تم النشر اليوم [dadate] | الأشعة فوق البنفسجية

تأثير الإشعاع فوق البنفسجي بالصحة البشرية

فوائد التأثير لتلك الأشعة فيتامين دي الأثر الإيجابي الرئيسي من التعرض للموجة المتوسطة من فوق البنفسجي (UVB) إنه يساعد على إنتاج فيتامين دي بالجلد. التقديرات تقول أن هناك عشرات الآلاف من الذين يموتون بالسرطان سنويا في الولايات المتحدة والسبب هو نقص فيتامين دي بالجسم. ويسبب هذا النقص مرض لين العظام (أو الكساح عند الكبار)، ويسبب بضعف العظام وسهولة كسرها. عموما للحصول على هذا الفيتامين يكون عن طريق الأغذية أو التعرض للشمس لفترات محددة. هناك بلدان عديدة تحصن أغذيتها بفيتامين دي لسد النقص، يفضل أكل تلك الأغذية أو استعمال حبوب التغذية للرجيم أكثر من التعرض لل (UVB) خوفا من زيادة فرص الإصابة بسرطان الجلد بسبب الأشعة الفوق بنفسجية. الجماليات نقص الإمداد من الموجة المتوسطة (UVB) يسبب نقص بفيتامين دي. والزيادة منه يسبب ضرر مباشر للحمض النووي وحروق بالجلد. أما الكمية المناسبة من التعرض للموجة المتوسطة (والتي تختلف حسب لون البشرة) فسوف تعطي محدودية التأثير الضار على الحمض النووي. فالجسم يتعرف عليها ويصلح الخلل بها. وبالتالي سيزداد إنتاج الصبغة السوداء مما يؤدي إلى جلد أسمر قد تطول مدته. الاسمرار يحدث لمدة تصل إلى يومين بعد التعرض للإشعاع، ولكنها أقل ضررا وتبقى لمدة أطول عند استخدام إشعاع فوق البنفسجية الطويلة (UVA). بعض كريمات وبخاخات التسمير الموجودة بالسوق تغني عن التعرض للاشعة فوق البنفسجية. تطبيقات طبية للأشعة فوق البنفسجية استعمالات طبية، كحالات الأمراض الجلدية مثل الصدفية والبهاق. يستخدم إشعاع فوق البنفسجية الطويلة (UVA) مع أدوية السورالين الموضعي psoralens مكونة ما يسمى علاج بوفا (PUVA treatment). أما المتوسطة (UVB) فنادرا ما تستخدم في هذا المجال. مضار التأثير لتلك الأشعة {مقالة رئيسية حمام الشمس} التعرض لفترات طويلة للشمس وأشعتها فوق البنفسجية المتوسطة (UVB) قد يتسبب بحروق الشمس وبعض أشكال سرطان الجلد. بالنسبة للبشر، فإن التعرض لفترة طويلة لأشعة الشمس فوق البنفسجية قد يؤدي إلى تأثيرات صحية خطيرة ومزمنة بالجلد والعين والجهاز المناعي للجسم. وأخطرهم ورم ميلامينا السرطاني والذي يتسبب بضرر غير مباشر للحمض النووي (جذور حرة وعامل الأكسدة)، ويمكن أن نرى ذلك من خلال غياب علامة التغير للأشعة فوق البنفسجية في 92% من ورم الميلامينا. إشعاع UVC هو الأعلى طاقة من بين نظرائه من الأشعة فوق البنفسجية والأخطر أيضا، ولحسن الحظ أنه يصفى عند غلاف الأرض الجوي، مع ذلك فاستخدامه بمعدات خاصة مثل وحدات تعقيم الخاصة لأحواض السباحة قد يشكل خطورة التعرض لها إذا تم تشغيل المصباح خارج حوض وحدة التعقيم المقفلة. التأثير على الجلد «التعرض لأشعة فوق بنفسجية التي تأتي مع ضوء الشمس يعتبر بيئيا عامل مسرطن للبشر. التأثير السام لفوق البنفسجي الناشئ من ضوء الشمس أو مصابيح العلاج الاصطناعي هما أمران مقلقان للصحة البشرية، فتأثيرات الإشعاع الخطيرة على الجلد تشمل التهاب الحروق والتهابات الجلد ولفح الشمس وإضعاف جهاز المناعة الجسم.»