Камера линзаларына арналған UV фильтрлер және олардың қолданылуы

Кіріспе

Камера бөлшектері, ерекшеліктері мен технологиялары

Ультракүлгін (УК) сүзгілер – ультракүлгін (УК) сәулесін тоқтатып немесе сіңіретін қосылыстар, қоспалар немесе материалдар. УК сүзгілерінің маңызды қолданыстарының бірі – теріні күн күйігінен және басқа күн/УК байланысты зияннан қорғау үшін күннен қорғау құралы ретінде қолданылуы. Цифрлық камералардың ойдағыдай жұмыс істеуінен кейін фотосурет саласы өзгерді, УК сүзгілері УК сәулесіне сезімтал жабдықты қорғау үшін камера линзаларына бекітілген шыны дискілерге жабылды.

Өмірбаян

Фотофильмнің бұрынғы түрлері ультракөк сәулелерге өте сезімтал болған, бұл көмескілікке, тұмандылыққа және түсті фильмде көкшіл түске алып келген. Ультракөк сүзгілері ультракөк сәуленің қысқа толқын ұзындықтарын сүзу үшін қолданылған, көрінетін жарыққа мөлдір болып қалатын. Дегенмен, қазіргі заманғы фотопленкалар мен цифрлық камералар ультракөк сәулелерге бұрынғыдай сезімтал емес. Ультракөк сүзгілері кейде L37 немесе L39 сүзгілері деп аталады, бұл олардың сүзе алатын жарықтың толқын ұзындығына байланысты. Мысалы, L37 сүзгісі 370 нанометрден (нм) қысқа толқын ұзындығы бар ультракөк сәулені жояды, ал L39 сүзгісі 390 нм-ден қысқа толқын ұзындығы бар сәулелерді сүзеді.

Баспа және фотосуретке қолдану

Ультракүлгін сүзгілер түсті спектрдің барлық диапазонын қамтиды және түрлі қолданыстарда қолданылады. Диффузиялық көшіруде, типографиялық пленка немесе қағазда жасауда, сондай-ақ ортохроматикалық материалдармен жұмыс істеуде «Орто қызыл» және «Терең орто қызыл» деп аталатын жарықтар жиі қолданылады. «Yellow Gold», «Yellow», «Lithostar Yellow» және «Fuji Yellow» сүзгілері немесе қауіпсіз шамдар экранды басып шығару және пластина жасау сияқты тікелей басу қолданыстары үшін қауіпсіз жұмыс орындасын қамтамасыз етеді. «Pan Green», «Инфрақызыл жасыл» және «Қара жасыл» сүзгілері немесе қауіпсіз шамдар көбінесе сканерлеу, панхроматикалық пленка, қағаз және рентген сәулелерімен жұмыс істеуде қолданылады. Көптеген фотографтар мен операторлар әлі де линзаларының әйнегі мен жабынын қорғау үшін ультракүлгін сүзгілерін пайдаланады. Дегенмен, кез келген оптикалық сүзгі сияқты, ультракүлгін сүзгілер де линзада жарқырау тудырып, контраст пен айқындықты нашарлатуы мүмкін. Жарықтан қорғағыштар бұған қарсы іс-қимыл жасай алады, себебі олар соққыдан қорғайды және оптикалық элементтерге көлеңке түсіреді, осылайша линзада жарқыраудың пайда болуын болдырмайды. Сонымен қатар, сапалы ультракүлгін сүзгілер линзаның ластануынан қорғауға көмектеседі, сонымен бірге қосымша бұрмалауды азайтады. Фотографияда «ультракүлгін сүзгі» термині кейде ультракүлгін сәулесін өткізіп, жарық спектріндегі басқа толқын ұзындықтарын тоқтатып тұратын сүзгіні білдіру үшін дұрыс емес қолданылады, дәл осылай «инфрақызыл сүзгі» термині бүкіл спектрді сүзу үшін қолданылады. Мұндай сүзгілердің дұрыс атауы тиісінше «ультракүлгін өткізгіш сүзгі» және «инфрақызыл өткізгіш сүзгі» болып табылады және олар тек өте мамандандырылған фотосуреттерде қолданылады.

