- Що таке фотобіологія?
- Фотобіологічні небезпеку для очей та шкіри
- Еволюція стандартів безпеки для світлодіодів
- Введення стандарту IEC 62471-2006
- Стандарт IEC62471: 2006 містить чотирьохрівневу класифікацію для ламп і систем освітлення, випромінюючих...
- Схожі Записи
Перегляд місця світлодіодів в стандартах безпеки зробив істотний вплив на вихід на ринок не тільки всіх освітлювальних приладів зі світлодіодами, а й будь-якої продукції, що має хоча б яке-небудь оптичне випромінювання, пише Леслі Лайнс, фахівець технічної підтримки компанії Bentham Instruments Ltd.
Леслі Лайнс (Leslie Lyons)
[email protected]
Спеціаліст технічної підтримки компанії Bentham Instruments Ltd з 2007 року. Член комісії Британського інституту стандартів (BSI), і Міжнародної електротехнічної комісії (IEC). В якості експерта брав участь в розробці стандарту TC 76 Безпека оптичного випромінювання і лазерного обладнання.
Перша з трьох статей дає всебічний погляд на місце світлодіодів в системі стандартів фотобіологічні безпеки, починаючи всім, що стосується фотобиологии і закінчуючи реалізацією сучасних стандартів безпеки виробленої продукції.
Що таке фотобіологія?
Фотобіологія - це наука, що вивчає вплив оптичного випромінювання на живі організми. Оптичне випромінювання визначається як електромагнітне випромінювання з довжинами хвиль від 100 нм в ультрафіолетовому і до 1 мм в інфрачервоному діапазонах. Однак через поглинання атмосферою хвиль нижче 200 нм і незначною кінетичної енергії електронів довгохвильової області інфрачервоного випромінювання на практиці ці межі часто звужуються до 200-3000 нм. (Див. Рис. 1).
Різні спектральні області, включаючи оптичну, із зазначенням динамічної кривої області світосприйняття людського ока.
Так як живі тканини добре поглинають оптичне випромінювання, з глибиною проникнення від декількох мікрон в ультрафіолетовому, до декількох міліметрів в інфрачервоному діапазонах, виникає реальний ризик пошкодження таких життєво важливих органів людини як очі і шкіра. Біологічна реакція, яка виникає при впливі на живу тканину різного роду випромінювань, включає в себе як фотохімічні, так і температурне взаємодія. Перше відбувається в короткохвильовому діапазоні, де енергія фотонів досягає максимальної величини, температурні ж ефекти виникають з іншого кінця спектра - області довгих хвиль.
При фотохімічному взаємодії світло певної хвилі (в тому числі і його енергетична складова) збуджує електрони в молекулах клітин, порушуючи внутрішню структуру і руйнуючи їх. Наслідком цього можуть бути як прямі, так і непрямі наслідки - від утворення вільних радикалів до руйнування структури ДНК, в якій обидві спіралеподібні пари нерозривно пов'язані один з одним. Вільні радикали небезпечні тим, що вступивши у взаємодію з ДНК, здатні порушити її структуру. А при взаємодії з клітинами ретінальних фоторецепторів руйнують молекулярну функцію і викликають їх загибель.
Руйнування структури ДНК може призвести до виникнення ракових пухлин. Механізм температурного взаємодії грунтується на поглинанні клітинами організму випромінюваного кольору і підвищенні температури на ділянці поглинання, що веде до денатурації білка і руйнування клітинної структури. У той час як тепловий вплив однаково небезпечно у всьому діапазоні інфрачервоних хвиль, фотохімічні вплив характеризується різним впливом на різних ділянках діапазону, що характеризується ваговими функціями небезпеки (див. Рис. 2). Ці функції обернено пропорційні дозі (кількості випромінювання), необхідної для кожної довжини хвилі.
Вагові функції небезпеки, що демонструють істотну спектральну залежність фотохімічних взаємодій
Крім того, якщо негативний ефект від незначного термічного впливу можна нівелювати відведенням надлишкового тепла від потерпілого ділянки, фотохімічні вплив підпорядковується закону взаємосумісності Бунзена-Роско. Це означає, що довгострокове, але слабке випромінювання завдає шкоди, еквівалентний короткочасного, але потужному світловому впливу.
Фотобіологічні небезпеку для очей та шкіри
Для розуміння суті фотобіологічні небезпеки необхідно розглянути три варіанти впливу: на шкіру, фронтальну частину ока (рогівку, слизову оболонку і кришталик) і сітківку.
