Ứng dụng tia tử ngoại trong y học và cuộc sống?

Câu hỏi: Ứng dụng tia tử ngoại trong y học và cuộc sống?

Trả lời: 

Ứng dụng tia cực tím tiệt trùng nước:

Điều kiện:

- Bức xạ cực tím có bước sóng trong khoảng 280 nm đến 200 nm. Nguồn hiệu điện thế phải ổn định. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng khi điện thế giảm 10% thì khả năng diệt khuẩn sẽ giảm 15 – 20%.

- Nước phải là nước trong, nếu là nước đục sẽ giảm tác dụng nên không hiệu quả.

- Đặt đèn cực tím ở bên dưới, độ sâu của nước chỉ khoảng 10-15cm, để nước chảy trong khoảng 10 – 30 giây.

- Ưu điểm của phương pháp diệt khuẩn bằng tia cực tím này là không tác động đến mùi vị của nước, tuy nhiên lại không được bền và chỉ xử lý được với nước trong.

- Ứng dụng tia cực tím khử khuẩn trong không khí

- Khử trùng bằng tia cực tím chúng ta có hai cách đó là khử khuẩn trực tiếp và khử khuẩn gián tiếp:

- Khử khuẩn trực tiếp: Trường hợp này, đèn diệt khuẩn được treo ở độ cao cần thiết ở nơi làm việc và phải có đồ bảo hộ. Thông thường khử khuẩn trực tiếp được ứng dụng trong y học, phòng nghiên cứu, thí nghiệm,…

- Khử khuẩn gián tiếp: Các đèn diệt khuẩn được đặt với mặt phản chiếu quay lên trên, ở mức cao hơn tầm người (2 – 2,5m). Với đèn cực tím này thì lớp không khí phía trên sẽ được khử trùng. Và với hiện tượng đối lưu thì không khí trong phòng luôn dịch chuyển, dần dần toàn bộ không khí sẽ được khử trùng.

Hãy cùng Top lời giải tìm hiểu thêm kiến thức về tia tử ngoại nhé!

1. Tia tử ngoại là gì?

- Tia tử ngoại hay tia cực tím, tia UV (từ tiếng Anh Ultraviolet) là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng dài hơn tia X Phổ tia cực tím có thể chia ra thành tử ngoại gần (có bước sóng từ 380 đến 200nm) và tử ngoại xạ hay tử ngoại chân không (có bước sóng từ 200 đến 10nm).

- Khi quan tâm đến ảnh hưởng của tia cực tím lên sức khoer con người và môi trường thì phổ của tia cực tím chia ra làm các phần: UVA (380 - 315nm), hay gọi là sóng dài hay "ánh sáng đen"; UVB (315 - 280nm) gọi là bước sóng trung bình; và UVC (ngắn hơn 280nm) gọi là sóng ngắn hay có tính tiệt trùng.

2. Phân loại tia tử ngoại

- Tia tử ngoại được người ta lại chia thành 2 loại:

+ Tia tử ngoại gần (bước sóng từ 380 đến 200 nm)

+ Tia tử ngoại xa ( tử ngoại chân không) bước sóng 200 – 10 nm.

- Nếu như chúng ta chia tia cực tím dựa theo sự ảnh hưởng của chúng đối với sức khỏe con người thì có thể chia theo:

+ UVA (380-315 nm), hay gọi là sóng dài hay “ánh sáng đen”

+ UVB (315-280 nm) gọi là bước sóng trung bình

+ UVC (ngắn hơn 280 nm) gọi là sóng ngắn hay có tính tiệt trùng.

3. Nguồn phát và tính chất của tia tử ngoại

a. Nguồn phát

- Những vật bị nung nóng ở nhiệt độ cao trên 3000^oC phát ra khá mạnh tia tử ngoại.

- Trong chùm ánh sáng mặt trời có 9% năng lượng thuộc về tia tử ngoại.

- Nguồn phát ra tia tử ngoại thường dùng: hồ quang điện, các đèn thủy ngân

b. Tính chất

- Bị hấp thụ rất mạnh bởi thủy tinh và nước.

- Có tác dụng mạnh lên kính ảnh.

- Làm ion hóa chất khí.

- Làm phát quang một số chất.