Жеке күтім өнімдеріндегі қолдану

Ультракүлгін сәулеленудің артық болуы күн күйігіне, фотоқартаюға және тері қатерлі ісігіне алып келуі мүмкін болғандықтан, күннен қорғайтын кремдер сияқты күтім өнімдері әдетте олар сүзетін нақты толқын ұзындығы бойынша жіктеледі. Ультракүлгін сәулелену түрлеріне UVA (320-400 нм), UVB (290-320 нм) және UVC (200-280 нм) жатады. Ультракүлгін сәулеленуді сіңіретін заттар тек күннен қорғайтын кремдерде ғана емес, сонымен қатар ерін қосқышы, шампунь, шаш лактары, денеге арналған жуғыш гель, дәретхана сабыны және жәндіктерден қорғайтын спрей сияқты жеке күтім өнімдерінде де қолданылады. Химиялық сүзгілер ультракүлгін сәулеленуді сіңіру, шағылыстыру немесе шашырату арқылы қорғайды. Шағылыстыру және шашырату титан диоксиді (TiO2) және мырыш оксиді (ZnO) сияқты минералдық (органикалық емес) ультракүлгін сүзгілермен жүзеге асырылады. Көбінесе UVB сәулелерін сіңіруді химиялық ультракүлгін сүзгілер деп аталатын органикалық ультракүлгін сүзгілер жасайды. Күннен қорғайтын кремдердегі ультракүлгін сүзгілердің мөлшері әдетте 0,5%-дан 10%-ға дейін ауытқиды, бірақ кейде 25%-ға жетеді.

Қоршаған орта аспектілері

Ультрафиолетті сүзгілерді қолдану соңғы кезде ультракүлгін сәулелену және тері қатерлі ісігіне қатысты алаңдаушылықтың артуына байланысты, әсіресе озон қабатының азаюы салдарынан, оның қоршаған ортаға тигізетін әсеріне де алаңдаушылық тудырды. Жер бетіндегі және тазартылған суларда бірнеше ультракүлгін сүзгі ppb немесе ppt деңгейінде анықталды, олардың ең жоғары концентрациясы жаз айларында байқалды. Көптеген ультракүлгін сүзгілер липофильді болғандықтан, олар су жағдайында және одан туындайтын тағам тізбегінде биожиналуға бейім. Биожиналуды растайтын зерттеулер су организмдерінде ультракүлгін сүзгілердің болуын көрсетті. 4 метилбензилиден камфоры Швейцария мен Германия суларындағы форельдің бұлшық еттерінде, ал этилгексил метоксициннаматы мен октокриленнің іздері Францияның Жерорта теңізі мен Атлантикалық мұхитының жағалауларындағы моллюскаларда табылды. Сонымен қатар, Жапония өзендері мен көлдерінің шөгінділерінде 2-ден 3000 нг/г-ға дейінгі концентрацияда 18 органикалық күн қорғағыш заттар табылған. Тірі организмдерде органикалық ультракүлгін сүзгілердің жиналуы үлкен алаңдаушылық тудырады, себебі олардың кейбіреулері (және олардың метаболиттері) in vitro және in vivo жағдайында эндокриндік бұзушылар ретінде әрекет ете алады. Сонымен қатар, Goksøyr және авторлар (2009) Тынық мұхитының ашық суларында органикалық ультракүлгін сүзгілерінің концентрациясы туралы хабарлап, осы компоненттердің теңіз ортасындағы тұрақтылығы мен кең таралуын дәлелдеді. Ультракүлгін сүзгілердің қоршаған орта жағдайында әрқашан тұрақты бола бермейтініне байланысты, олардың басқа қосылыстарға айналуы жиі кездеседі. Мысалы, табиғи су қоймаларындағы су күн сәулесінің әсеріне ұшырайды, ал бассейндердегі су көбінесе хлорлау, бромалау, озонмен өңдеу немесе ультракүлгін сәулелену арқылы дезинфекцияланады. Бұл қосалқы өнімдер көбінесе бастапқы ультракүлгін сүзгіден де улы болуы мүмкін. Мысалы, авобензон хлорланған дезинфекциялық өнімдер мен ультракүлгін сәулеленудің әсерінен өзгереді, осымен уыттылығымен белгілі хлорланған фенолдар мен ацетофенондар түзіледі. H2O2 липидтерді, ақуыздарды және ДНК-ны зақымдауға, сондай-ақ теңіз организмдерінде жоғары стресс деңгейін тудыруға жауапты. Органикалық емес ультракүлгін сүзгілер (мысалы, TiO2) теңіз фитопланктоны үшін зиянды басқа бір қосылыс – ROS-ты бөліп шығарады.

