紫 外 線 から 環 境 問 題 を 考 える 1 目 的 紫 外 線 を 浴 びすぎると 皮 膚 がんや 白 内 障 になりやすいことが 明 らかになっている さらに オ ゾン 層 破 壊 によって 地 上 に 到 達 する 紫 外 線 が 増 加 していることから WHO( 世 界 保 健 機 関 ) では 紫 外 線 対 策 の 実 施 を 推 奨 している 気 象 庁 も 平 成 17 年 度 から 国 際 標 準 のUVインデックスを 発 表 し 紫 外 線 対 策 を 呼 びかけている オゾン 層 破 壊 の 原 因 は エアコンや 冷 蔵 庫 の 冷 媒 やスプレーに 使 用 していたフロンなどの 塩 素 系 の 気 体 や 臭 素 系 沃 素 系 の 気 体 であり 1990 年 代 から 使 用 が 厳 しく 規 制 されてはいるが 成 層 圏 においては 依 然 として 増 加 しておりオゾン 層 の 破 壊 は 進 んでいる 一 説 には 現 在 の 規 制 を 守 り 続 けたとしても オゾン 層 が 回 復 するのは 今 世 紀 中 頃 と 言 われている この 紫 外 線 の 性 質 と 対 策 を 調 べる 中 で 紫 外 線 の 害 から 身 を 守 る 方 法 を 知 るだけでなく 温 暖 化 ガスの 放 出 など 原 因 も 被 害 も 個 人 の 生 活 に 直 接 関 わっている 環 境 破 壊 について 考 えるこ とができる 実 験 1 プリズムによる 光 の 分 散 太 陽 光 などの 白 色 光 が 様 々な 種 類 の 光 を 含 むこと また 目 に 見 えない 光 ( 紫 外 線 )も 含 ま れることを 理 解 する (1) 準 備 : 三 角 プリズム スクリーン( 方 眼 紙 ) 紫 外 線 強 度 計 (UVセンサーについて 下 の 名 前 をクリックしてください) UVセンサー(pdf) UV 強 度 計 測 器 キット(pdf) (2) 測 定 1 三 角 プリズムに 日 光 を 当 てスクリーン 上 にスペクトルを 映 し その 様 子 を 観 察 する 2 スペクトルの 上 下 左 右 4か 所 に 紫 外 線 強 度 計 の 受 光 部 を 置 きそこでの 紫 外 線 強 度 を 測 定 する この 値 をバックグランド(BG)とする 3 各 色 およびスペクトルの 外 側 に 紫 外 線 強 度 計 の 受 光 部 を 当 て 強 度 を 測 定 する どの 色 の 部 分 を 測 っているかは 紫 外 線 強 度 計 の 白 い 紙 の 部 分 で 判 断 する この 値 を 実 測 値 (A)とする 4 スペクトルの 紫 外 線 強 度 を 計 算 する 紫 外 線 強 度 =A-BG プリズムの 調 整 スペクトルの 周 囲 でバックグランドを 測 定 各 色 や 紫 外 部 の 紫 外 線 を 測 定 - 1 -
( 補 足 ) 太 陽 が 出 ていないときの 測 定 太 陽 が 出 ていないときには OHPの 上 にスリットを 置 き その 光 をプリズムで 分 光 させ そのスペクトル 上 で 測 定 する こともできる 実 験 2 紫 外 線 の 吸 収 紫 外 線 がガラスや 日 焼 け 止 めクリームや 布 地 などにどの 程 度 吸 収 されるかを 調 べ 紫 外 線 対 策 について 考 える (1) 準 備 : 紫 外 線 光 源 紫 外 線 強 度 計 スライドガラス 日 焼 け 止 めクリーム 各 種 の 布 地 OHPの 上 にスリットを 入 れた 工 作 用 紙 を 置 き プリズムで 分 光 する OHPからの 光 で 各 色 や 紫 外 部 の 紫 外 線 を 測 定 する (2) 日 焼 け 止 めクリームなどの 効 果 1 紫 外 線 光 源 に 直 接 