Методы измерения и нормирования интенсивности ультрафиолетового излучения

Благоприятное воздействие УФ-излучения можно обеспечить путем регулирования его интенсивности и эритемной дозы облучения, а также четкого контроля проведения процесса облучения. В настоящее время для этой цели используют три метода: биологический, фотохимический и фотоэлектрический.

Биологический метод широко применяется в медицинской практике. В его основе лежит определение эритемной - биологической дозы (витадозы) облученности. Биодоза – это наименьшее количество УФ-облучения (или минимальное время облучения), которое вызывает (через 8 – 14 ч) появление едва заметного покраснения на незагорелом участке кожи (определяется с помощью биодозиметра Горбачева).

Доза, предупреждающая гипо- и авитаминоз D, нарушения фосфорно-кальциевого обмена и другие нежелательные последствия светового голодания, называется профилактической дозой и составляет 1/8 эритемной дозы. Физиологическая доза ультрафиолетового излучения (с точки зрения ее адаптогенного действия) составляет ¼ - ½ эритемной дозы.

Пороговая эритемная биодоза непостоянна и зависит от пола, возраста, состояния здоровья и других индивидуальных особенностей. Биодоза устанавливается экспериментально в каждом конкретном случае или выборочно – для наиболее ослабленных лиц, которые будут подвергаться облучению.

Фотохимический метод определения степени эритемной облученности, вызванной УФ-излучением, основывается на разложении последним в присутствии уранил нитрата титрованного раствора щавелевой кислоты. Одной эритемной дозе соответствует 4 мг разложившейся щавелевой кислоты на 1 см² поверхности облученного раствора.

Фотоэлектрический (физический) метод основывается на определении интенсивности УФ-излучения с помощью специальных приборов – ультрафиолетметров или уфиметров (УФМ-71). Эти приборы позволяют определять энергетическую (физическую) величину УФ-излучения – степень энергетической облучённости для оценки интенсивности УФ-облучения и характера распределения его на поверхности в объеме помещения. Результаты измерения обозначаются в ваттах на квадратный метр и в производных ватта (Вт/м², мВт/м², мкВт/м²). С помощью указанных приборов можно определить и количество облучения, т.е. дозу энергетической облученности, для дозирования излучения отдельно в эритемном (290 – 340 нм) и бактерицидном (220 – 290 нм) диапазонах - Вт/(м² · час), мВт/( м² · час), мкВт/( м² · час).

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Эритемный поток энергии (мощности) характеризует УФ-излучение с точки зрения его полезности (в малых дозах) действия на организм человека. Единицей эритемного потока является эр – поток монохроматического излучения в 1Вт с длиной 297 нм.

Эритемная облученность это отношение эритемного потока энергии к единице площади (эр/м², эр/см², мэр/м²).

Доза эритемной облученности – отношение эритемного потока энергии УФ-излучения за единицу времени к единице площади. Единица дозы эритемной облученности – эр/(м² · ч); мэр/(м² · ч); мкэр/(см² · ч). Одна биодоза эритемной облученности (эритемная доза – ЭД) этого излучения (λ – 297 нм) составляет 5000 мэр/(м² · ч).

Бактерицидное действие УФ-излучения оценивается по бактерицидному потоку и измеряется в бактах (бакт – бактерицидный поток монохроматического излучения в 1 Вт и длиной волны 255,5 нм). Производными единицами бакта (бакт/м²) являются милли-, микробакт на метр или сантиметр квадратный (мбакт/м², мкбакт/см²).

УФ-недостаточность и ее профилактика

Население Республики Беларусь, проживающее в географической зоне ультрафиолетового комфорта (51,8 - 56,0º св. широты) могут испытывать УФ-дефицит в зимнее время года (от середины декабря до середины января). УФ-дефицит испытывают также лица, работающие в шахтах или в помещениях, где нет естественного освещения (метро, трюмы, машинные отделения и т.п.). При недостатке солнечного света может нарушиться физиологическое равновесие организма человека, что в свою очередь может вызвать развитие патологического состояния, называемое ультрафиолетовой недостаточностью. Наиболее часто данная патология проявляется гипо- или авитаминозом D, вследствие чего снижаются защитные силы и адаптационные возможности организма. А это, как известно, обусловливает его предрасположенность к различным заболеваниям (например, простудного характера). УФ-недостаточность может способствовать обострению хронических заболеваний (туберкулез, полиартрит, радикулит), снижению сопротивляемости организма по отношению к токсическим, канцерогенным, мутагенным и инфекционным агентам.