The use of UV filters has increased recently due to growing concern about UV radiation and skin cancer, especially as a result of ozone depletion, which in turn has caused concern for its environmental impact. Several UV filters have been detected at ppb or ppt levels in surface water and wastewater, with maximum concentrations in the summertime. Because most UV filters are lipophilic, they tend to bioaccumulate in aquatic environments and food chains originating from them. Confirming bioaccumulation, several studies have shown the presence of UV filters in aquatic organisms. The 4 methyl benzylidene camphor was detected in the muscle tissue of trout in Swiss and German waters, while traces of Ethylhexyl methoxycinnamate and octocrylene were found in shellfish in the Mediterranean and Atlantic coasts of France. Furthermore, eighteen organic sunscreens were found in sediments of Japanese rivers and lakes, at concentrations ranging from 2 to about 3000 ng/g. The accumulation of organic UV filters in living organisms is of major concern because some of them (and their metabolites) can act as endocrine disruptors both in vitro and in vivo. Also, Goksøyr et al. (2009) reported concentrations of organic UV filters in open waters of the Pacific Ocean, providing evidence of the persistence and wide dispersion of these components in the marine environment. Because UV filters are not always stable under environmental conditions, it is common for them to transform into other compounds. Water in natural reservoirs, for example, is subjected to sun irradiation, while swimming pool water is often disinfected by chlorination, bromination, ozonation, or UV irradiation. These byproducts can often be more toxic than the original UV filter. For example, avobenzone transforms in the presence of chlorinated disinfection products and UV radiation, producing substituted chlorinated phenols and acetophenones, which are known for their toxicity. H2O2 is responsible for damaging lipids, proteins and DNA, and generating high stress levels in marine organisms. Inorganic UV filters (i. e. TiO2) can also generate ROS, another compound toxic for marine phytoplankton.

Кораллдарды ағарту

Ультракүлгін сүзгілер өте төмен концентрацияда кораллдардың ағаруына байланысты коралл рифтеріне күшті әсер етеді. Нәтижесінде, күннен қорғау кремдерінің шағын мөлшері 18-48 сағат ішінде көп мөлшерде коралл шырышын бөліп шығарады және 96 сағат ішінде қатты кораллдарды ағартады. Зерттеулерге сәйкес, коралл ағаруына себеп болатын ультракүлгін сүзгілердің ішінде этилгексил метоксициннаматы, бензофенон-3 және 4-метилбензилиден камфоры бар, тіпті өте төмен концентрацияда болғанда да. Ағару процесін күшейтетін факторлар ретінде жоғары температуралар әсер етеді. Тәжірибелер көрсеткендей, коралл ағаруы дозаға байланысты емес, сондықтан өте аз мөлшерде әсер еткенде де пайда болуы мүмкін. Коралл рифтері аймақтарына жылына шамамен 78 миллион турист келеді деп есептесек, тропикалық елдерде жылына қолданылатын күннен қорғау кремдерінің мөлшері 16 000 – 25 000 тоннаға жетеді. Осы мөлшердің 25%-ы суға түсу кезінде шайылып кетеді, нәтижесінде риф аймақтарына жыл сайын 4 000 – 6 000 тонна крем түседі. Бұл, күннен қорғау кремдерінен туындаған коралл ағаруының салдарынан әлемдік рифтердің 10%-ына қауіп төндіреді.

Фотоизомеризация

Фотоизомеризация нәтижесінде бастапқы қосылысына қарағанда аз ультракөк сәуле сіңіретін өнімдер пайда болуы мүмкін. Бұны цинаматтар, салицилаттар, бензилидин камфора және дибензоилметан туындылары көрсетеді. Октил метоксицинаматы (ОМК) фотоизомеризацияға, фотодеградацияға және фотодимеризацияға ұшырап, бірнеше димерлер мен циклодимерлер изомерлерін түзеді. Көптеген коммерциялық өнімдер транс-изомерлер түрінде болады, бірақ А=С қос байланысының ароматикалық сақиналарға жақын орналасуынан ультракөк сәулеленуге ұшырағанда қоршаған ортада транс және цис изомерлерінің қоспасы ретінде кездеседі. Изомерлердің физикалық-химиялық қасиеттері ұқсас болуы мүмкін, бірақ олардың биологиялық әрекеттері мен әсерлері әртүрлі болуы мүмкін.

