заняття розраховують фізіологічну і профілактичну дозу для себе.

Література

Основна:

Загальна гігієна. Пропедевтика гігієни. /Є.Г.Гончарук, Ю.І.Кундієв, В.Г.Бардов та ін / За ред. Є.Г. Гончарука. - К.: Вища школа, 1995. - Є. 207-239.

Общая гигиена. Пропедевтика гигиены. /Е. И. Гончару к, Ю.И.Кундиев,

Г.Бардов и др. - К.: Вища школа, 2000 - С. 254-289.

Габович Р.Д., Познанский С.С., Шахбазян Г.Х. Гигиена. - К.: 1983 -

31-36.

Загальна гігієна. Посібник до практичних занять. /І.І.Даценко,

О.Б.Денисюк, С.Л.Долошицький та ін. /За ред І.І.Даценко - Львів.: “Світ”, 1992 -

С. 48-50.

Матеріали лекції до теми.

Додаткова:

Минх А.А. Методы гигиенических исследований. - М.: Медицина, 1971 - С. 42-48.

Оснащення заняття

Ультрафіолетметр (уфіметр) ДАУ-81 чи іншої моделі.

Біодозиметр Горбачова.

Сантиметрова стрічка чи рулетка.

Штучні джерела УФ випромінювання: пряма ртутно-кварцева (ПРК), дугова ртутно-кварцева (ДРТ), еритемні увіолеві ЕУВ-30, JIE-30, лампи бактерицидні БУВ-30, ЛБ-30.

Реактиви: 0,1н розчин щавлевої кислоти (6,3 г на 1 л.

0,1н розчин щавлевої кислоти з азотнокислим уранілом 5,02 г/л; 0,1н розчин КМ11О4 (3,16 г на 1 л. дистильованої води);

6% розчин сірчаної кислоти (60 мл на 1 л. дистильованої води).

Кварцеві пробірки, обклеєні чорним папером з віконцем площею 3-4

2

см - 2 шт.

Додаток 1

Сонячна радіація, її фізичні характеристики та спектральний склад.

Сонячна радіація - це інтегральний потік корпускулярних часток (протони, альфа-частинки, електрони , нейтрони, нейтрино) та електромагнітного (фотонного) випромінювання.

Електромагнітний склад сонячної радіації

(за R.F.Donnelly, O R.White, 1980) Довжина хвилі X в нанометрах Діапазон радіочастот >100000 Далека інфрачервона ділянка 100000- 10000 Інфрачервона ділянка 10 000 - 760 Видима, або оптична ділянка 760 - 400 Ультрафіолетова ділянка 400- 120 Крайня ультрафіолетова ділянка 120-10 М’яке рентгенівське випромінювання 10-0,1 Жорстке рентгенівське випромінювання <0,1 УФР Сонця з довжиною хвилі менше 290 нм повністю поглинається киснем та озоном у верхніх шарах земної атмосфери. Проте, забруднення атмосфери промисловими викидами, особливо фреоном, сприяє руйнуванню озонового шару атмосфери, появі так званих “озонових дірок”, через які до поверхні землі доходять більш короткі та небезпечні для всього живого УФ промені.

Штучні джерела УФ радіації:

прямі ртутно-кварцеві (ПРК), дугові ртутно-кварцеві (ДРТ) лампи генерують УФР у діапазоні хвиль 240-380 нм;

лампи еритемні увіолеві (БУВ-15, ЕУВ-30, ЛЕ-30) - у діапазоні 285-380 нм;

лампи бактерицидні увіолеві БУВ-30, ЛБ-30 - у діапазоні 240-380 нм.

Весь діапазон УФ-випромінювання Сонця та штучних джерел поділяється на три області:

область А - довгохвильове УФ-випромінювання: X = 315-400 нм;

область В - середньохвильове УФ-випромінювання: X = 280-315 нм;

область С - короткохвильове УФ-випромінювання: X = 10-280 нм.

Спектральний склад та основні властивості УФ-радіацїї представлені на мал.