УФ-недостаточность у детей, даже при нормальном их питании, играет ведущую роль в развитии экзогенного рахита (вследствие нарушения обмена кальция и фосфора), у взрослых - остеопороза, и способствует замедленному срастанию костей при переломах, увеличению заболеваемости кариесом зубов.

Для профилактики ультрафиолетовой недостаточности следует проводить комплекс гигиенических мероприятий:

1. Рациональная застройка населённых мест.

2. Охрана атмосферного воздуха от загрязнений.

3. Обеспечение достаточного солнечного облучения.

4. Применение искусственного УФ-облучения для компенсации недостатка солнечного света.

В настоящее время практически используются три типа искусственных источников УФ-излучения.

1. Эритемные люминесцентные лампы (ЛЭ) ЭУВ – источники УФ-излучений в области А и В. Максимальное излучение лампы лежит в области В (313 нм). Они изготавливаются из увиолевого стекла и заполняются ртутью, а также инертным газом. Мощность лампы составляет 15 или 30 Вт. Средний срок службы – 1000 ч. Для этих ламп разработана специальная арматура 2 типов:

- комбинированные светильники ШЭЛ-1, ШЭЛ-2, где, кроме ламп ЭУВ, имеются осветительно-люминесцентные лампы;

- облучатели ОЭ-1-15 и ОЭО-2-30, предназначеные только для ламп ЭУВ.

Эритемные светооблучательные установки рекомендуется применять в помещениях, в которых длительно пребывают люди, в частности,

- детских учреждениях (ясли, детсады, школы, детдома и др.);

- лечебно-профилактических учреждениях (больницы, санатории, дома отдыха);

- жилых домах (общежитиях, интернатах) севернее 60º северной широты;

- спортивных залах;

- производственных помещениях, где нет естественного света.

В цехах химической промышленности светооблучательные установки можно размещать только в том случае, если условия работы не связаны с эозином, акридином, метиленовой синькой и другими веществами, обладающими фотосенсибилизирующими свойствами.

Применение эритемных светооблучательных установок является эффективным и перспективным методом, позволяющим создать в помещении своего рода солнечный свет, что обусловливает возможность людям находиться в нем в обычной одежде с открытыми лицами, шеей, руками.

Облучатели должны располагаться на потолке или на стене, на уровне 2,5 м от пола. Длительность облучения в классах школ - 4-6 ч, в детских садах - 6-8 часов и т.д. Длительность работы и продолжительность сезона применения светооблучательной установки для районов, находящихся на 50-60º-ной северной широте, с 1 декабря по 1 апреля.

Облучательные установки-фотарии, устраиваются для контингентов людей, не имеющих постоянного рабочего места или работающих под землей. В фотариях люди облучаются интенсивным потоком УФ-излучения в течение 2 – 3 минут ежедневно. Наиболее совершенными в настоящее время считаются фотарии кабинного и проходного (лабиринтного) типов. В этих фотариях используются лампы ЭУВ-30, расположенные вертикально на расстоянии 160 - 250 мм друг от друга.

2. Прямые ртутно-кварцевые лампы (ПРК) – являются мощными источниками излучения в областях А,В,С и в видимой части спектра. Они изготавливаются из кварцевого стекла. Их максимальное излучение находится в УФ-части спектра, в областях В (25% всего излучения) и С (15% всего излучения). Эти лампы применяются как для облучения людей профилактическими и лечебными дозами, так и для обеззараживания объектов внешней среды (воздуха, воды). Время облучения и расстояние до лампы строго дозируются; глаза облучаемых лиц и персонала защищаются темными стеклянными очками.