При впливі на шкіру, частина випромінюваного світла відбивається, а решта передається через епідерміс і дерму. Принципову загрозу для шкіри являє ультрафіолетовий спектр випромінювання, здатний нанести пряму шкоду ДНК, і викликати запальну реакцію, добре відому в побуті як сонячний опік. Інша небезпека таїтися в так званих вільних радикалів, що утворюються в результаті впливу цього випромінювання, які так само несуть небезпеку для ДНК інших клітин шкіри, наприклад колагену. Цей білок відповідає за еластичність шкірного покриву. Його руйнування призведе до дегенеративних змін в еластичних волокнах сполучної тканини і шкіри і зрештою - старіння шкіри і зморшок.
Також присутній і невелика можливість термічного опіку, обмежена чутливістю до болю.
Шкіра здатна виробити захисний механізм до регулярно повторюється УФ випромінювання невеликої інтенсивності шляхом потовщення верхнього шару епідермісу і збільшення вироблення гормону меланіну, що поглинає випромінювання і особливої пігментації, званої засмагою.
Вплив на поверхневі шари очі викликає подібну зі шкірою реакцію. І основна загроза тут також таїться в УФ-діапазоні, що приводить до виникнення кератиту (інакше ефекту засліплення). Це фотохімічна запальна реакція, схожа на сонячний опік. В інших випадках УФ-випромінювання може викликати индуцированную катаракту кришталика. А при потужному тривалому тепловому впливі з'являється ризик виникнення інфрачервоної катаракти.
Через оптичних особливостей кришталика, впливати на сітківку ока можуть тільки певні хвилі, що знаходяться поза діапазону 300-1400 нм. Виняток становлять випадки захворювання очей, при якому кришталик нерозвинений або якщо було вийнято операційно. При тривалому - понад 10 з - впливі на око джерела синього кольору велика ймовірність отримання ретинального пошкодження тканин. Вільні радикали, що виникають в процесі випромінювання, порушують як фоторецептори, так і пігментний епітелій сітківки (ПЕС - моно шар гексагональних клітин між фоторецепторних клітинами сітківки і судинної оболонкою ока. Що міститься в цьому шарі пігмент меланін поглинає частину потрапляють в око променів світла). При короткочасному впливі більш імовірна небезпека термічного пошкодження, оскільки воно здатне викликати руйнування білка і ключових біологічних компонентів сітківки.
Для захисту від видимих подразників очей забезпечений рядом механізмів. Це і моргання, і звуження зіниці і миттєві синхронні рухи очних яблук, що дозволяють мінімізувати час впливу несприятливого випромінювання. У таблиці 1 показані всі шість фотобиологических ризиків для очей і шкіри.
Небезпека Хвильовий діапазон, нм Основні біоеффектов Шкіра Очі Фотохімічне опромінення шкіри та очей 200 - 400 еритема (сонячний опік)
еластозіс (старіння шкіри, поява зморшок) фотокератит Вплив ультрафіолетового випромінювання на око. 315 - 400 - катаракта Вплив блакитного світла на сітківку ока. 300 - 700 - фоторетініт Тепловий вплив на сітківку ока 380 - 1400 - опік сітківки ока Вплив інфрачервоного випромінювання 780 - 3000 - опік рогівки, катаркта Тепловий вплив на шкіру 380 - 3000 опік шкіри -
* Таб. 1 | Шість фотобиологических загроз для шкіри і очей (плюс позначення ваговій функції небезпеки)
Еволюція стандартів безпеки для світлодіодів
Беручи до уваги існуючі фотобіологічні проблеми, Міжнародна Комісія із захисту від неіонізуючого випромінювання (ICNIRP) опублікувала гранично допустимі нормативи для кожного виду небезпеки.
Ці нормативи грунтуються на даних, отриманих в ході експериментів, визначили порогові значення для кожного виду випромінювання. Різні відхилення фоточутливості живих організмів, а також фотосенсибілізатори, як природні, так і штучні до уваги не бралися.
Фотобіологічні безпеку світлодіодів була вперше розглянута в 1993 р, коли компанія Nichia представила комерційно перспективний синій світлодіод на основі GaN підкладки. Тоді Міжнародна електротехнічна комісія (IEC) прийняла рішення про включення світлодіодів в рамки існуючих стандартів лазерних технологій, IEC 60825. Сенс цього рішення був двояким: по-перше, світлодіоди, в зв'язку з вузькою спектральної смугою, малим розміром джерела і потенційно строго спрямованим просторовим розподілом світла, можна розглядати як проміжну технологію між лазерами і звичайними лампами. Друга причина полягала в тому, що ІЧ-світлодіоди застосовувалися в оптоволоконних системах зв'язку, де вже використовувалися лазерні діоди.
