Спосіб оцінки ефективності біологічної дії джерела ультрафіолетового випромінювання

Реферат: Винахід належить до вимірювальної техніки і може бути використаний при атестації, сертифікації джерел ультрафіолетового (УФ) випромінювання та акредитації установ, що їх використовують. Суть винаходу полягає в оцінці ефективності біологічної дії джерела УФ-випромінювання за значенням ефективної дози біологічної дії випромінювання. Для цього знаходять спектральну характеристику джерела УФ-випромінювання, нормовану спектральну характеристику UA 112937 C2 (12) UA 112937 C2 біологічної дії УФ-випромінювання, обчислюють коефіцієнт біологічної дії джерела УФ випромінювання. Потім вимірюють енергетичну опроміненість (ЕО) у спектральному діапазоні В на певній відстані від джерела УФ-випромінювання, обчислюють ЕО у діапазонах A і С та знаходять повну ЕО УФ-випромінювання. Ефективну ЕО біологічної дії розраховують як добуток повної ЕО і коефіцієнта біологічної дії джерела УФ-випромінювання. Ефективну дозу біологічної дії визначають як добуток ефективної ЕО і часу експозиції. Винахід забезпечує високий рівень оцінки ефективності біологічної дії джерела УФ-випромінювання. UA 112937 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до вимірювальної техніки і може бути використаний при атестації, сертифікації джерел штучного ультрафіолетового (УФ) випромінювання та акредитації установ, що використовують такі джерела у промислових, лікувальних, оздоровчих та санітарногігієнічних цілях. Відомий спосіб оцінки ефективності біологічної дії джерела УФ-випромінювання, що включає визначення спектральної характеристики джерела УФ-випромінювання, знаходження спектральної характеристики біологічної дії УФ-випромінювання, визначення ширини спектральної характеристики біологічної дії УФ-випромінювання, обчислення першого і другого інтегралів від спектральної характеристики джерела УФ-випромінювання за довжиною хвилі, причому перший інтеграл обчислюють у межах ширини спектральної характеристики біологічної дії УФ-випромінювання, а другий інтеграл - у межах усього діапазону довжин хвилі УФвипромінювання, введення коефіцієнта біологічної дії джерела УФ-випромінювання як відношення першого інтеграла до другого інтеграла, за значенням якого оцінюють ефективність біологічної дії джерела УФ-випромінювання [1]. Недоліком відомого способу оцінки ефективності біологічної дії джерела УФвипромінювання є недостатньо висока точність оцінки, оскільки при обчисленні коефіцієнта біологічної дії враховують лише ширину спектральної характеристики біологічної дії УΦвипромінювання і не беруть до уваги її форму. Найближчим до заявленого є спосіб оцінки ефективності біологічної дії джерела УФвипромінювання, що включає визначення спектральної характеристики джерела УФвипромінювання, знаходження нормованої до одиничного значення у максимумі спектральної характеристики біологічної дії УФ-випромінювання, обчислення першого і другого інтегралів за довжиною хвилі у межах усього діапазону довжини хвиль УФ випромінювання, де перший інтеграл обчислюють від добутку спектральної характеристики джерела УФ випромінювання та нормованої спектральної характеристики біологічної дії, а другий - від спектральної характеристики джерела УФ випромінювання, обчислення коефіцієнта біологічної дії джерела УФ випромінювання як відношення першого інтеграла до другого інтеграла, за значенням якого оцінюють ефективність біологічної дії джерела УФ випромінювання [2]. Недоліком цього способу оцінки ефективності біологічної дії джерела УФ-випромінювання є недостатній рівень оцінки, який дає можливість вибрати область переважного застосування джерела за допомогою коефіцієнта біологічної дії, але не визначає умови та наслідки його використання. Задача винаходу - забезпечити достатній рівень оцінки ефективності біологічної дії джерела УФ-випромінювання шляхом визначення ефективної дози його біологічної дії - кількості енергії УФ-випромінювання, що падає нормально на одиницю площі поверхні біоприймача на певній відстані від джерела протягом заданого часу експозиції, поглинається середовищем біоприймача і витрачається на виконання певної біологічної дії. Перевага запропонованого способу полягає у тому, що він визначає як умови використання джерела УФ-випромінювання - відстань, положення біоприймача відносно джерела та час опромінення, так і наслідки - кількість енергії УФ-випромінювання, що витрачається на виконання основної та супутніх біологічних дій. Якщо супутні біологічні дії є небажаними, запропонований спосіб забезпечує можливість корекції спектра випромінювання джерела за допомогою оптичних фільтрів. Поставлена задача вирішується тим, що у способі оцінки ефективності біологічної дії джерела УФ-випромінювання, який включає визначення спектральної