Применяются лампы ПРК 4-х типов: ПРК-2 (375 Вт), ПРК-4 (220 Вт), ПРК-7 (1000 Вт), ПРК-10. Для ламп ПРК разработаны 2 типа облучателей маячного типа. Для оборудования фотария обычно используют лампу ПРК-7. Ее располагают в центре помещения, облучаемых располагают по кругу на расстоянии не менее 3 м от нее (расстояние между людьми должно быть 30-40 см, между людьми и стеной помещения - не менее 1 м, чтобы исключить передозировку облучения вследствие его отражения от стен).

В фотариях облучают в осенне-зимний сезон, как правило, ежедневно или через день. Обычно назначают 16-20 сеансов облучения с последующим 2 месячным перерывом. Облучение можно проводить ежедневно или через день. Дозы облучения постепенно повышают; начальная - составляет ½ биодозы. Схему облучения определяют по табл.1, а площадь, необходимую для устройства фотария маячного типа, расстояние до источника, время ежедневного облучения рассчитывают в каждом конкретном случае с помощью табл.2 Приложений.

3. Бактерицидные лампы из увиолевого стекла БУВ (ДБ) являются источником УФ-излучения в зоне С. Их максимальное излучение 254 нм. Они применяются только для обеззараживания внешней среды (воздуха, воды) и различных предметов (посуды, игрушек). Эти лампы изготавливаются из увиолевого стекла и заполнены аргоном, а также ртутью в дозированном количестве, при давлении 10 мм рт. ст.. Номинальная мощность промышленного изготовления ламп 15 Вт (БУВ-15), 30 Вт (БУВ-30), 60 Вт (БУВ-60). Для ламп БУВ (облучатели НБО и ПБО, комбинированный облучатель) разработана специальная экранирующая аппаратура, направляющая лучи так, что облучаемый не видит включенную лампу.

Существует 2 метода санации воздуха помещений лампами БУВ.

1. Наиболее эффективен метод санации в присутствии людей (ожидальни поликлиник, групповые комнаты детских садов, помещения для рекреации в школах и т.д.) путем облучения верхней зоны помещения экранированными снизу лампами БУВ, размещенными не ниже 2,5 м от пола в местах наиболее интенсивных конвекционных потоков воздуха (над отопительными приборами, над дверью и т.д.). Облучать такие помещения рекомендуется 3-4 раза в день с перерывами для их проветривания. Общее время облучения воздуха в закрытых помещениях не должно превышать 8ч сут. Мощность суммарного бактерицидного облучения ламп БУВ зависит от мощности каждой из них. На 1 м³ объёма данного помещения должно приходиться 0,75 – 1 Вт мощности, потребляемой лампой из сети.

2. Санация воздуха помещений в отсутствие людей (бактериологических лаборатории, операционные, перевязочные и др.) после влажной уборки. В таких случаях открытые лампы размещают равномерно по всему помещению или над рабочими столами. Над дверью также помещается лампа, создающая «завесу» из бактерицидных лучей. Минимальное количество ламп должно быть таким, чтобы они в целом давали на 1 м³ помещения 1,5 Вт потребляемой из сети мощности. Минимальное время облучения должно быть 15 – 20 мин.

Санация воздуха помещений излучением ламп ПРК в присутствии людей осуществляется установками, расположенными на высоте 1,7 м от пола. В состав такой установки входит лампа ПРК и рефлектор, обращенный вверх к потолку. На 1 м³ помещения должно приходиться 2-3 Вт потребляемой из сети мощности. Облучение осуществляется по 30 мин. несколько раз в день с интервалами для проветривания.

Санация в перерывах в отсутствие людей (между работой, во время прогулки детей и т.д.) может проводиться длительное время. При этом на 1 м³ помещения должно приходиться 5-10 Вт потребляемой из сети мощности.