センサーを 向 け 紫 外 線 強 度 を 測 定 する 2 スライドガラス1 枚 をセンサー 受 光 部 に 載 せ 紫 外 線 強 度 を 測 定 する 3 スライドガラスを2~8 枚 順 にセンサー 受 光 部 に 載 せ 紫 外 線 強 度 を 測 定 する 4 スライドガラスに 各 種 の 日 焼 け 止 めクリームを 均 一 に 塗 り 再 びセンサー 受 光 部 に 載 せ 紫 外 線 強 度 を 測 定 する 日 焼 け 止 めクリームを 塗 るときは 同 じような 厚 さに 塗 ること 紫 外 線 光 源 での 実 験 5 UVカットシートの 効 果 を 測 定 する 6 再 び 紫 外 線 光 源 に 直 接 センサーを 向 け 紫 外 線 強 度 を 測 定 し 最 初 の 値 と 平 均 する スライドガラスにUVカットク リームを 塗 ってUVカットの 効 果 を 調 べる UVカットフィルムの 効 果 を 調 べる(メガネのUVカット 効 果 も 調 べられる) - 2 -
(3) 布 地 による 吸 収 効 果 * 布 の 糸 目 により 吸 収 効 果 が 異 なるので 3 箇 所 で 計 測 し 平 均 する 実 験 テキストを 参 照 実 験 3 紫 外 線 の 散 乱 反 射 太 陽 からの 紫 外 線 は 直 接 来 るものだけでなく 大 気 で 散 乱 されたり 地 面 で 反 射 したりす るものもある 計 測 器 のセンサーを 直 接 太 陽 に 向 けた 場 合 と 次 のような 方 向 に 向 けた 場 合 の 強 度 を 比 較 する 1 日 なたで 太 陽 と 直 角 の 方 向 の 青 空 に 向 ける 2 日 なたで 太 陽 と 直 角 の 方 向 の 雲 に 向 ける 3 日 陰 で 太 陽 と 直 角 の 方 向 の 青 空 に 向 ける 4 日 陰 で 太 陽 と 直 角 の 方 向 の 雲 に 向 ける 5 太 陽 と 直 角 の 方 向 のコンクリートに 路 面 に 向 ける 6 太 陽 と 直 角 の 方 向 の 土 の 地 面 に 向 ける 7 太 陽 と 直 角 の 方 向 の 草 地 に 向 ける 8 太 陽 と 直 角 の 方 向 の 水 面 ( 青 空 が 映 る)に 向 ける 9 太 陽 と 直 角 の 方 向 の 雪 面 に 向 ける 紫 外 線 Q&A Q1 紫 外 線 にはどんな 種 類 があり 私 たちの 生 活 とどのように 関 わっているのですか A1 紫 外 線 はまずその 波 長 によって 波 長 の 短 い 遠 紫 外 線 (200nm 以 下 )と 波 長 の 長 い 近 紫 外 線 に 分 けられます 近 紫 外 線 はさらに 大 気 による 吸 収 や 皮 膚 に 対 する 影 響 によって 次 の 3つに 分 類 されます 紫 外 線 A(UV-A):400~320nm ブラックライト 紫 外 線 B(UV-B):320~280nm 日 焼 けサロン 紫 外 線 C(UV-C):280~200nm 殺 菌 灯 遠 紫 外 線 と 紫 外 線 Cは 太 陽 光 が 成 層 圏 を 通 過 するまでに 完 全 に 吸 収 され 地 表 に 達 する ことはありません 紫 外 線 Aは 紫 色 の 可 視 光 にかなり 似 ており ほとんど 大 気 に 吸 収 されないで 地 表 に 達 します 紫 外 線 Aは 皮 膚 の 深 部 にまで 入 り 込 んで シミやたるみの 原 因 となります 紫 外 線 Bは 皮 膚 への 作 用 がさらに 強 く 多 量 に 浴 びると 赤 く 炎 症 を 起 こしたり シミやソバカスを 濃 く したりします 人 が 皮 膚 ガンや 白 内 障 になったり 羊 が 失 明 したりするのはこの 紫 外 線 Bの 影 響 が 大 きいの です オゾン 層 はこの 紫 外 線 Bから 私 たちを 守 る 唯 一 の 防 御 層 です - 3 -