– Matsumura and Ananthaswamy، 2004 يستطيع إشعاع فوق البنفسجي الطويل UVA والمتوسط UVB والقصير UVC أن يدمر ألياف بروتين الكولاجين وبالتالي يسرع بشيخوخة الجلد. الأشعة الطويلة UVA والمتوسطة UVB يمكنهما تحطيم فيتامين أ الموجود بالجلد. فوتون فوق بنفسجي يضرب جزيء الدنا للخلايا الحية بعدة طرق. أكثر الأحداث وقوعا إعادة تشكيل روابط قاعدة البيانات الثايمين إلى ثنائي الثايمدين مما يسبب انتفاخ بالسلم الوظيفي نبدأ بالموجة الطويلة UVA، فقد كان ينظر إليها في السابق بأنها الأقل خطورة، ولكنها اليوم تعرف بأنها تعجل بسرطان الجلد خلال تخريب غير مباشر للحمض النووي DNA. فهي تنتشر بعمق لكنها لا تسبب حروق الشمس ولا احمرار بالجلد ولا يوجد فحص طبيا لها ولكن الواقي الشمسي (sunscreen) يتمكن من اعتراضها واعتراض UVB معها. وبما أنها لا تخرب الحمض النووي بشكل مباشر كالأشعة المتوسطة والقصيرة ولكنها تستطيع توليد وسط كيميائي شديد التفاعل، مثل جذور هيدروكسيل والأكسجين والتي تساهم بدورها بتدمير حمض النووي. وقد ألقى بعض العلماء اللوم بأن أمراض الجلد الخطيرة التي أصابت مستخدمي الواقيات الشمسية سببه عدم وجود مرشحات لتلك الموجة في الواقيات. أما الموجة المتوسطة UVB فهي مسببة للسرطان الجلد وتدمر ألياف الكولاجين ولكن بوتيرة أبطأ من UVA، من خلال التخريب المباشر للحمض النووي. فالإشعاع يهيج جزيئات الحمض النووي في خلايا الجلد، مسببة بروابط تساهمية شاذة تتشكل ما بين قواعد السيتوزين ومنتجة وحدات ثنائية. فعندما يأتي دنا بوليميريز ليزيد من فتيلة هذا الجزء من الدي أن أي، فإنها تقرأ الوحدة الثنائية ب "AA" وليس بالقراءة الأصلية "CC"، مسببا بإعادة تشكيل روابط قاعدة البيانات الثايمين إلى ثنائي الثايمدين مما يشوه شكل لولب ال DNA ويوقف التناسخ ويظهر الفجوات ويمنع الاندماج. وقد تظهر الطفرة الجينية مما يسبب بالنمو السرطاني، تلك الطفرة الجينية المسببة من الأشعة الفوق بنفسجية من السهولة ملاحظتها بزراعة البكتيريا، هذا الرابط السرطاني يعتبر من الأسباب التي تدعو للاهتمام حول ظهور ثقب الآوزون. وكمقاومة للإشعاع الفوق بنفسجي يميل الجسم إلى للاسمرار عند تعرضه لمستوى معقول من إشعاع UVA (حسب نوع الجلد) وتصبح الصبغة البنية قاتمة بينما UVB يحدث إنتاج جديد. هذا الاسمرار يوقف انتشار الفوق بنفسجية كما يمنع التخريب القوي لأنسجة الجسم الضعيفة. هناك مستحضرات تجميل وتستعمل لاسمرار البشرة وكحاجز أو مانع للضوء وهي تمنع الأشعة الفوق بنفسجية جزئيا ومعظمها يحتوي وصف كمية قياس الوحدة لحماية الجسم من الشمس وهي تستعمل للحماية من أشعة ال UVB المسئولة عن حروق الشمس لكنها لا تستطيع الحماية من الUVA كما أسلفنا سابقا، وحاليا ظهرت بالأسواق مستحضرات حماية جديدة تحتوي مركبات مثل ثاني أكسيد التيتانيوم التي تستطيع مقاومة الأشعة الطويلة للفوق بنفسجية UVA وهناك مستحضرات طبيعية وأعشاب للحماية من الأشعة الفوق بنفسجية وتسمى باللاتيني (Phlebodium aureum). العين ازدياد كثافة الموجة المتوسطة UVB له خطورة للعين، والتعرض له يسبب أمراض للعين كماء العين، والأفضل استعمال نظارات الحماية لتغطية العين بالكامل للأشخاص الذين قد يتعرضون للإشعاع الفوق بنفسجي، خاصة الموجة القصيرة UVC، متسلقي الجبال أكثر عرضة للأشعة الفوق بنفسجية من الأشخاص العاديين وذلك بسبب ضعف الغلاف الجوي (عند تلك المرتفعات) الذي يصفي تلك الإشعاعات، وبسبب انعكاس الثلوج لها. نظارات الزجاجية العادية تعطي حماية بسيطة، لكن أكثر العدسات البلاستيك حمايتها أقوى من الزجاجية، والسبب كما شرحناه سابقا أن الزجاج له خاصية تمرير الموجات الطويلة UVA فقط بينما البلاستيك الأكريليكي خاصية المرور للعدسات هي أقل، بعض مواد العدسات البلاستيك مثل البولي كاربونات(وهي مادة ذات عزل عال ومقاوم للحرارة) تمنع جميع الأشعة الفوق بنفسجية. عموما للعدسات خاصية الحماية من الأشعاع ولكن حتى تلك الحماية لايمكنها المنع التام للأشعة الفوق بنفسجية عن العين.

