Черный свет , также называемый УФ-А светом , лампой Вуда или ультрафиолетовым светом , — это лампа , которая излучает длинноволновый ( УФ-А ) ультрафиолетовый свет и очень мало видимого света . [1] [2] [3] Один тип ламп имеет фиолетовый фильтрующий материал, либо на колбе, либо в отдельном стеклянном фильтре в корпусе лампы, который блокирует большую часть видимого света и пропускает УФ, [2] поэтому лампа имеет тусклый фиолетовый свет во время работы. [4] [5] Лампы черного света, которые имеют этот фильтр, имеют обозначение в светотехнической промышленности, которое включает буквы «BLB». [2] [4] Это означает «черный синий свет». Второй тип ламп излучает ультрафиолет, но не имеет фильтрующего материала, поэтому он излучает больше видимого света и имеет синий цвет во время работы. [2] [3] [4] Эти трубки предназначены для использования в ловушках для насекомых « Buck Sapper » и идентифицируются отраслевым обозначением «BL». [4] [5] Это означает «черный свет».
Источниками черного света могут быть специально разработанные люминесцентные лампы , ртутные лампы , светодиоды (LED), лазеры или лампы накаливания . В медицине , криминалистике и некоторых других научных областях такой источник света называется лампой Вуда, названной в честь Роберта Уильямса Вуда , который изобрел оригинальные стеклянные УФ-фильтры Вуда .
Хотя многие другие типы ламп излучают ультрафиолетовый свет с видимым светом, черные лампы необходимы, когда требуется УФ-А-свет без видимого света, особенно при наблюдении за флуоресценцией [3] [4] цветного свечения, которое многие вещества испускают при воздействии УФ-излучения. Они используются для декоративных и художественных световых эффектов, диагностических и терапевтических целей в медицине [2], обнаружения веществ, помеченных флуоресцентными красителями , охоты за камнями , охоты на скорпионов [6] , обнаружения фальшивых денег , отверждения пластиковых смол, привлечения насекомых [3] и обнаружения утечек хладагента, влияющих на холодильники и системы кондиционирования воздуха . Мощные источники длинноволнового ультрафиолетового света используются в соляриях [3] .
УФ-А представляет потенциальную опасность при воздействии на глаза и кожу, особенно при воздействии источников высокой мощности. По данным Всемирной организации здравоохранения , УФ-А отвечает за начальный загар кожи и способствует ее старению и образованию морщин. УФ-А также может способствовать прогрессированию рака кожи. [7] Кроме того, УФ-А может оказывать негативное воздействие на глаза как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. [8]
Флуоресцентные лампы черного света обычно изготавливаются таким же образом, как и обычные люминесцентные лампы, за исключением того, что внутри трубки используется люминофор , который излучает свет UVA вместо видимого белого света. Тип, наиболее часто используемый для ламп черного света, обозначенный в промышленности как blacklight blue или «BLB», имеет темно-синее фильтрующее покрытие на трубке, которое отфильтровывает большую часть видимого света, так что можно наблюдать эффекты флуоресценции . [9] Эти трубки имеют тусклый фиолетовый свет при работе. Их не следует путать с трубками «blacklight» или «BL», которые не имеют фильтрующего покрытия и имеют более яркий синий цвет. [10] [9] Они предназначены для использования в ловушках для насекомых « Buck Sapper », где излучение видимого света не влияет на работу продукта. Люминофор, обычно используемый для пика излучения около 368–371 нанометра, представляет собой либо легированный европием фторборат стронция ( SrB
2Ф
8: Евросоюз2+
) или борат стронция, легированный европием ( Sr
3Б
2О
6: Евросоюз2+
), в то время как фосфор, используемый для получения пика около 350–353 нанометров, представляет собой силикат бария, легированный свинцом ( BaSi
2О
5: Pb+
). Пик излучения ламп «Blacklight blue» составляет 365 нм. [11]
Производители используют разные системы нумерации для трубок черного света. Система Philips устаревает (по состоянию на 2010 год), в то время как (немецкая) система Osram становится доминирующей за пределами Северной Америки. В следующей таблице перечислены трубки, генерирующие синий, UVA и UVB, в порядке убывания длины волны самого интенсивного пика. [a] Приблизительные составы люминофора, основные номера типов производителей и некоторые области применения приведены в качестве обзора доступных типов. Положение «пика» приближено к ближайшим 10 нм. «Ширина» — это измерение между точками на плечах пика, которые представляют 50% интенсивности.