Q2 A2 紫 外 線 のことをUVと 表 すのはなぜですか 紫 を 英 語 で 言 うと purple( 赤 紫 ) violet( 青 紫 )となりますが スペクトルで 観 察 した ように 白 色 光 を 分 散 させると 波 長 の 短 い 方 は 青 紫 の 濃 いものです その 紫 (violet) のさらに 外 側 にあるのが 紫 外 線 なので 超 (Ultra) 紫 (Violet)の 頭 文 字 をとって UVと 表 します Q3 A3 紫 外 線 の 強 さ( 強 度 )はどのように 表 しますか 紫 外 線 の 強 度 は 単 位 面 積 あたりに 入 射 する 紫 外 線 の 仕 事 量 ( 単 位 時 間 あたりのエネルギ ー 量 )で 表 わします 紫 外 線 のエネルギーは 波 長 が 短 いものほど 大 きいのですが 測 定 範 囲 の 波 長 域 のエネルギー 量 を 合 計 したものを 機 器 により 測 定 してmW/cm2または μw/cm2あるいはmed 値 で 表 します MED 値 ( 最 小 紅 斑 量 :Minimum Erythem a Dose)とは 曝 射 10 時 間 後 に 肌 にかすかな 紅 斑 ( 日 焼 け)を 生 じさせるのに 要 する 紫 外 線 の 最 小 照 射 量 のことです 最 小 照 射 量 の 数 倍 の 量 だと 表 皮 細 胞 の 一 部 が 死 んで 細 胞 間 液 や 白 血 球 がその 下 に 集 まって 水 疱 となります MED 値 は 一 人 ひとりの 肌 の 性 質 によって 値 が 異 なり 例 えば 色 白 で 日 焼 けに 弱 い 人 で は 40~50kJ/m2と 値 が 小 さく 逆 に 日 焼 けに 強 い 人 では 90~100kJ/m2と 大 き な 値 になるので 紫 外 線 強 度 は 同 じでもMED 値 は 人 によって 違 います 図 は 日 本 人 のMED 値 の 分 布 を 示 しています 1μW/cm 2 の 強 度 は 1 時 間 では 36J/m 2 となり 日 中 の 太 陽 光 のように2000μW/cm 2 の 強 度 があれば 72kJ/m 2 となります 多 くの 日 本 人 は1 時 間 も 外 に いれば 皮 膚 にダメージが 生 じることになります 2000μW/cm 2 1 時 間 以 内 に 皮 膚 にダメージ 4000μW/cm 2 30 分 間 以 内 に 皮 膚 にダメージ Q4 UVインデックスとは 何 ですか A4 計 器 で 測 定 される 紫 外 線 強 度 は 専 門 的 で 一 般 には 理 解 しにくいです そこで 紫 外 線 の 波 長 毎 の 人 体 へのダメージなどを 積 算 し 分 かりやすく 表 したのがUVインデックスで 国 際 的 な 基 準 があります 気 象 庁 での 発 表 も このUVインデックスを 使 っており 民 間 の 気 象 サー ビスも それを 利 用 しています 次 のようなところで 見 ることができます http://www.jma.go.jp/jp/uv/ 気 象 庁 紫 外 線 情 報 http://weather.yahoo.co.jp/weather/jp/expo/uv/index.html http://weather.goo.ne.jp/uv/index.html goo 天 気 情 報 ヤフー! 天 気 情 報 - 4 -
