Последние достижения в разработке и применении эксиламп

3. Сроки службы эксиламп детерминированы рядом факторов:
– наличием/отсутствием в газовой среде химически агрессивного газа (хлора);
– температурным режимом колбы (и, соответственно, удельным энерговкладом в газовую среду);
– радиационной стойкостью используемого для изготовления колбы кварца (что актуально для коротковолновых эксиламп);
– конструкцией колбы (а именно, наличием в ней т.н. «буферного» объёма).

В режиме умеренных энеговкладов и/или за счёт применения колбы с «буферным» объёмом нами достигнуты сроки службы хлорсодержащих эксиламп до 7000 ч. Испытания эксиламп на основе иодидов и бромидов показали, что за 2500 ч не происходит какого-либо заметного снижения мощности излучения, за исключением KrBr-эксилампы, B -> X полоса излучения которой со временем снижает прозрачность кварцевых колб из стекла марки ТКг.

4. Применение эксиламп прежде всего обусловлено их спектральным составом. В тех случаях, когда широкополосный спектр излучения не нужен и необходимо селективно воздействовать на тот или иной фотопроцесс, эксилампы находят всё новые и новые применения. Остановимся только на некоторых последних проведённых нами исследованиях действия излучения эксиламп на вещество.

Инактивация микроорганизмов излучением эксиламп [10]. Исследовано инактивирующее действие излучения XeBr-эксилампы БР и ртутной лампы низкого давления (РЛНД) в полосе первого максимума поглощения ДНК на E. coli. По [10] видно , что максимум интенсивности B -> X полосы молекулы XeBr* (282 нм) находится примерно на одном и том же расстоянии от максимума спектра действия, что и атомарная линия РЛНД. На этом основании был предсказан сопоставимый инактивирующий эффект
излучения обеих ламп, что подтвердилось экспериментально. Но при повторном облучении выживших микроорганизмов инактивирующий эффект от излучения XeBr-эксилампы БР не изменился, а для РЛНД – уменьшился. Косвенно это свидетельствует о том, что клетки E. coli приобретают резистентность к атомарной линии ртути спектра РЛНД, а излучение XeBr-эксилампы такого эффекта не вызывает.

Результаты исследования инактивирующего действия излучения эксиламп БР на молекулах XeBr*, KrCl* и эксилампы на рабочих молекулах KrCl* и KrBr* на широкую выборку микроорганизмов (эталонные штаммы E. coli, St. aureus, микроорганизмы, выделенные с кожи человека р. Sarcina, р. Bacillus и р. Pseudomonas) показалито эксилампы обеспечивают заданную бактерицидную эффективность при поверхностных дозах, сопоставимых с дозами РЛНД.

Идентификация алмазов [11, 12]. В [12] измерены и исследованы спектры пропускания и люминесценции образцов корунда, алмаза и фианита природного и искусственного происхождения. Возбуждение люминесценции производилось KrCl-эксилампой БР. Предложено использовать KrCl-эксилампу для создания приборов неразрушающей идентификации алмаза и его имитаторов [12].

Инактивация живых клеток излучением эксиламп [13]. Исследовано инактивирующее действие излучения I2- и XeBr-эксиламп ЕР на культуры живых клеток Chinese Hamster Ovary (CHO-K1). Найдено, что зависимость степени инактивации фибробластов Chinese Hamster Ovary (CHO-K1) от поверхностной дозы облучения носит пороговый характер, а не падающий, как в случае УФ-инактивации микроорганизмов. Дано объяснение этому эффекту. Действие УФ-излучения на клетку вызывает в её внутренней среде образование свободных радикалов и оксидов (например, H2O2 и его производных). Для защиты от них клетка вырабатывает антиоксиданты.
Одним из важных антиоксидантов является глютатион (GSH, гамма-глютамилцистеинглицин), состоящий из гамма-глютаминовой кислоты, цистеина и глицина, и клетки CHO-K1 содержат GSH. Выяснилось, что в здоровых клетках концентрация GSH высока и составляет по порядку величины мМ.
При облучении XeBr-эксилампой глютатион исчерпывается в клетках при дозах HS > 0.2 Дж/см2. При дозах менее 0.2 Дж/см2 излучение никак не влияло на жизнеспособность клетки и концен трацию антиоксиданта. На основании этих исследований сделан практически важный вывод, что излучение эксиламп удобно использовать для стерилизации инфицированных тканей, не затрагивая функциональной активности фибробластов живой ткани.