Задания для самостоятельной работы студентов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОДОЗЫ ВЗРОСЛОГО ЧЕЛОВЕКА

Биодоза определяется с помощью биодозиметра и того же источника искусственного ультрафиолетового излучения, который будет использоваться для профилактического облучения (лампа ЭУВ или ПРК). Биодозиметр Горбачева (пластинка с 6 - 8 отверстиями) укрепляют на сгибательной поверхности предплечья. Облучаемая поверхность должна находиться в 1 м от источника (лампа ПРК-1). После прогрева лампы (в течение 10 мин) на 1 мин открывают первое отверстие, затем, передвигая шторку, открывают второе отверстие, тоже на 1 мин и т.д. Таким образом, через отверстие №1 кожа облучается 6 мин, №2 – 5, №3 – 4, №4 – 3, №5 – 2, №6 – 1 мин.

Процесс образования эритемы контролируют через 6-10 час. После облучения находят то отверстие биодозиметра, где эритема была наименьшей за минимальное время облучения.

Профилактическую дозу рассчитывают по формуле: Х = (В/С)² · А · 1/8,

где Х – профилактическая доза (мин); В – заданное расстояние в фотарии (м); С – стандартное расстояние (м); А – эритемная доза на стандартном расстоянии (мин);

1/8 – часть эритемной дозы – профилактическая доза.

Следовательно, эритемную и профилактическую дозу выражают в минутах (продолжительность облучения); решить задачу 6 Приложений.

Экспериментально установлено, что для профилактики УФ-недостаточности здоровым людям необходимо ежедневно получать 1/10 – 1/8 биодозы.

Облучение искусственными УФ-излучениями противопоказано для людей, страдающих активной формой туберкулёза, резко выраженным атеросклерозом, заболеваниями щитовидной железы, сердечно-сосудистой системы, печени, почек, малярией, злокачественными новообразованиями.

РАСЧЕТ СВЕТООБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

С ЭРИТЕМНЫМИ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМИ ЛАМПАМИ

Если профилактическая доза составляет более 1/10 биодозы, то количество ламп ЭУВ определяется по формуле: F_уст. = 5,4 · S · Н/t мэр, где F - общий эритемный поток всей установки; 5,4 – коэффициент запаса, учитывающий ряд технических показателей (старение ламп, неравномерность облучения) ; S – площадь помещения (м²); t – время работы установки (мин); Н – доза профилактического УФ-облучения, выраженное в специальной единице (мэр/(мин · м²).

Перевод дозы профилактического УФ-облучения, выраженного в биодозах, в специальные единицы (мэр/ (мин. · м²) проводится, исходя из того что биодоза равна

5000 мэр/ (мин. · м²). Например, ¼ биодозы будет составлять 1250 мэр/ (мин. · м²), 1/10 - составит 500 мэр/ (мин. · м²) и т.д.

Время облучения (t) должно быть максимально длительным. При его назначении врач должен учитывать длительность пребывания людей в помещении (не менее 4 и не более 8 ч).

Подставив в формулу величину Н в специальных единицах и время в минутах, получим общий эритемный поток всей установки (F).

Количество эритемных ламп рассчитывают по формуле: n = F_уст./F_{1 лампы} , где

n – количество ламп; F – эритемный поток соответственно установки и F₁ –одной лампы ЭУВ.

Эритемный поток лампы ЭУВ-15 составляет 340 мэр, ЭУВ-30 – 530 мэр.

ОЦЕНКА БАКТЕРИЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОРОТКОВОЛНОВОГО УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАМП БУВ

Для оценки эффективности действия указанных ламп необходимо осуществить:

• посев воздуха учебной лаборатории на чашки Петри с плотной питательной средой аспирационно-седиментационным методом с помощью аппарата Кротова или путем естественного осаждения микрофлоры на питательную среду (до и после облучения);

• облучение двух чашек Петри (после естественного осаждения микрофлоры воздуха на поверхности плотной питательной среды) в боксе лампой БУВ в течение соответственно 5 мин и 10 мин. Контролем служит третья не облученная чашка. Все чашки подписываются и помещаются в термостат при 37ºС на 24 ч. Выросшие колонии подсчитывают в чашках, с которыми работали студенты предыдущей группы.