تطبيقات الأشعة الفوق بنفسجية

الضوء الأسود الأشعة الفوق بنفسجية تظهر علامة الطير تظهر بجميع بطاقات الفيزا الضوء الأسود هو ضوء يرسل الموجة UVA وقليلا من الضوء المرئي. أنوار الفلورسنت السوداء هي نفس الفلورسنت العادية ماعدا أن المستخدم هو فقط الفسفور والزجاج يكون لونه أزرق غامق إلى البنفسجي ويسمى الزجاج الخشبي استخدام آخر وهو كشف التزوير للبطاقات المهمة (بطاقات ضمان ورخص قيادة وجوازات وغيرها) وذلك بتعريضها لذلك الضوء فيظهر العلامات المائية الخاصة للوثيقة، وأشهرهم على الإطلاق العلامة الأمنية لبطاقة (الصورة الثلاثية الأبعاد) Hologram الفيزا وهي علامة الطير كما بالصورة. العملات الورقية أيضا يوجد بها علامات مائية تظهر بوضوح بالأشعة الفوق بنفسجية. مصابيح الفلورسنت تنتج تلك المصابيح إشعاع فوق بنفسجي بواسطة تأين بخار الزئبق بجو قليل الضغط، ويقوم مسحوق الفسفور الذي يغلف الجزء الداخلي من الأنبوب بامتصاص ذلك الإشعاع ويحوله إلى ضوء مرئي. الطول الموجي لانبعاثات الزئبق الرئيسية تكون بمدى الفوق بنفسجي. إذا من الخطورة تعرض العينين أو الجلد مباشرة إلى إضاءة القوس الزئبقي الذي لايحتوي على الفوسفور المحول. فإضاءة الزئبق غالبا محدد الأطوال الموجية، المصادر الأخرى للفوق بنفسجي هي إنارة الزينون إنارة الديتيريوم إنارة زينون - زئبق، مصابيح هاليد المعدنية وأخيرا مصابيح تنجستن-هالوجين المتوهجة. الفضاء الخارجي تفضل الأجسام الساخنة بالفضاء أن تبعث اشعاع فوق بنفسجي. ولأن طبقة الآوزون تمتص الكثير من تلك الإشعاعات من الوصول للأرض فلا يصلنا منها شيء. مكافحة الحشرات مصائد التي تعمل بالفوق بنفسجي تستخدم لإبعاد العديد من الحشرات الطائرة وذلك بجذبهم إلى الضوء الفوق بنفسجي وتقتل بالصعقة الكهربية عند دخولهم الفخ الضوئي. مقياس الضوء الطيفي علم الدراسات الطيفية للفوق بنفسجي والضوء المرئي تستخدم بقوة في علم الكيمياء لتحليل البناء الكيميائي وخاصة الأنظمة المترافقة، الإشعاع الفوق بنفسجي يستخدم في قياس الضوء المرئي لتحديد وجود كمية لإشعاع معين ويستخدم عموما بالمختبرات. تحليل المعادن بعض المعادن وهي تظهر وهج لماع عند تعريضها للأشعة الفوق بنفسجية الضوء الفوق بنفسجي يستخدم