Другой класс УФ-флуоресцентных ламп предназначен для использования в ловушках для насекомых . Насекомые привлекаются УФ-светом, который они могут видеть, а затем подвергаются воздействию электрического тока от устройства. Эти лампы используют ту же смесь фосфора, излучающего УФ-А, что и фильтрованный черный свет, но поскольку им не нужно подавлять видимый световой поток, они не используют фиолетовый фильтрующий материал в колбе. Обычное стекло блокирует меньшую часть видимого спектра излучения ртути, делая их светло-голубо-фиолетовыми для невооруженного глаза. Эти лампы обозначаются обозначением «черный свет» или «BL» в некоторых североамериканских каталогах освещения. Эти типы не подходят для применений, где требуется низкий видимый световой поток трубчатых ламп «BLB» [13] .
Черный свет также может быть сформирован простым использованием покрытия УФ-фильтра, такого как стекло Вуда, на колбе обычной лампы накаливания . Это был метод, который использовался для создания самых первых источников черного света. Хотя лампы накаливания являются более дешевой альтернативой люминесцентным трубкам, они исключительно неэффективны в производстве УФ-света, поскольку большая часть света, излучаемого нитью накаливания, является видимым светом, который должен быть заблокирован. Из-за своего спектра черного тела лампа накаливания излучает менее 0,1% своей энергии в виде УФ-света. УФ-лампы накаливания из-за необходимого поглощения видимого света сильно нагреваются во время использования. Это тепло, по сути, поощряется в таких лампах, поскольку более горячая нить накаливания увеличивает долю УФ-А в излучаемом черным телом излучении. Эта высокая рабочая температура сокращает срок службы лампы с типичных 1000 часов до примерно 100 часов.
Мощные ртутные лампы черного света производятся с номинальной мощностью от 100 до 1000 Вт. Они не используют люминофоры, а полагаются на усиленную и слегка расширенную спектральную линию 350–375 нм ртути от разряда высокого давления при давлении от 5 до 10 стандартных атмосфер (500 и 1000 кПа), в зависимости от конкретного типа. Эти лампы используют оболочки из стекла Вуда или аналогичные покрытия из оптических фильтров, чтобы блокировать весь видимый свет, а также коротковолновые (УФ-С) линии ртути при 184,4 и 253,7 нм, которые вредны для глаз и кожи. Несколько других спектральных линий, попадающих в полосу пропускания стекла Вуда между 300 и 400 нм, вносят свой вклад в выходной сигнал. Эти лампы используются в основном для театральных целей и концертных представлений. Они являются более эффективными производителями УФА на единицу потребляемой мощности, чем люминесцентные трубки.
Ультрафиолетовый свет может генерироваться некоторыми светодиодами , но длины волн короче 380 нм встречаются редко, а пики излучения широкие, поэтому излучаются только УФ- фотоны с самой низкой энергией , в пределах преобладающего невидимого света.
Хотя черные лампы производят свет в УФ-диапазоне, их спектр в основном ограничен длинноволновой областью UVA, то есть УФ-излучением, наиболее близким по длине волны к видимому свету, с низкой частотой и, следовательно, относительно низкой энергией. Несмотря на низкую, в диапазоне UVB все еще есть некоторая мощность обычного черного света. [14] UVA является самым безопасным из трех спектров УФ-излучения , хотя сильное воздействие UVA было связано с развитием рака кожи у людей. Относительно низкая энергия света UVA не вызывает солнечных ожогов . Он может повреждать коллагеновые волокна, поэтому может ускорить старение кожи и вызвать морщины . Он также может разрушать витамин А в коже.
Было показано, что свет UVA вызывает повреждение ДНК , но не напрямую, как UVB и UVC. Из-за своей большей длины волны он поглощается меньше и проникает глубже в слои кожи , где он производит реактивные химические промежуточные продукты, такие как гидроксильные и кислородные радикалы , которые, в свою очередь, могут повредить ДНК и привести к риску меланомы . Слабого выхода черного света недостаточно, чтобы вызвать повреждение ДНК или клеточные мутации так, как это может сделать прямой летний солнечный свет, хотя есть сообщения о том, что чрезмерное воздействие типа УФ-излучения, используемого для создания искусственного загара в соляриях, может вызвать повреждение ДНК, фотостарение (повреждение кожи от длительного воздействия солнечного света), затвердение кожи, подавление иммунной системы, образование катаракты и рак кожи. [15] [16]
УФ-А может оказывать негативное воздействие на глаза как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. [8]
Ультрафиолетовое излучение невидимо для человеческого глаза, но освещение некоторых материалов УФ-излучением вызывает излучение видимого света, заставляя эти вещества светиться различными цветами. Это называется флуоресценцией и имеет множество практических применений. Для наблюдения флуоресценции требуются лампы черного света, поскольку другие типы ультрафиолетовых ламп излучают видимый свет, который заглушает тусклое флуоресцентное свечение.
