Увиолевое стекло: история и применение¶

Увиолевое стекло — это стекло, обладающее повышенной прозрачностью в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. В отличие от обычного оконного стекла, которое задерживает практически всё УФ-излучение короче 320 нм, увиолевое стекло пропускает значительную часть ближнего и среднего ультрафиолета, что делает его незаменимым в медицине, биологии, сельском хозяйстве и ряде технических отраслей.

¶История

Проблема непрозрачности обычного стекла для ультрафиолета стала очевидной в начале XX века, когда учёные начали активно изучать биологическое действие УФ-лучей. В 1920-х годах немецкие исследователи установили, что задержка ультрафиолета связана с наличием в шихте оксидов железа и других примесей. В 1924 году в Германии была разработана технология производства стекла с пониженным содержанием железа, получившего название «увиолевое» (от лат. uviol — термин, образованный от аббревиатуры UV — ультрафиолет, и окончания -ol, указывающего на стекло). Практически одновременно аналогичные разработки велись в СССР под руководством профессора И. В. Гребенщикова.

Первоначально увиолевое стекло применялось для изготовления ламп, имитирующих солнечный свет, — так называемых «горных солнц», которые использовались в физиотерапии. В 1930-х годах в СССР увиолевое стекло начали использовать в строительстве детских учреждений и санаториев для обеспечения естественной ультрафиолетовой подпитки помещений. Однако массовое распространение технологии сдерживалось высокой стоимостью очистки сырья.

¶Состав и свойства

Основное отличие увиолевого стекла от обычного силикатного — предельно низкое содержание оксидов железа (Fe₂O₃), которое не превышает 0,02–0,05 %. Для сравнения, в обычном оконном стекле содержание железа составляет 0,1–0,3 %. Именно ионы железа, особенно в двухвалентной форме, являются основным поглотителем УФ-излучения в стеклянной матрице.

Помимо очистки сырья, в состав увиолевого стекла вводят специальные добавки — оксиды церия или титана, которые корректируют спектр пропускания. Различают два основных типа увиолевого стекла:

• Увиолевое стекло с коротковолновой границей пропускания — прозрачно для УФ-излучения в диапазоне 250–320 нм, используется в бактерицидных лампах;
• Увиолевое стекло с длинноволновой границей — пропускает УФ-излучение в диапазоне 300–380 нм, применяется в эритемных лампах для загара и фототерапии.

Коэффициент пропускания УФ-излучения увиолевого стекла достигает 60–75 % в зависимости от толщины и типа, тогда как для обычного стекла этот показатель не превышает 1–3 %.

¶Применение

¶Медицина и биология

Наиболее значимая область применения увиолевого стекла — производство медицинских ультрафиолетовых ламп. Бактерицидные лампы с колбами из увиолевого стекла излучают УФ-лучи в диапазоне 253,7 нм, которые разрушают ДНК микроорганизмов. Такие лампы используются для обеззараживания воздуха в операционных, перевязочных, лабораториях и помещениях пищевой промышленности. В отличие от кварцевых ламп, увиолевые не пропускают опасное для глаз коротковолновое излучение короче 240 нм, что делает их более безопасными при использовании в присутствии людей.

Эритемные лампы на основе увиолевого стекла применяются в физиотерапии для лечения рахита, кожных заболеваний и стимуляции синтеза витамина D.

¶Сельское хозяйство

Увиолевое стекло используется при строительстве теплиц и парников. УФ-излучение в дозированных количествах стимулирует синтез витаминов в растениях, повышает их устойчивость к грибковым заболеваниям и улучшает вкусовые качества плодов. Однако в последние десятилетия в тепличном хозяйстве увиолевое стекло постепенно вытесняется полимерными плёнками, которые дешевле и легче, хотя и менее долговечны.

¶Техника и промышленность

В промышленности увиолевое стекло применяется для изготовления защитных стёкол ультрафиолетовых облучательных установок, используемых для полимеризации лаков и красок, засветки фотополимерных пластин и в микроэлектронике. Также из увиолевого стекла изготавливают оптические детали для спектральных приборов, работающих в ближнем УФ-диапазоне.

¶Ограничения и недостатки

Основным недостатком увиолевого стекла является его высокая стоимость, обусловленная сложностью очистки сырья от примесей железа. Кроме того, под воздействием интенсивного УФ-излучения в стекле со временем развивается эффект «солнечного закаливания» — постепенное снижение прозрачности из-за образования центров окраски. Срок службы увиолевых ламп обычно не превышает 6000–8000 часов, после чего требуется замена.

В настоящее время увиолевое стекло частично вытесняется кварцевым стеклом и специальными УФ-прозрачными полимерами, однако в тех областях, где требуется сочетание УФ-прозрачности с механической прочностью и устойчивостью к нагреву, оно сохраняет свои позиции.

¶Источники

• Гребенщиков И. В., Фаворская Т. А. Увиолевое стекло // Журнал прикладной химии. — 1928.
• Павлушкин Н. М. Химическая технология стекла и ситаллов. — М.: Стройиздат, 1983.
• Шульц М. М. О природе поглощения ультрафиолетового излучения в силикатных стёклах // Физика и химия стекла. — 1985.