' V А V " V

Область А Обласгь Б Область С

390

Мал. 2.1. Спектральний склад та основні властивості ультрафіолетової радіації (УФР)

Біологічна дія УФР: біогенна (загально стимулююча, Д-вітаміноутворююча, пігментоутворююча) та абіогенна (бактерицидна, канцерогенна тощо).

Загальностимулююча (еритемна) дія УФР радіації властива діапазону 250-320 нм, з максимумом при 250 і 297 нм (подвійний пік), та мінімумом при 280 нм. Ця дія проявляється в фотолізі білків у шкірі (УФ промені проникають у шкіру на глибину 3-4 мм) з утворенням токсичних продуктів фотолізу- гістаміну, холіну, аденозину, пірімідінових сполук та інших. Останні всмоктуються в кров, стимулюють обмін речовин в організмі, ретикулоендотеліальну систему, кістковий мозок, підвищують кількість гемоглобіну, еритроцитів, лейкоцитів, активність ферментів дихання, функцію печінки, стимулюють діяльність нервової системи тощо.

Загальностимулююча дія УФР підсилюється завдяки її еритемному ефекту - рефлекторному розширенню капілярів шкіри, особливо, якщо одночасно має місце достатньо інтенсивне інфрачервоне випромінювання. Еритемний ефект при надмірному опроміненні може закінчитись опіком шкіри.

Д-вітаміноутворююча (антирахітична) дія УФР властива для діапазону 315-270 нм (область В) з максимумом в діапазоні 280-297 нм. Дія заключається в розщеплені кальциферолів: із ергостерину (7,8-дегідрохолестерину) в шкіряному салі (в сальних залозах) під впливом УФР завдяки розщепленню бензольного кільця утворюється вітамін Д2 (ергохолекалциферол), вітамін Д3 (холекалциферол), а з провітаміну 2,2-дегідроергостеріну - вітамін Д 4.

Пігментостворююча (загарна) дія УФР характерна для діапазонів області А, В і довжиною хвилі 280-340 нм з максимумом при 320-330 нм та 240-260 нм. Вона обумовлена перетворенням амінокислоти тирозіну, діоксіфенілаланіну, продуктів розпаду адреналіну під впливом УФР і ферменту тірозінази в чорний пігмент меланін. Меланін захищає шкіру (і весь організм) від надлишку УФ, видимої та інфрачервоної радіації.

Бактерицидна (абіотична) дія УФР властива області С і В та охоплює діапазон від 300 до 180 нм з максимумом при хвилі 254 нм (за іншими даними - 253,7-267,5 нм).

Канцерогенна дія УФР проявляється в умовах жаркого тропічного клімату та на виробництвах з високими рівнями та тривалою дією технічних джерел УФР (електрозварювання тощо).

Додаток 2.

Методи вимірювання УФ радіації

Інтегральний (сумарний) потік радіації Сонця вимірюється піранометрами

(наприклад, піранометр Янишевського) і виражається в мкал . Сонячна постійна

см~ • хв

дорівнює 2 мкал на границі атмосфери і 1 мкал на рівні Землі.

см2. хв CM2 . хв

Біологічний (еритемний) метод - визначення еритемної дози за допомогою біодозиметра М.Ф. Горбачова (мал. 2.2). Еритемна доза (ЕД) або біодоза - найменший термін УФ опромінення незасмаглої шкіри у хвилинах, після якого через 15-20 годин (у дітей через 1-3 години) з'являється виразне почервоніння шкіри (еритема).

Біодозиметр М.Ф. Горбачова являє собою планшетку з 6-ма отворами (1,5х х1,0 см), котрі закриваються рухомою пластинкою. Для визначення еритемної дози біодозиметр закріплюють на незасмаглій частині тіла (внутрішня частина передпліччя). Доцільно помітити на шкірі (кульковою ручкою) розташування і номер ві-конець. Досліджувану ділянку шкіри розташовують на відстані 0,5 м від штучного джерела УФР (після прогріву лампи 10-15 хв.) і відчиняють кожне віконце на 1 хвилину. Таким чином, віконце № 1 опромінюється 6 хв , № 2 - 5 хв , № 3 - 4 хв., №4-3 хв., № 5 - 2 хв., № 6 - 1 хв. В залежності від потужності джерела та інших умов час опромінення і відстань до джерела можуть бути іншими.