Лампа Вуда — это диагностический инструмент, используемый в дерматологии , с помощью которого ультрафиолетовый свет (с длиной волны около 365 нанометров) направляется на кожу пациента; затем лаборант наблюдает любую последующую флуоресценцию . Например, порфирины , связанные с некоторыми кожными заболеваниями, будут флуоресцировать розовым цветом. Хотя метод создания источника ультрафиолетового света был изобретен Робертом Уильямсом Вудом в 1903 году с использованием « стекла Вуда », именно в 1925 году этот метод был использован в дерматологии Маргаротом и Девезе для обнаружения грибковой инфекции волос. Он имеет множество применений, как для различения флуоресцентных состояний от других состояний, так и для определения точных границ состояния.
Он также полезен при диагностике:
Лампа Вуда может быть использована для быстрой оценки того, страдает ли человек от отравления этиленгликолем вследствие приема антифриза . Производители антифризов, содержащих этиленгликоль, обычно добавляют флуоресцеин , который заставляет мочу пациента флуоресцировать под лампой Вуда. [20]
Лампа Вуда полезна для диагностики таких состояний, как туберозный склероз [21] и эритразма (вызванная Corynebacterium minutissimum , см. выше). [22] Кроме того, иногда можно обнаружить позднюю кожную порфирию , когда моча становится розовой при освещении лампой Вуда. [23] Лампы Вуда также использовались для дифференциации гипопигментации от депигментации, например, при витилиго . Кожа пациента с витилиго будет казаться желто-зеленой или синей под лампой Вуда. [ необходима цитата ] Сообщалось о ее использовании для обнаружения меланомы . [24]
Черный свет обычно используется для проверки подлинности картин маслом , антиквариата и банкнот . Он также может отличить настоящую валюту от поддельных банкнот, поскольку во многих странах законные банкноты имеют флуоресцентные символы, которые видны только под черным светом. Кроме того, бумага, используемая для печати денег, не содержит никаких отбеливателей, которые заставляют коммерчески доступные бумаги флуоресцировать под черным светом. Обе эти особенности облегчают обнаружение незаконных банкнот и затрудняют их успешную подделку. Те же самые элементы защиты могут применяться к удостоверениям личности, таким как паспорта или водительские права .
Другие приложения безопасности включают использование ручек, содержащих флуоресцентные чернила, как правило, с мягким наконечником, которые могут использоваться для «невидимой» маркировки предметов. Если предметы, которые были таким образом помечены, впоследствии были украдены, можно использовать черный свет для поиска этих маркировок безопасности. В некоторых парках развлечений , ночных клубах и на других мероприятиях, длящихся целый день (или всю ночь), флуоресцентная метка проштамповывается на запястье гостя, который затем может воспользоваться возможностью уйти и вернуться снова, не платя еще одну плату за вход.
Флуоресцентные материалы также очень широко используются в многочисленных приложениях в молекулярной биологии, часто в качестве «меток», которые связываются с интересующим веществом (например, ДНК), что позволяет их визуализировать.
Тысячи коллекционеров моли и насекомых по всему миру используют различные типы черного света для привлечения образцов моли и насекомых для фотографирования и коллекционирования. Это один из предпочтительных источников света для привлечения насекомых и моли ночью. Они могут освещать экскременты животных, такие как моча и рвота, которые не всегда видны невооруженным глазом.
Черный свет широко используется в неразрушающем контроле. Флуоресцентные жидкости наносятся на металлические конструкции и освещаются, что позволяет легко обнаруживать трещины и другие слабые места.
Если есть подозрение на утечку в холодильнике или системе кондиционирования воздуха , в систему можно ввести УФ-индикаторный краситель вместе со смесью смазочного масла компрессора и хладагента. Затем система запускается, чтобы обеспечить циркуляцию красителя по трубопроводам и компонентам, а затем система проверяется с помощью лампы черного света. Любые признаки флуоресцентного красителя затем указывают на протекающую часть, которую необходимо заменить.