لتحليل المعادن والأحجار الكريمة ولأعمال الكشف والتوثيق من مختلف المحصلين لها. المواد الخام لها نظرة تحت الضوء المرئي ولكن درجة التوهج تختلف تحت الفوق بنفسجي، أو حتى يختلف ما بين الفوق بنفسجي القصير والطويل. العلامات الكيميائية الإرشادية أصباغ الفلورسنت الفوق بنفسجية لها استخدامات كثيرة مثل الكيمياء الحيوية والأدلة الجنائية، وهناك بروتين فلورسنت الأخضر Green Fluorescent Protein GFP وهو يستخدم بعلم الوراثة كعلامة كيميائية، والبروتينات لديها كفاءة وقابلية امتصاص الحزمة الفوق بنفسجية وهي كما قلنا لها فائدة بالكيمياء الحيوية والتخصصات ذات العلاقة. علاج بالكيمياء الضوئي عند تعرض أجسام شديدة الحساسية للضوء للأشعة الفوق بنفسجية مع إعطاء أدوية معينة للعلاج منها كالصدفية والبهاق والإكزيما وتسمى تلك العملية PUVA، ولكن لفترات محددة وقليلة لخطورتها على الكبد.

أنواع الأشعة فوق البنفسجية

تقسم الأشعة فوق البنفسجية إلى عدة موجات متداخلة مع بعضها البعض كما بالجدول حسب مشروع معيار أيزو (ISO-DIS-21348) في تحديد الإشعاعية الشمسية: اسم الموجة الرمز طول الموجة بنانومتر كمية الطاقة لكل شحنة فوتون أشعة فوق بنفسجية طويلة أو الضوء الأسود UVA 400ن.م–320ن.م 3.10–3.94 eV الموجة القريبة NUV 400ن.م–300ن.م 3.10–4.13 eV الموجة المتوسطة أو موجة B UVB 320ن.م–280ن.م 3.94–4.43 eV Middle MUV 300ن.م–200ن.م 4.13–6.20 eV الموجة القصيرة أو موجة C UVC 280ن.م–100ن.م 4.43–12.4 eV Far FUV 200ن.م–122ن.م 6.20–10.2 eV فراغية Vacuum VUV 200ن.م–10ن.م 6.20–124 eV قصوى Extreme EUV 121ن.م–10ن.م 10.2–124 eV بتقنية الطباعة الضوئية (photolithography) والليزر تستخدم أشعة فوق بنفسجية عميقة (DUV أو Deep UV) وهو لأطوال الموجية التي أقل من 300 ن م. سميت الأشعة الفراغية بهذا الاسم لأن الهواء يمتصها بقوة، لذا فاستخداماتها تكون بالفراغ فقط. في النطاق الموجي ما بين 150–200ن م فإن أوكسجين هو العنصر القوي الذي يمتص تلك الأطوال الموجية، لذا فالعمليات الصناعية التي تحتاج لتلك الموجات يجب أن تتم في جو خالٍ تماما من الأوكسجين، ويستخدم عنصر النيتروجين النقي بشكل عام هنا ليمنع الحاجة إلى غرف فراغية.