- Gây phản ứng quang hóa, quang hợp…

- Có tác dụng sinh lý: hủy diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt diệt khuẩn diệt nấm mốc

4. Những tác động của tia tử ngoại

Ion hóa

Bức xạ UV có đủ năng lượng để phá vỡ các liên kết hóa học. Do năng lượng cao của chúng, các photon UV có thể gây ra sự ion hóa, một quá trình trong đó các electron thoát ra khỏi nguyên tử. Khoảng trống để lại ảnh hưởng đến hóa tính của nguyên tử và làm cho chúng hình thành hoặc phá vỡ các liên kết hóa học mà nếu không sẽ không xảy ra. Điều này có thể hữu ích trong xử lí hóa chất, hoặc nó có thể gây hại cho vật liệu và các mô sống. Sự gây hại này có thể sinh lợi, chẳng hạn, trong việc tẩy trùng các bề mặt, song nó cũng có thể gây nguy hại, nhất là với da và mắt, các cơ quan bị ảnh hưởng bất lợi nhất bởi bức xạ UVB và UVC năng lượng cao.

Các hiệu ứng UV

Đa số ánh sáng UV thiên nhiên mà người ta gặp là đến từ Mặt Trời. Tuy nhiên, chỉ khoảng 10% ánh sáng mặt trời là UV, và chỉ khoảng một phần ba lượng này xuyên thấu khí quyển để đi tới đất. Trong phần năng lượng UV mặt trời đi tới xích đạo, 95% là UVA và 5% là UVB. Không có UVC nào đo được từ bức xạ mặt trời đi tới mặt đất, vì ozone, oxygen phân tử và hơi nước trong thượng tầng khí quyển hấp thụ hoàn toàn những bước sóng UV ngắn nhất. Tuy vậy, bức xạ tử ngoại phổ rộng (UVA và UVB) là mạnh nhất và nguy hại nhất đối với sinh vật sống.

Cháy nắng

Cháy nắng là một phản ứng khi da bạn phơi nhiều tia UVB có hại. Về cơ bản, cháy nắng là một cơ chế phòng vệ tự nhiên của cơ thể. Cơ chế này gồm một sắc tố gọi là melanin, nó được sản sinh bởi các tế bào ở trong da gọi là melanocyte. Melanin hấp thụ ánh sáng UV và tiêu tán nó dưới dạng nhiệt. Khi cơ thể cảm nhận mặt trời gây hại, nó gửi melanin vào các tế bào xung quanh và cố bảo vệ chúng khỏi bị thiệt hại thêm. Sắc tố này làm cho da sậm màu.

“Melanin là một loại kem chống nắng thiên nhiên,” theo lời Gary Chuang, một phó giáo sư da liễu tại Khoa Y Đại học Tufts. Tuy nhiên, việc phơi UV kéo dài có thể áp đảo sự phòng vệ của cơ thể. Khi điều này xảy ra, một phản ứng độc chất xảy ra, gây ra sự cháy nắng. Các tia UV có thể gây hỏng ADN trong các tế bào của cơ thể. Cơ thể cảm nhận được sự phá hoại này và bơm nhiều máu đến khu vực đó để giúp làm lành. Viêm đau da cũng thường xảy ra. Thường thì trong vòng nửa ngày đi dưới ánh mặt trời chói chang, diện mạo đỏ như tôm luộc đặc trưng của sự cháy nắng bắt đầu bộc lộ, và được cảm nhận.

Thỉnh thoảng các tế bào với ADN bị đột biến bởi các tia nắng mặt trời biến thành các tế bào trục trặc, chúng không chết mà tăng trưởng nhanh thành ung thư. “Tia UV gây ra sự hỏng hóc ngẫu nhiên trong ADN và quá trình sửa lỗi ADN mà các tế bào cần đến để tránh bị tiêu diệt,” Chuang nói.

Kết quả là ung thư da, hình thức ung thu phổ biến nhất ở nước Mĩ. Những người bị cháy nắng thường xuyên sẽ có nguy cơ mắc ung thư da cao hơn nhiều. Nguy cơ mắc loại ung thư da nguy hiểm nhất, gọi là melanoma, tăng gấp đôi đối với những người bị cháy nắng từ năm lần trở lên.