Контроль появи еритеми проводять через 18-20 годин після опромінення. Еритемну дозу визначають у хвилинах за номером віконця, де еритема буде найменшою.

Фізіологічна доза складає !Л - {Ц еритемної, а профілактична - Vg еритемної

дози.

Профілактичну дозу на необхідній для опромінення пацієнтів відстані розраховують за формулою:

де: В - відстань від лампи до пацієнта в м;

С - стандартна відстань в м, на якій визначається еритемна доза (0,5 м);

А - еритемна доза на стандартній відстані, хв.

Примітка: як відмічено раніш, студенти один у одного на занятті лише опромінюють шкіру через дозиметр Горбачова, на шкірі кульковою ручкою нумерують віконця, а через 18-20 годин самостійно визначають еритемну дозу, розраховують фізіологічну та профілактичну дозу, дані заносять у протокол, про результати роботи звітують на наступному занятті.

Мал.

Фотохімічний (щавлевокислий) метод розроблений З.Н.Куличковою і оснований на розкладанні щавлевої кислоти у присутності азотнокислого уранілу пропорційно інтенсивності та тривалості УФ опромінення її титрованого розчину.

Результат вимірювання виражається у кількості міліграмів розкладеної щав- левої кислоти на 1 см“ поверхні розчину, яка опромінювалась. Одній еритемній дозі відповідає 3,7- 4,1 мг/см2 розкладеної щавлевої кислоти, фізіологічній дозі - 1 мг/см2, профілактичній дозі - 0,5 мг/см2.

Інтенсивність ультрафіолетової радіації за цим методом визначається в мг розкладеної щавлевої кислоти на 1 см“ поверхні розчину за одиницю часу (доба, година).

Реактиви: 0,1 н. розчин щавлевої кислоти (6,3 г на 1 л дистильованої води); робочий 0,1 н розчин перманганату калію (3,16 г КМ11О4 віл дистильованої води): робочий 0,1 н розчин щавлевої кислоти з азотнокислим уранілом (6,3 г щавлевої кислоти і 5,02 г азотнокислого уранілу віл дистильованої води); 6 % розчин сірчаної кислоти (60 мл концентрованої кислоти на 1 л дистильованої води).

Порядок дослідження:

Визначають титр 0,1 н. розчину КМ11О4 точним 0,1 Н розчином щавлевої кислоти (Т). Для цього в колбу для титрування відмірюють 25 мл розчину H2SO4, 25 мл 0,1 н. розчину щавлевої кислоти, підігрівають на водяній бані до 70°, титрують із бюретки 0,1 н. розчином КМ11О4 до появи ледь помітного рожевого кольору, не зникаючого на протязі 1 хв. Титр розраховують шляхом ділення кількості мл щавлевої кислоти на кількість мл розчину КМ11О4, використаного на титрування.

Визначають початковий об'єм розчину КМ11О4 по робочому розчину щавлевої кислоти з уранілом (Vi), який буде опромінюватись. Для цього замість розчину чистої щавлевої кислоти береться 25 мл робочого розчину щавлевої кислоти з азотнокислим уранілом. Титрування проводять аналогічно.

Експозиція робочого розчину у досліджуваному місці для визначення інтенсивності УФР. В затемнену чорним папером кварцову пробірку з світловим вікном у папері певного розміру наливають 25 мл робочого розчину щавлевої кислоти з азотнокислим уранілом.

Закрита корком пробірка виставляється в штативі на відкритій ділянці для вимірювання УФР Сонця і небосхилу на добу або на певну кількість годин, або ж у відповідному місці під джерелом штучної УФР (лампа JIE-30, ПРК та інші). Після експозиції пробірка зберігається у світлонепроникному футлярі.