У 1996 і 2001 рр. були зроблені спроби більш повного врахування світлодіодів в рамках лазерного стандарту, в основному за рахунок перегляду філософії безпеки, яка визначає наслідки для всіх видів лазерів. Однак, головною проблемою залишається переоцінка небезпеки, багато в чому завдяки неухвалення до уваги особливої природи світлодіодного випромінювання.
Паралельно з розвитком IEC60825, в 1996 р Світлотехнічне суспільство Північної Америки (IESNA) опублікувало ANSI / IESNA RP27.1, «Рекомендована практика фотобіологічні безпеки для ламп і лампових систем: Загальні вимоги». Це рішення ознаменувало серію стандартів для НЕ лазерних джерел. У 2002 р Міжнародна комісія з освітлення (МКО), яка прийняла основну частину.
ANSI / IESNA RP27.1 опублікувала Стандарт CIE S009 / E-2002, «фотобіологічні безпеку ламп і лампових систем», тим самим поширивши цей стандарт в світі.
З огляду на, що светодиодам стало тісно в рамках лазерних стандартів, а також досягнення в області світлодіодного виробництва і збільшення областей застосування, в Міжнародної електротехнічної комісії прийняли рішення прибрати світлодіоди з лазерних стандартів, оновивши IEC 60825 в 2007 році. Винятком стали системи волоконного зв'язку і просторово вільні комунікаційні програми. Ці зміни мали альтернативи, в якому світлодіодні лампи отримають більш докладний розгляд.
Введення стандарту IEC 62471-2006
У 2006 р IEC затверджені чинні CIE S009 / E-2002 керівні принципи, щоб видати IEC62471: 2006 «фотобіологічні безпеку ламп і лампових систем», як подвійний стандарт з логотипом CIE. Областю застосування цього стандарту є уявлення для оцінки фотобіологічні безпеки ламп і лампових систем, виключаючи лазери, що випромінюють світло в спектральної області 200-3000 нм.
Методологія вимірювання і гранично допустимої концентрації (на підставі даних ICNIRP) приведена в розгляді шести традиційних небезпек для шкіри і очей, при експозиції з тривалістю до восьми годин, взятої на основі робочого дня. Аналіз наслідків тривалого впливу випромінювання поки не проводився.
Чотирьохрівнева структура класифікації, заснована на допустимому часу впливу, перш ніж перевищити EL кожної небезпеки, визначається, починаючи з «Вільного» і закінчуючи «Групою ризику». У випадку з небезпекою для сітківки, до уваги прийняті відразу і час реакції очі. Слід зазначити, що ця система класифікації відрізняється від класової системи, яка застосовується для лазерів (див. Табл. 2).
Стандарт IEC62471: 2006 містить чотирьохрівневу класифікацію для ламп і систем освітлення, випромінюючих в діапазоні 200-3000 нм, за винятком лазерів
Групи ризику
Обгрунтування
Винятки фотобіологічні небезпеки не представляє I група фотобіологічні безпеки при допустимих навантаженнях не представляє 2 група Чи не представляють небезпеки через негативної реакції на яскраве світло і теплової дискомфорт 3 група Небезпечні навіть при миттєвому впливі
Оцінка складається з комплексу серій вимірювань спектрального випромінювання (200-3000 нм) з урахуванням небезпеки для шкіри і передньої поверхні ока, а також спектральної яскравості (300-1400 нм) з урахуванням небезпеки для сітківки. Виміри проводилися в конкретних геометричних умовах, які повторюють біофізичні явища, серед яких ефект руху очей за умови опромінення сітківки, і в залежності від вимірювання відстані від заявленого джерела розгляду.
Про реалізацію практичних підходів до стандартизації в Європі і світі читайте в наступному номері.
За матеріалами журналу LEDs Magazine www.ledsmagazine.com
Схожі Записи
« Функції чутливості контрасту для монохроматичноговипромінювання світлодіодів високої яскравості Освітлення фабрики огрудкування Стойленського ГЗК: одне з найбільш енергоефективних в Росії »
Що таке фотобіологія?Що таке фотобіологія?