اكتشافها

كان اكتشاف الأشعة فوق البنفسجية متعلقا بمشاهدة علمية بأن أملاح الفضة تصبح داكنة أكثر بعد تعرّضها لضوء الشمس. ففي عام 1801 لاحظ الفيزيائي الألماني جون فيلهلم ريتر (بالألمانية: Johann Wilhelm Ritter) أن أشعة غير مرئية، طول موجتها أقصر من اللون البنفسجي -التي هي نهاية الطيف المرئي-، ناجحة بشكل خاص في زيادة دكانة لون ورق الفضة المشبع بالكلوريد فقام بتسميتها «الأشعة المؤكسدة» ليشدد على تفاعلها الكيميائي ولتمييزها عن «الأشعة الحارة» التي هي بالطرف الآخر من الطيف. تم اعتماد الاسم «الأشعة الكيميائية» بعد ذلك بفترة وجيزة وبقي هذا الاسم قيد الاستعمال خلال القرن التاسع عشر. في نهاية الأمر سقط من الاستعمال التعبيران أشعة كيميائية وأشعة حارة واستعمل التعبيران الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء على التوالي. تسمى الأشعة فوق بنفسجية ما تحت 200نانومتر بالفراغية لأن الهواء يمتصها بقوة، وقد اكتشفها الفيزيائي الألماني فيكتور شومان عام 1893.

المواد المانعة والمستقبلة

الجزيئات المستقبلة للأشعة الفوق بنفسجية تستخدم بالمواد العضوية كالأصباغ والبوليمر وغيرها لخفض تحلل المادة أو ما يعرف ب (التأكسد الضوئي) وهذه الجزيئات تختلف عن بعض باختلاف خصائص الامتصاص لديها، وتضعف بتقادم الزمن لذلك من الأفضل مراقبة مستوياتها داخل المواد التي تتعرض للجو مباشرة. حالة الواقي الشمسي، المركبات العضوية التي تمتص الأشعة UVA وUVB مثل افوبنزين واوكتيل ميثوكسيسيناميت وهي تتعاكس مع الموانع للأشعة الفوق بنفسجية مثل ثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد الزنك.