характеристики джерела УΦ-випромінювання, знаходження нормованої до одиничного значення у максимумі спектральної характеристики біологічної дії УФ-випромінювання, обчислення першого і другого інтегралів за довжиною хвилі у межах усього діапазону довжин хвиль УФ-випромінювання, де перший інтеграл обчислюють від добутку спектральної характеристики джерела УФвипромінювання та нормованої спектральної характеристики біологічної дії, а другий - від спектральної характеристики джерела УФ-випромінювання, обчислення коефіцієнта біологічної дії джерела УФ-випромінювання як відношення першого інтеграла до другого інтеграла, згідно з винаходом додатково обчислюють третій, четвертий і п'ятий інтеграли від спектральної характеристики джерела УФ-випромінювання за довжиною хвилі у межах А, В і С діапазонів відповідно, вимірюють енергетичну опроміненість (ЕО) у спектральному діапазоні В на певній відстані від джерела УФ-випромінювання, значення ЕО ділять на величину четвертого інтеграла, а частку від ділення окремо множать на величини третього і п'ятого інтегралів, одержані добутки разом додають до значення ЕО у діапазоні B, знайдену суму разом множать на коефіцієнт біологічної дії джерела УФ-випромінювання і на заданий час експозиції біологічної 1 UA 112937 C2 5 дії, при цьому одержують значення ефективної дози біологічної дії УФ-випромінювання, за яким оцінюють ефективність біологічної дії джерела УФ-випромінювання. На фіг. 1 зображена нормована спектральна характеристика джерела УФ випромінювання, на фіг. 2 - нормована спектральна характеристика окремої (і-ої) біологічної дії УФ випромінювання. Спосіб здійснюють наступним чином. Експериментально одержують спектральну характеристику F( ) джерела УФ-випромінювання де F і  - відповідно спектральна густина променевого потоку і довжина хвилі УФ-випромінювання. З джерел інформації знаходять спектральну характеристику i-ої біологічної дії УΦ-випромінювання, яку при необхідності 10 нормують до одиничного значення у максимумі кривої. При цьому одержують функцію Si () , де Si - відносна ефективність і-ої біологічної дії УФ-випромінювання. Обчислюють добуток F()  Si () , який інтегрують за довжиною хвилі у межах усього діапазону довжини хвиль УФ випромінювання. Таким чином одержують перший інтеграл Fi  max  F( )Si ( )d min 15 , де  min і  max - найменша і найбільша довжини хвиль спектрального діапазону УФвипромінювання. Обчислюють також другий інтеграл від спектральної характеристики джерела УΦ випромінювання за довжиною хвилі F0  max  F( )d min 20 . Визначають коефіцієнт біологічної дії джерела УФ-випромінювання як відношення першого інтеграла до другого інтеграла, тобто Ki  Fi F0 . Обчислюють третій, четвертий і п'ятий інтеграли від спектральної характеристики джерела УΦ випромінювання за довжиною хвилі у межах А, В і С діапазонів відповідно: FA   F( )d,FB   F( )d,FC   F( )d. A 25 B C Вимірюють енергетичну опроміненість у діапазоні В на певній відстані від джерела УФ  випромінювання E B . Обчислюють відношення EB / FB і використовують його як масштабний коефіцієнт для розрахунку ЕО у спектральних діапазонах А і С відповідно EA  30  EB E FA ,EC  B FC FB FB .  Знаходять повну ЕО УФ-випромінювання Eo  E A  EB  EC . Вводять ефективну ЕО біологічної дії УФ-випромінювання як добуток повної ЕО і коефіцієнта біологічної дії джерела УФ-випромінювання Ei  K iEo . Визначають ефективну дозу біологічної дії УФ випромінювання як добуток ефективної ЕО і часу експозиції t 35 Qi  Ei t , за значенням якої оцінюють ефективність біологічної дії джерела УФ випромінювання. За 40 45 фізичним змістом величина Q i дорівнює кількості енергії УФ випромінювання, що падає нормально на одиницю площі поверхні біоприймача на певній відстані від джерела протягом часу t , поглинається середовищем біоприймача і витрачається на виконання і-ої біологічної дії. Приклад. Спектральна характеристика, приведена на фіг. 1, стосується дугової ртутної лампи ДРТ-100, яка розміщена всередині циліндричного фільтра з еритемного скла. Характеристика одержана за допомогою експериментальної установки, що включає монохроматор "SOLAR ТII" та цифрову камеру "HS 101H". Спектральна характеристика, приведена на фіг. 2, стосується еритемної біологічної дії УФ-випромінювання. Вона та спектральні характеристики інших біологічних дій (тут не приведені) - післяеритемної пігментації, бактерицидної, пігментоутворюючої, вітаміноутворюючої, антирахітної - взяті з робіт 2 UA 112937 C2 [3, 4]. Обробка результатів вимірювань та обчислення за приведеними вище формулами здійснювались за наступними даними: min  200 нм; max  400 нм. Значення меж діапазонів УФ випромінювання; A-315….400 нм; В - 280…315 нм; С - 200….280 нм. Енергетична опроміненість у діапазоні В вимірювалась за допомогою радіометра "ТКА-ПКМ" 5  