Степень микробного загрязнения воздуха оценивается путем определения его показателя – микробного числа N (общее количество микроорганизмов в 1 м³ воздуха) по формуле: N = А · 1000/ Т · V, где А – количество колоний на чашке Петри; Т – время отбора пробы воздуха (мин); V – скорость пропускания воздуха (л/мин).

Бактерицидное действие УФ-радиации характеризуется степенью эффективности (показывает, на сколько процентов снизилось количество микроорганизмов в 1 м³ воздуха после его санации) или коэффициентом эффективности (показывает, во сколько раз снизилось количество микроорганизмов в том же объеме).

Санация считается эффективной, если степень эффективности равна 80%, а коэффициент эффективности – не менее 5.

Рассчитанное после санации воздуха микробное число сравнивают с ориентировочными показателями допустимой бактериальной обсемененности воздуха закрытых помещений (см. таблицы Приложения).

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ РАДИАЦИИ

С ПОМОЩЬЮ УФМ-71

УФ-радиация измеряется ультрафиолетметрами (УФМ). В основе их действия лежит преобразование лучистой энергии ультрафиолетового спектра в электрический ток.

УФМ-71 предназначен для измерения средней сферической УФ-облученности в эритемной области спектра. Спектральная чувствительность сурьмяно-цезиевого вакуумного фотоэлемента с полупрозрачным сферическим катодом лежит в области 280 - 380 нм. Прибор отградуирован в миллиэрах на квадратный метр (мэр/м²), что позволяет контролировать поток УФ-облучения, падающий на определенную площадь.

Пользуются уфиметром УФМ-71 в следующем порядке.

1. Подготовка к работе:

   • достают из кожуха светочувствительную головку и укрепляют ее на держателе.

2. Включение прибора:

• нажимают на кнопку «Вкл.»;

• ручкой «Уст. нуля» стрелку переводят на «0»;

• проверяют работоспособность прибора путем нажатия на кнопку «Контроль» (если стрелка устанавливается в диапазоне от 35 до 45 делений по верхней шкале, значит прибор исправен;

• повторным нажатием на клавишу «Контроль» заканчивают проверку работоспособности прибора.

3. Работа прибора:

• включают верхний предел измерений (3000 мэр/м³), если поток УФ-излучения анализируемого объекта (лампа ПРК) не известен;

• проверяют установку нуля;

- снимают колпачок с фотоэлемента и располагают его по возможности ближе к лампе ПРК, снимают отсчет облученности по шкале;

- включают следующий диапазон измерения и производят их, если указанный выше предел не подходит.

4. Выключение прибора:

- нажимают на кнопку «Вкл.», после чего ждут возврата её в исходное положение;

- укладывают светочувствительную головку в гнездо кожуха.

Студенты с помощью прибора УФМ-71 самостоятельно измеряют УФ-облучённость воздуха от лампы ЭДРТ –230 (облучатель ОКН –11) на различных расстояниях от нее (обязательно использовать держатель светочувствительной головки), а также общую эритемную облученность от небосвода (через двойное застекленное окно) и на открытом воздухе. Результаты измерений заносятся в протокол занятий.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблицы

Таблица 1

Схема облучения людей искусственными

источниками УФ-облучения

Облучение
Контингент	Цель	Схема получения биодозы по дням
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Шахтеры	Закаливание	0,5	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5
Школьники	Закаливание	0,5	0,5	0,5	0,75	1,0	2,0	2,75	3,5	3,5	3,5
Школьники (ослабленные)	Профилактика УФ-недостаточ­ности	0,5	0,5	0,5	0,75	0,75	1,25	1,25	2,0	2,0	2,0
Дети дошкольного возраста (здоровые)	Закаливание	0,5	0,5	0,5	0,75	1,0	1,25	1,25	1,74	2,0	2,5
Дети дошкольного возраста (ослабленные)	Профилактика УФ-недостаточ­ности	0,5	0,5	0,5	0,8	0,9	1,0	1,0	1,25	1,25	1,25