الضوء الأسود

الضوء الأسود أو إنارة وود (نسبة إلى العالم روبرت وليامز وود)، هي إنارة تصدر أشعة فوق بنفسجية طويلة وبعضا من الضوء المرئي. وهي عموما معروفة باسم «أشعة فوق بنفسجية طويلة» (بالإنجليزية: UV light)‏. تتم الإضاءة الفلورية السوداء بنفس طريقة الإضاءة الفلورية العادية فيما عدا أنها تستخدم الفوسفور فقط وغطاء المصباح الزجاجي يستبدل بغطاء زجاجي لونه بنفسجي غامق مزرق ويسمى زجاج وود، وهو زجاج مغلف بأكسيد النيكل لكي يمنع أي ضوء مرئي ذو طول موجي أعلى من 400 نانومتر. مسميات تلك المصابيح حسب الصنع مثل «ضوء أسود ذو زرقة» أو "blacklight blue" أو بالمختصر "BLB" لتمييزها عن مصابيح أجهزة صائدة الحشرات ("bug zapper" blacklight "BL") والتي لا تحتوي على لون زجاج وود الأزرق. الفوسفور المستخدم للموجة القريبة ذات انبعاث موجي 368 إلى 371 ن.م إما أن يكون رباعي فلوربورات سترونتيوم مغلف بيوروبيوم (SrB4O7F:Eu2+) أو بورات السترونتيوم (SrB4O7:Eu2+) بينما يستخدم الفوسفور لإنتاج إضاءة أعلى 350 إلى 353 ن.م وهو سليكات الباريوم المغلفة بالرصاص (BaSi2O5:Pb+). مصابيح الضوء الأسود الزرقاء هي 365 ن.م. ينتج الضوء الأسود إنارة في نطاق موجة فوق البنفسجية، ويقتصر طيفها على حقل الموجة الطويلة "UVA". على النقيض منها عند الموجات UVB وUVC، اللذان لهما تأثيرات صحية خطيرة ومدمرة لمادة DNA وتؤدي إلى الإصابة بسرطان الجلد. الضوء الأسود له محدودية الطاقة الصادرة منه والموجات الطويلة، لذا لا يسبب بحروق الشمس، ولكن الموجات الطويلة تلك قادرة على الإضرار بألياف الكولاجين وتدمير فيتامين ألف الموجود بالجلد. ويمكن إنتاج الضوء الأسود عن طريق استبدال الزجاج الشفاف بزجاج وود كغطاء للمصباح العادي. ويعتبر ذلك أول مصدر لإنتاج الضوء الأسود. وإن كان البديل الرخيص لطريقة الفلورسنت، لكنها وبصورة استثنائية غير فعال لإنتاج إنارة فوق بنفسجية (أقل من 0.1% من الطاقة الداخلة) نظرا لطبيعة الجسم الأسود في مصدر المصباح العادي. فمصابيح فوق البنفسجية الساطعة وبسبب عدم كفاءتها، فقد تكون لها الخطورة بسبب حرارتها خلال الاستخدام. ومن النادر إيجاد المصابيح السوداء من بخار الزئبق ذات طاقة عالية (مئات من الواط) استخدام الأشعة فوق البنفسجية بانبعاث الفوسفور وتكون مغلفة بزجاج وود. تلك المصابيح تستخدم بشكل أساسي بشاشات عرض المسارح والحفلات الموسيقية ولكنها تكون حارة جدا خلال استعمالها. بعض مصابيح الفلورسنت فوق البنفسجية تكون مصممة بشكل يجذب الحشرات إليها، وهي تستخدم كصائد للحشرات وتستخدم نفس الفوسفور المستخدم للموجة القريبة في المصابيح السوداء، ولكنها تستخدم زجاج شفاف بدلا من زجاج وود المكلف بالسعر. فالزجاج الشفاف أقل منعا لإنبعاثات طيف الزئبق المرئية، مما يجعل لونه أزرق أمام العين المجردة. ويرمز إلى تلك المصابيح بالضوء الأسود (Black Light) أو BL حسب كتالوجات الإنارة. ويمكن توليد إضاءة فوق بنفسجية عن طريق صمام ثنائي باعث للضوء.

تأثيرات أخرى من الإشعاع الفوق بنفسجي

المواد المبلمرة المستخدمة بالمنتجات الاستهلاكية تتحلل من الإشعاع الفوق بنفسجي، وتحتاج إلى إضافات لمنع الإشعاع كالمواد المحتوية على اللدائن الحرارية مثل البولي بروبيلين والبولي إثيلين والألياف الاصطناعية المتخصصة مثل الأراميد، امتصاص الأشعة الفوق بنفسجي تؤدي ضعف بتركيبة المواد، بالإضافة إلى العديد من الألوان والأصباغ التي تمتص تلك الأشعة فيتغير لونها، فلذلك معظم الأصباغ والمنسوجات يخلط بها مواد خصوصية للحماية من الشمس والإشعاع.

منشأ المصطلح

تعود الترجمة الحرفية للكلمة إلى الأصل اللاتيني (Ultra Violet). بما أن الأشعة فوق بنفسجية هي أقصر من البنفسجية إلا أنها غير مرئية.

شرح مبسط

الأشعة فوق البنفسجية هي موجة كهرومغناطيسية ذات طول موجي أقصر من الضوء المرئي لكنها أطول من الأشعة السينية سميت بفوق البنفسجية لأن طول موجة اللون البنفسجي هو الأقصر بين ألوان الطيف. وطول موجاتها يبدأ من10 نانومتر إلى 400نانومتر، وطاقتها تبدأ من 3 إلى 124 إلكترون فولت.

اتصل بى - تعرف على - نرمى - عربي - قريب -