на відстані 1 м від джерела УФ-випромінювання EB  0,280 Вт/м . На полі фіг. 2 приведено значення індексу і еритемної дії УФ-випромінювання. Результати обчислень перших інтегралів 2 Fi коефіцієнтів біологічної дії джерела УФ-випромінювання Ki , ефективних ЕО біологічної дії 10 УФ-випромінювання Ei та ефективних доз біологічної дії УФ-випромінювання Q i при часі експозиції t  1 хв. для і=1-6 приведені у таблиці. Завдяки високій точності спектральних вимірювань (оцінка середньоквадратичного відхилення середньоарифметичних величин F0, FA , FB і FC складає 0,4 %) похибка визначення повної ЕО E 0 практично не відрізняється від  15 похибки вимірювання ЕО у діапазоні B E B (10 % у нашому прикладі), що є додатковою перевагою запропонованого способу перед відомими. Оцінити похибки визначення величин, що приведені у таблиці, неможливо, оскільки у роботах [3, 4] не приведені похибки вимірювань спектральних характеристик біологічних дій. Таблиця Біологічна дія Індекс і-ої Назва дії дії 1 Еритемна 2 Післяеритемна пігментація 3 Антирахітна 4 Бактерицидна 5 Утворення вітаміну D 6 Пігментоутворююча 20 25 30 35 40 Fi , в.о.-нм 0,046 0,053 0,038 0,017 0,046 0,330 Ki , % 4,666 5,318 3,829 1,739 4,614 33,115 Ei , Вт/м2 Q i , Дж/м2 0,065 0,074 0,053 0,024 0,064 0,459 3,882 4,425 3,186 1,447 3,839 27,553 Як видно з таблиці, досліджуване джерело вкладає у пігментоутворюючу біологічну дію близько 33 % інтегрального променевого потоку УФ випромінювання. У випадку використання 2 його як солярію, шкіра людини одержує ефективну дозу засмаги близько 27 Дж/м на відстані 1 м від джерела випромінювання протягом 1 хв. Таким чином, запропонований спосіб забезпечує можливість визначення ефективної дози біологічної дії УФ випромінювання, що падає нормально на одиницю площі поверхні біоприймача на певній відстані від джерела протягом заданого часу, поглинається середовищем біоприймача і витрачається на виконання певної біологічної дії. За значенням ефективної дози біологічної дії оцінюють ефективність біологічної дії джерела УФвипромінювання. Винахід може бути використаний у центрах стандартизації, сертифікації і метрології при проведенні атестації та сертифікації джерел штучного УФ-випромінювання, а також при акредитації виробничих, медичних, оздоровчих та гігієнічних закладів, що використовують такі джерела. Джерела інформації: 1. Кардош Й.Ю., Мельник B.C., Мельник М.В. Спосіб оцінки ефективності біологічної дії джерела ультрафіолетового випромінювання. Деклараційний патент України на винахід № 58044 А, заявка № 2002086602 від 08.08.2002. Бюл. № 7, 2003. 2. Мельник B.C. Яцків М.В. Спосіб оцінки ефективності біологічної дії джерела ультрафіолетового випромінювання. Патент України на винахід № 86433, заявка № а200702197 від 01.03.2007. Бюл. № 8, 2009 (прототип). 3. Ультрафиолетовое излучение (биологическое действие, лечебно-профилактическое и гигиеническое применение, измерение). Под ред. Франка Г.М. и др. - М.: Медгиз, 1960. 272 с. 4. Ультрафиолетовое излучение и гигиена. Под ред. Франка Г.М., Данцига Н.М., Соколова М.В. - М.: Изд. акад. мед. наук СССР, 1950. - 156 с. 3 UA 112937 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 Спосіб оцінки ефективності біологічної дії джерела ультрафіолетового (УФ) випромінювання, що включає визначення спектральної характеристики джерела УФ-випромінювання, знаходження нормованої до одиничного значення у максимумі спектральної характеристики біологічної дії УФ-випромінювання, обчислення першого і другого інтегралів за довжиною хвилі у межах усього діапазону довжини хвиль УФ-випромінювання, де перший інтеграл обчислюють від добутку спектральної характеристики джерела УФ-випромінювання та нормованої спектральної характеристики біологічної дії, а другий - від спектральної характеристики джерела УФвипромінювання, обчислення коефіцієнта біологічної дії джерела УФ-випромінювання як відношення першого інтеграла до другого інтеграла, який відрізняється тим, що обчислюють третій, четвертий і п'ятий інтеграли від спектральної характеристики джерела УФвипромінювання за довжиною хвилі у межах A, В і С діапазонів, відповідно, вимірюють енергетичну опроміненість (ЕО) у спектральному діапазоні В на певній відстані від джерела УФвипромінювання, значення ЕО ділять на величину четвертого інтеграла, а частку від ділення окремо множать на величини третього і п'ятого інтегралів, одержані добутки разом додають до значення ЕО у діапазоні В, знайдену суму разом множать на коефіцієнт біологічної дії джерела УФ-випромінювання і на заданий час експозиції біологічної дії, при цьому одержують значення ефективної дози біологічної дії УФ-випромінювання, за яким оцінюють ефективність біологічної дії джерела УФ-випромінювання. 4 UA 112937 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5