Примітка: Для прискорення роботи студенти отримують готовий робочий розчин, експонований лабораторією.

Визначення об’єму розчину КМ11О4 по робочому розчину щавлевої кислоти з азотнокислим уранілом після експозиції (V2) виконується аналогічно описаному вище. Різниця між початковим об’ємом розчину КМ11О4 і його об’ємом після експозиції робочого розчину щавлевої кислоти показує, скільки щавлевої кислоти розклалось під дією УФР.

Інтенсивність УФР вимірюють в мг розкладеної щавлевої кислоти на 1см“ поверхні світлового вікна пробірки за годину.

Розрахунок здійснюється за формулою:

де: Т -титр 0,1 н. розчину КМ11О4 по щавлевій кислоті;

Vi і V2- об'єми розчину КМ11О4, витрачені на титрування щавлевої кислоти з азотнокислим уранілом, відповідно, до і після опромінення УФР, мл;

- кількість мг щавлевої кислоти в 1 мл 0,1 н. розчину;

S - площа світлового вікна кварцової пробірки, см“;

t - термін експозиції пробірки під джерелом УФР, годин (від Сонця) чи хвилин (від штучного джерела УФР).

Примітка. При вимірювані дози УФР результат вимірювання виража- ють у кількості розкладеної щавлевої кислоти на см“ за хвилину (від штучного джерела) чи за годину (від Сонця).

Приклад висновку. Інтенсивність УФР Сонця і небосхилу, за результатами визначення складає 1,3 мг/см“ • годину розкладеної щавлевої кислоти, що відповідає 0,3 еритемної дози. Людині щодоби потрібно отримати не менше 7g еритемної дози, для цього вона повинна знаходитись просто неба не менше, ніж 24 хв.

Фізичний (фотоелектричний) метод - вимірювання інтенсивності УФ радіації ультрафіолетметром (скорочено - уфіметром). Уфіметр - фізичний прилад з магнієвим (для діапазону 220-290) або сурм’яно-цезієвим (290-340 нм) фотоелеме-

„ . мВт - мкВт

нтом. Результати вимірювання виражаються в — або —.

м ‘ см"

У зв’язку з тим, що еритемний ефект різний при різних довжинах хвиль, а найбільший при Х=291 нм, введена еквівалентна цій довжині одиниця - мікроер. тобто 1 мкер =1

мкВт

при к= 297 нм. При інших довжинах хвиль результат вимі мкВт

СМ"

рювання в

множать на відносну біологічну ефективність (ВБлЕ) (табл. 1). мкВт

СМ"

З них

Наприклад, інтенсивність УФР, виміряна уфіметром, дорівнює 6 СМ"

4 мкВт при Х=291 нм, а 2 мкВт при А,=310 нм. Звідси доза опромінювання складає:

СМ" СМ"

Відносна біологічна ефективність УФР різних діапазонів

4x1+2x0,03=4,06 мкер. Встановлено, що 1 ЕД=700-1000 мкер; 1 профілактична доза - 100 мкер.

Таблиця 1 Довжина хвилі, нм 320 310 300 297 280 250 180 Відносна біологічна ефективність 0,01 0,03 0,5 1,0 0,75 0,43 0,18 Аналогічно до викладеного вище, бактерицидний ефект найбільший при довжині хвилі 254 нм, а при інших довжинах хвилі знижується, тому введена одиниця мікробакт. 1 мікробакт = 1

мкВт

при А.=254 нм, а при інших довжинах хвилі результат мкВт

СМ'

вимірювання в

множать на коефіцієнт відносної бактерицидної ефективності CM"

(ВБцЕ) (табл. 2).

Відносна бактерицидна ефективність

Таблиця 2 Довжина хвилі, нм 320 300 280 254 220 180 100 Відносна бактерицидна ефективність 0,02 0,08 0,45 1,0 0,84 0,76 0,74 Існує кілька типів уфіметрів. Нижче приведена інструкція до використання дозиметра УФ радіації автоматичного ДАУ-81 для вимірювання інтенсивності УФР і дози опромінювання .