Биотехнология [14]. Для разложения ряда токсичных органических загрязнителей применяются не только фотохимические, но и биологические методы. Но биодеградация ряда токсичных веществ при их повышенной концентрации сопровождается ингибированием роста организмов-деструкторов и относительно низкой скоростью разложения. Предложен новый комбинированный метод деградации хлорфенолов (ХФ) с использованием эксиламп: на первом этапе ХФ окисляются излучением XeBr-эксилампы, в результате чего ХФ переводятся в относительно легкоокисляемые формы, и на втором этапе подвергаются биодеградации. Применение эксилампы позволило примерно на порядок сократить время первого этапа, по сравнению с работами наших предшественников.

Из анализа текущей литературы по исследованиям эксиламп можно заключить, что дальнейшие перспективы развития эксиламп связаны с внедрением их в практику решения всё большего количества научных и индустриальных задач.

Работа выполнена при финансовой поддержке МНТЦ (грант №3583).

Литература:

1. Соснин Э.А. Эксилампы и новое семейство газоразрядных ультрафиолетовых облучателей на их основе // Светотехника. 2006. №6. С.25.31.
2. Sosnin E.A., Oppenlander T., Tarasenko V.F. Applications of Capacitive and Barrier Discharge Excilamps in Photoscience // J. Photochem. Photobiol. C: Reviews. 2006. V.7. P.145.163.
3. Sosnin E.A., Sokolova I.V., Tarasenko V.F. Development and Applications of Novel UV and VUV Excimer and Exciplex Lamps for the Experiments in Photochemistry // In Book: Photochemistry Research Progress (Eds by A. Sanchez, S.J. Gutierrez). Nova Science Publishers, 2008. ISBN 978-1-60456-568-3.
4. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Оптические свойства плазмы барьерного и ёмкостного разрядов в смесях инертных газов с галоидами и в инертных газах, эксилампы // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. 2008 Серия Б. Том III-2. Глава 2. С. 526-556. М.: Янус-К, 2008. ISBN 978-5-8037-0429-4.
5. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Источник двухполосного излучения на основе трехбарьерной KrCl-XeBr-эксилампы // Письма в ЖТФ. 2008. Т.34. Вып.17. С.1.6.
6. Авдеев С.М., Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Планарные эксилампы барьерного разряда // Оптика атмосферы и океана. 2008. Т.21. №8. С.725–727.
7. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Оптические характеристики плазмы эксиламп барьерного разряда на димерах галогенов I2*, Cl2*, Br2* // Оптика и спектроскопия. 2007. Т.103. №4. C.554–560.
8. Avdeev S.M., Boichenko A.M., Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. Barrier-Discharge Excilamp on a Mixture of Krypton and Molecular Bromine and Chlorine // Laser Physics. 2007. V.17. №9. P.1119–1123.
9. Авдеев С.М., Ерофеев М.В., Скакун В.С., Соснин Э.А., Суслов А.И., Тарасенко В.Ф., Щитц Д.В. Спектральные и энергетические характеристики многополосных KrBr-эксиламп барьерного разряда // Квантовая электроника. 2008. Т.38. №7. С.702–706.
10. Авдеев С.М., Величевская К.Ю., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Лаврентьева Л.В. Анализ бактерицидного действия ультрафиолетового излучения эксимерных и эксиплексных ламп // Светотехника. 2008. №4. С. 41–45.
11. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Устройство для детектирования алмазов // Патент RU № 71166. Приоритет 06.11.07. Опубл. 27.02.2008. Бюл. №6.
12. Sosnin E.A., Lipatov E.I., Avdeev S.M., Tarasenko V.F., Novoselov Yu.N. Application of a KrCl-excilamp (222 nm) for identification of natural and synthetic diamonds // Proc. SPIE. 2009. V.7201. 720118.
13. Erofeev M.V., Kieft I.E., Sosnin E.A., Stoffels E. UV excimer lamp irradiation of fibroblasts: the influence on antioxidant homeostasis // IEEE Transactions on Plasma Science. 2006. V.34. №4. P.1359.1364.
14. Matafonova G.G., Christofi N., Batoev V.B., Sosnin E.A. Degradation of chlorophenols in aqueous media using UV XeBr excilamp in a flow reactor // Chemosphere. 2008. V.70. P.1124.1127.