Таблица 2

Время получения одной биодозы от различных

источников излучения

Источники		Время получения одной биодозы (мин) на расстоянии (м) от лампы
Наименование	Мощность, Вт
		1	2	3
Лампа ПРК-4	220	6	21,6	45
Лампа ПРК-2	375	3.5	13,6	26,8
Лампа ПРК-7	1000	0,5	1,8	3,7

Таблица 3

Допустимые уровни микробной обсеменённости

в некоторых помещениях лечебных учреждений

Пробы		Количество колоний в 1 м3 воздуха
Место забора	Условия отбора	Всего	Патогенных стафилококков
Операционные, родовые залы	до работы во время работы	до 500 до 1000	не должно быть
Предоперационные, перевязочные палаты: послеоперационные, реанимации и интенсивной терапии, для недоношенных детей, ожоговые;	до работы во время работы	до 750 до 1500	не должно быть
для новорождённых;		до 1500	12
послеродовые		до 2000	16
Остальные больничные помещения	во время работы	летом до 3500 зимой до 5000	не более 24 не более 52

Задачи

1. С целью профилактики УФ-недостаточности у здоровых школьников их необходимо ежедневно искусственно облучать с помощью эритемных ламп по ½ биодозы. Площадь класса 48 м² ; время облучения 4 ч.

Сколько для этого нужно ламп ЭУВ-15?

2. Для профилактики УФ-недостаточности школьников необходимо оборудовать фотарий маячного типа (лампа ПРК-2).

Каковы должны быть: площадь помещения для фотария, расстояние между детьми и лампой, ежедневное время излучения?

Сколько детей можно облучать одновременно?

3. Для санации воздуха помещения спортивного зала объемом 1000 м³ его нужно оборудовать установками с лампами БУВ-60. Санация воздуха будет проводиться в присутствии людей.

Сколько ламп БУВ-60 для этого необходимо?

Где и как они должны размещаться?

Каков режим облучения должен быть?

4. Для санации воздуха помещения бактериологической лаборатории в отсутствие работников используют лампы БУВ-60. Площадь помещения 36 м², высота 3,2 м.

Рассчитать минимальное количество ламп, необходимое для данного помещения.

Указать время санации воздуха.

5. Для санации воздуха ортопедического кабинета объемом 90 м³ и рассчитанного на 3 кресла используют лампы ПРК. Ее осуществляют в присутствии людей.

Сколько ламп необходимо использовать?

Где и как они должны быть размещены?

Каков должен быть режим облучения?

6. Эритемная доза для пациента 4 мин. Лампа ПРК установлена на расстоянии 3 м от него.

Сколько времени должен находиться в фотарии пациент, чтобы получить профилактическую дозу?

Литература

Габович Р.Д., Познанский С.С., Шахбазян Г.Х. Гигиена. Киев: Вища школа, 1984, с. 31 – 36.

Здоровье и окружающая среда: Сб. науч. тр. / Под ред. С.М. Соколова, В.Г. Цыганкова. Минск: УП «Технопроект», 2001, - с. 120 – 131.

Общая гигиена: пропедевтика гигиены. Учебник для иностранных студ. / Е.И. Гончарук, Ю.И. Кундиев, В.Г. Бардов и др. Киев: Вища школа, 1999, с. 237 – 289.

Руководство к лабораторным занятиям по гигиене и экологии человека / Под ред. Ю.П. Пивоварова. 2-е изд. Москва: ВУНМЦ МЗ РФ, 1999, с. 56 – 68.

Румянцев Г.И., Козлова Т.А., Вишневская Е.П. Руководство к практическим занятиям по общей гигиене. – М. Медицина, 1980, с. 73 – 80.

Санитарно-гигиенический контроль за питанием, водоснабжением и размещением войск. Учебное пособие под редакцией Н.Ф. Кошелева – Л. ВМедА, 1977, с. 341– 343.

Учебное издание

Замбржицкий Олег Николаевич