Дозиметр ДАУ-81 призначений для вимірювання енергії випромінювання в межах до 500 Вт/м2і дози опромінення в діапазоні від 10 Дж/м2до 15 МДж/м2в межах кутів падіння випромінювання ±80“штучними джерелами випромінювання: бактерицидного діапазону УФР-ДБ в спектральній області від 0,22 до 0,28 мкм (обл. С); лампами ЛУФ-40, ЛУФ-80 в спектральній області від 0,32 до 0,40 мкм (видиме світло).

Дозиметр ДАУ-81 складається з блоку вимірювання і перетворювачів: - первинного (УФ-С) з фотоелементом Ф-29, який працює в спектральній області 0,22- 0,28 мкм (обл. С); - первинного (УФ-А) з фотоелементом Ф26 з комплектом світлофільтрів УФ і C3C23, що забезпечують вимірювання в спектральній області 0,32-0,40мкм (обл. А); - первинного (ФАР) з фотоелементом Ф25 з комплектом світлофільтрів СЗС25 і ЗС4, що забезпечують вимірювання в спектральній області 0,38-0,71 мкм (видиме світло).

Підготовка дозиметра до роботи. Підключіть до блоку вимірювання перетворювач первинний, відповідний вибраній спектральній області (С, А чи видимого), а кабель управління джерелом випромінювання (УФ лампою) до системи управління.

Ввімкніть прилад в електромережу. Прилад готовий до вимірювання, якщо при натисканні кнопки “Сеть” стрілка на вимірювальному приладі відхиляється від нуля.

Порядок роботи. Ввімкніть дозиметр, натиснувши кнопку “Сеть”.

Ручкою “Уст. 0” встановіть стрілку мікроамперметра на нульову позначку, перед тим натиснувши клавішу перемикача меж випромінювання енергетичної освітлюваності “10” (перетворювач первинний закритий).

Натисніть клавішу “500”. Зніміть кришку з первинного перетворювача. Перевірте показники мікроамперметра. Якщо показники становлять менше !А шкали, переходьте на більш чутливий режим, послідовно натискуючи клавіші “100”, а потім “10”.

Встановіть за датчиком необхідну дозу опромінення .

Натисніть кнопку “Сброс”. На лічильнику повинні встановитися нулі.

При досягненні заданої дози (співпадання з показником індикатора дози) спрацьовує звукова сигналізація та поступить сигнал на вимикання джерела випромінювання (УФ лампи).

Змініть показання звукового сигналу, знову натисніть кнопку “Сброс”. На табло знову засвітяться нулі.

Після встановлення необхідної дози опромінення на датчику дозиметр знову готовий до роботи.

Розрахункові методи визначення інтенсивності УФ радіації.

Розрахунок еритемного потоку маячного (пересувного) опромінювана JIE-10 проводять за формулою:

опромінювана 5,4 • S • H/t,

де: - загальний (сумарний) еритемний потік опромінювана, мер/м2 • хв;

- коефіцієнт запасу;

S - площа приміщення, м2; t - тривалість роботи опромінювана, хв;

Н - доза профілактичного УФ опромінення, мер/м“ • хв. = 5000 мер/м • хв; =2500 мер/м2 • хв;

V CM j ґ м кВтЛ

см' мкВт

V

= 1250 мер/м • хв;

Значення Н: - при 1 ЕД = 800 мкер - при !Л ЕД = 400 мкер

при 74 ЕД = 200 мкер

ґ мкВт'

см

мкВт

V см' )

при Vg ЕД =100 мкер

2

= 625 мер/м“ • хв.

Примітка: Розрахунок доз профілактичного УФ опромінення при проведені сонячних та небесних ванн за допомогою таблиць приведений в наступній темі № 3 “Методика використання УФ випромінювання з метою профілактики захворювань та санації повітряного середовища”.