Các nguồn UV khác

Con người đã nghĩ ra một số nguồn nhân tạo để phát ra bức xạ UV. Các nguồn nhân tạo bao gồm buồng tắm nắng, bóng đèn đen, đèn phơi, đèn diệt khuẩn, đàn hơi thủy ngân, đèn halogen, đèn phóng điện cường độ cao, các nguồn huỳnh quang và nóng sáng, và một số loại laser.

Một trong những cách thông dụng nhất để tạo ra ánh sáng UV là cho một dòng điện đi qua thủy ngân bay hơi hay một chất khí nào đó khác. Kiểu đèn này thường được sử dụng trong các buồng tắm nắng và để tẩy trùng các bề mặt. Nó còn được dùng ở bóng đèn đen làm cho nước sơn và chất nhuộm huỳnh quang phát sáng. Diode phát quang (LED), laser và đèn hồ quang cũng là nguồn phát UV với bước sóng đa dạng dùng cho các ứng dụng công nghiệp, y khoa và nghiên cứu.

Huỳnh quang

Nhiều chất – bao gồm các muối khoáng, thực vật, nấm và vi khuẩn, cũng như các hóa chất hữu cơ và vô cơ – có thể hấp thụ bức xạ UV. Sự hấp thụ làm cho các electorn trong chất liệu nhảy lên một mức năng lượng cao hơn. Các electron này sau đó có thể trở lại một mức năng lượng thấp hơn trong một loạt bước nhảy nhỏ, phát ra một phần năng lượng đã hấp thụ của chúng dưới dạng ánh sáng nhìn thấy. Các chất liệu dùng làm chất màu trong nước sơn hay thuốc nhuộm biểu hiện sự huỳnh quang như thế trông có vẻ sáng hơn dưới ánh sáng mặt trời, vì chúng hấp thụ ánh sáng UV không nhìn thấy và phát xạ lại nó ở những bước sóng nhìn thấy. Vì lí do này, chúng thường được dùng làm các biển báo, áo khoác bảo hộ và các ứng dụng khác trong đó khả năng nhìn thấy rõ là quan trọng.

Sự huỳnh quang còn có thể được dùng để định vị và nhận dạng các muối khoáng và vật liệu hữu cơ nhất định. Khảo sát huỳnh quang cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện những thành phần nhất định của những tổ chức sinh học phân tử phức tạp, ví dụ như các tế bào sống, với độ nhạy và độ chọn lọc cực tốt.

Trong các ống huỳnh quang dùng cho thắp sáng, bức xạ tử ngoại với bước sóng 254 nm được tạo ra cùng với ánh sáng màu lam được phát ra khi dòng điện đi qua hơi thủy ngân. Bức xạ tử ngoại này là không nhìn thấy nhưng chứa nhiều năng lượng hơn ánh sáng nhìn thấy được phát ra. Năng lượng từ ánh sáng tử ngoại được hấp thụ bởi lớp bột phủ huỳnh quang bên trong đèn huỳnh quang và phát xạ lại dưới dạng ánh sáng nhìn thấy. Các ống tương tự như vậy nhưng không có lớp bột phủ huỳnh quang phát ra ánh sáng UB có thể dùng để tẩy trùng các bề mặt, do các hiệu ứng ion hóa của bức xạ UV có thể giết chết đa số vi khuẩn.

Các bóng đèn sơn đen thường dùng hơi thủy ngân để tạo ánh sáng UVA bước sóng dài, nó làm cho các chất nhuộm và sắc tố nhất định phát huỳnh quang. Ống thủy tinh tráng một lớp vật liệu lọc đen-tía chặn phần lớn ánh sáng nhìn thấy, làm cho sự phát huỳnh quang trông nổi bật hơn. Việc lọc này là không cần thiết đối với các ứng dụng như diệt khuẩn.

Thiên văn học UV

Ngoài Mặt Trời ra, có vô số nguồn thiên thể phát bức xạ UV. Các sao rất trẻ chiếu ra phần lớn ánh sáng của chúng ở các bước sóng tử ngoại. Do khí quyển Trái Đất chặn phần lớn bức xạ UV nay, nhất là ở các bước sóng ngắn, nên các quan sát phải được tiến hành trên khí cầu hoặc kính thiên văn trên quỹ đạo được trang bị các cảm biến và bộ lọc ghi hình chuyên biệt để quan sát vùng UV của phổ điện từ.