Черный свет используется для освещения картин, написанных флуоресцентными красками, особенно на черном бархате , что усиливает иллюзию самосвечения. Использование таких материалов, часто в виде плиток, рассматриваемых в сенсорной комнате под ультрафиолетовым светом, распространено в Соединенном Королевстве для обучения студентов с глубокими и множественными трудностями в обучении. [25] Такая флуоресценция от определенных текстильных волокон, особенно тех, которые несут остатки оптического отбеливателя , также может использоваться для развлекательного эффекта, как показано, например, в начальных титрах фильма о Джеймсе Бонде «Вид на убийство» . Кукольный театр с черным светом исполняется в театре с черным светом.
Blacklights — это распространенный инструмент для поиска камней и идентификации минералов по их флуоресценции. Наиболее распространенными минералами и породами, которые светятся под УФ-светом, являются флюорит, кальцит, арагонит, опал, апатит, халцедон, корунд (рубин и сапфир), шеелит, селенит, смитсонит, сфалерит, содалит. Первым человеком, который наблюдал флуоресценцию в минералах, был Джордж Стокс в 1852 году. Он отметил способность флюорита производить голубое свечение при освещении ультрафиолетовым светом и назвал это явление «флуоресценцией» в честь минерала флюорита. Лампы, используемые для визуализации пластов флюорита и других флуоресцентных минералов, обычно используются в шахтах, но они, как правило, находятся в промышленных масштабах. Лампы должны быть коротковолновыми, чтобы быть полезными для этой цели и иметь научный класс. Для этой цели идеально подходят ручные УФ-лампы серии UVP, которые геологи используют для определения лучших источников флюорита в шахтах или потенциальных новых шахтах. Некоторые прозрачные кристаллы селенита под УФ-светом демонстрируют рисунок «песочных часов», который не виден при естественном освещении. Эти кристаллы также фосфоресцируют. Известняк, мрамор и травертин могут светиться из-за присутствия кальцита. Гранит, сиенит и гранитные пегматитовые породы также могут светиться.
УФ-излучение может использоваться для отверждения определенных клеев, смол и чернил, вызывая фотохимическую реакцию внутри этих веществ. Этот процесс отверждения называется «отверждением». УФ-отверждение применимо к печати, покрытию, декорированию, стереолитографии и сборке различных продуктов и материалов. По сравнению с другими технологиями отверждение с помощью УФ-энергии можно считать низкотемпературным процессом, высокоскоростным процессом и процессом без растворителя, поскольку отверждение происходит путем прямой полимеризации, а не путем испарения. Первоначально представленная в 1960-х годах, эта технология упростила и повысила автоматизацию во многих отраслях обрабатывающей промышленности. Основным преимуществом отверждения с помощью ультрафиолетового света является скорость, с которой может обрабатываться материал. Ускорение этапа отверждения или сушки в процессе может уменьшить дефекты и ошибки за счет сокращения времени, которое чернила или покрытие проводят во влажном состоянии. Это может повысить качество готового изделия и потенциально обеспечить большую согласованность. Еще одним преимуществом сокращения времени производства является то, что меньше места нужно отводить для хранения предметов, которые не могут быть использованы до завершения этапа сушки. Поскольку УФ-энергия имеет уникальные взаимодействия со многими различными материалами, УФ-отверждение позволяет создавать продукты с характеристиками, недостижимыми другими способами. Это привело к тому, что УФ-отверждение стало основополагающим во многих областях производства и технологий, где требуются изменения прочности, твердости, долговечности, химической стойкости и многих других свойств.
Одним из нововведений для ночных и всепогодных полетов, использовавшихся США, Великобританией, Японией и Германией во время Второй мировой войны, было использование УФ-освещения салона для освещения приборной панели, что давало более безопасную альтернативу окрашенным радием циферблатам и указателям приборов, а также интенсивность, которую можно было легко изменять и без видимого освещения, которое выдавало бы положение самолета. Это зашло так далеко, что включало печать диаграмм, которые были размечены УФ-флуоресцентными чернилами, и предоставление УФ-видимых карандашей и логарифмических линеек, таких как E6B .
Их также можно использовать для проверки на ЛСД , который флуоресцирует под ультрафиолетовым светом, в то время как обычные заменители, такие как 25I-NBOMe, этого не делают. [26]
В соляриях используются мощные источники длинноволнового ультрафиолетового света . [3]