р-аминобензой қышқылы (PABA)

p Аминбензой қышқылы – күннен қорғайтын кремдерде қолданылған ең алғашқы УФ-фильтрлердің бірі (1943 жыл). Ол 5%-ға дейінгі концентрацияда қолданылды. 1982 жылы PABA адам жасушаларындағы белгілі бір ДНК зақымдануының пайда болуын күшейтетіні анықталды. PABA-ның фотохимиялық тағдырына су құрамындағы NO3−, еріген органикалық заттар (DOM) және HCO3− сияқты компоненттер әсер етуі мүмкін. PABA NO3 қатысқан ерітіндіде тікелей және жанама фотолизден өтеді. Жанама фотолиз басым жол болып табылады. Чжоу және Моппер нитраттың PABA фотодеградациясын 2 есеге арттыратынын көрсетті. Дегенмен, карбонаттар мен табиғи органикалық заттар (NOM) сияқты бос радикалдарды жойғыштардың қатысуында PABA фотодеградациясы төмендеді. PABA-ның жанама фотолизі негізінен NO3 фотолизінің өнімі – •OH-қа байланысты деп болжалды. Бикарбонат анионы суда көп кездеседі. Бикарбонат •OH-тың 10%-ын залалсыздандырады. Бикарбонат пен •OH арасындағы реакция •OH-қа қарағанда реакциялық қабілеті төмен карбонат радикалын (•CO3) тудырады. Табиғи суларда •CO3-тың төмен реакциялық қабілетіне байланысты, оның тепе-теңдік концентрациясы •OH-қа қарағанда жоғары болады. Бикарбонаттың PABA фотолизін күшейтуі карбонат радикалдарымен байланысты. EHMC вирустық инфекцияларды ынталандырып, коралл ағаруына себеп болатыны дәлелденді. Токсикологиялық тұрғыдан алғанда, EHMC-ның in vitro және in vivo екі жағдайда да эстрогендік қасиеттері бар. Мысалы, осы қосылысқа ұшырау тышқандардың жатырының салмағын арттырды. EHMC-ге жүктілік кезеңінде ұшырау тышқан ұрпақтарының репродуктивтік және неврологиялық дамуына әсер етуі мүмкін, бұл алаңдаушылық тудырады, себебі адамдар күннен қорғайтын кремдер мен басқа да косметикалық өнімдерді қолдану арқылы осы қосылысқа үнемі ұшырайды. EHMC үшін негізгі трансформация жолы – фотолиз. Тікелей фотолиз басым трансформация жолын құрайды. Ал OH-ға байланысты жанама фотолиз мардымсыз және еріген органикалық заттардың әсерінен екіншілік жол болып табылады. Ультракүлгін сәулеленуге ұшыраған кезде EHMC үшін төрт трансформация өнімі анықталды. 4 метоксибензальдегид (MOBA) және 4 метоксициннама қышқылы – деалкилдеу арқылы EHMC-нің екі трансформация өнімі. Аралық MOBA бактерияларға EHMC-ден гөрі улырақ.

p Aminobenzoic acid was one of the earliest UV filters used in sunscreens (1943). It was used in concentrations up to 5%. It was discovered by 1982 that PABA increases the formation of a particular DNA defect in human cells. The photochemical fate of PABA may be impacted by water constituents, e. g., NO3−, dissolved organic matter (DOM), and HCO3−. PABA undergoes both direct and indirect photolysis in the solution with the presence of NO3. Direct photolysis accounts for 25% of the degradation of PABA and is considered a secondary pathway. On the other hand, indirect photolysis was the dominant pathway. Zhou and Mopper showed that nitrate enhanced the photodegradation of PABA by a factor of 2. However, in the presence of free radical scavengers such as carbonate forms and natural organic matter (NOM), the photodegradation of PABA decreased. It was proposed that the indirect photolysis of PABA was mainly due to the NO3 photolysis product •OH. The Bicarbonate anion is abundant in water. Bicarbonate caused 10% of •OH scavenging. The reaction between bicarbonate and the •OH yields carbonate radical (•CO3), which is less reactive than •OH. In natural waters, •CO3 can reach a higher steady state concentration than •OH because of its lower reactivity. The enhancement of PABA photolysis by bicarbonate is due to carbonate radicals. EHMC was proved to be responsible for coral bleaching by promoting viral infections. From the toxicological point of view, EHMC has estrogenic properties both in vitro and in vivo. For instance, exposure to this compound caused the increase of the uterus' weight for rats. Prenatal exposure to EHMC can affect both the reproductive and neurological development in the offspring of rats, which can be a cause for concern because humans are routinely exposed to this compound through the use of sunscreens and other cosmetics. The main transformation pathway for EHMC is photolysis. Direct photolysis represents the dominant transformation pathway. On the other hand, the indirect photolysis due to OH is negligible and, due to dissolved organic matter, will be a secondary route. Four transformation products were detected for EHMC upon exposure to UV radiation. 4 methoxy benzaldehyde (MOBA) and 4 methoxy cinnamic acid are two transformation products of EHMC via dealkylation. The intermediate MOBA is more toxic than EHMC towards the bacteria.