Q5 A5 紫 外 線 計 測 器 はどうすれば 入 手 できますか 市 販 のものは 高 価 です 簡 単 なUVセンサーやキットは 秋 月 電 子 (http://akizukidenshi. com/)で 購 入 できます センサーをデジタルテスターで 使 用 するのは 簡 単 ですが キッ トの 組 み 立 ては 難 しいです 当 センターで 所 有 している 物 (8 台 )は 実 習 研 修 に 使 用 しないときには 貸 し 出 し 可 能 です 紫 外 線 光 源 (4 台 )も 一 緒 に 貸 し 出 せます - 5 -
( 実 験 テキスト) 紫 外 線 の 観 察 と 吸 収 実 験 実 験 1 プリズムによる 光 の 分 散 1 目 的 太 陽 光 などの 白 色 光 が 様 々な 色 の 光 を 含 むこと また 目 に 見 えない 光 ( 広 義 の 光 )も 含 ん でいることを 理 解 する 2 実 験 準 備 : 三 角 プリズム スクリーン( 方 眼 紙 ) 紫 外 線 強 度 計 (UVセンサー) 実 験 : (1) 測 定 1 三 角 プリズムに 日 光 を 当 ててスクリーン 上 にス ペクトルを 映 し その 様 子 を 観 察 する 2 スペクトルの 外 側 の 上 下 左 右 4か 所 に 紫 外 線 強 度 計 の 受 光 部 を 置 き そこでの 紫 外 線 強 度 を 測 定 する( 光 線 に 対 し 紫 外 線 強 度 計 を 垂 直 に 置 いて 計 測 する) その 平 均 値 をバックグランド(BG)とする 3 各 色 の 部 分 および 紫 の 少 し 外 側 に 紫 外 線 強 度 計 の 受 光 部 を 置 き 紫 外 線 強 度 を 測 定 する(どの 色 の 部 分 を 測 っているかは 紫 外 線 強 度 計 の 白 い 紙 の 部 分 で 判 断 する ) この 値 を 実 測 値 (A)とする 4 各 色 での 紫 外 線 強 度 を 求 める 各 色 での 紫 外 線 強 度 =A-BG スペクトルを 映 す 右 平 均 左 バックグランド Back 上 μw/cm 2 Ground 下 (BG) バックグランドの 測 定 スペクトル 紫 外 線 強 度 各 色 の 紫 外 線 強 度 上 の 位 置 実 測 値 (A) A-BG 赤 μw/cm 2 μw/cm 2 緑 μw/cm 2 μw/cm 2 青 μw/cm 2 μw/cm 2 紫 の 少 し 外 側 μw/cm 2 μw/cm 2 紫 の 少 し 外 側 での 測 定 - 6 -
(2) 太 陽 が 出 ていないときの 測 定 太 陽 が 出 ていないときには OHPの 上 にスリットを 置 き その 光 をプリズムで 分 光 させ そのスペクトルを 利 用 して 測 定 する OHPによるスペクトル 紫 外 線 の 確 認 実 験 2 紫 外 線 の 吸 収 1 目 的 紫 外 線 がガラスや 布 地 日 焼 け 止 めクリームなどによ って どの 程 度 吸 収 されるかを 調 べる 2 実 験 準 備 : 紫 外 線 光 源 (ブラックライト) 実 験 : 紫 外 線 強 度 計 スライドガラス 日 焼 け 止 めクリームなど いろいろな 色 の 布 地 (1) ガラスや 日 焼 け 止 めクリームの 紫 外 線 吸 収 効 果 を 測 定 する 1 2 3 4 5 6 7 紫 外 線 強 度 計 の 受 光 部 を 紫 外 線 光 源 に 向 け 紫 外 線 強 度 を 測 定 する スライドガラス1 枚 を 受 光 部 に 載 せ 紫 外 線 強 度 を 測 定 する スライドガラスを2 4,8 枚 と 順 に 受 光 部 に 載 せ 紫 外 線 強 度 を 測 定 する 1と 同 じように 紫 外 線 強 度 を 測 定 し 1の 値 と 平 均 して 直 接 測 定 の 強 度 とする ガラスの 枚 数 の 違 いによる 紫 外 線 の 吸 収 率 を 計 算 する スライドガラス1 枚 にSPF 値 の 異 なる 日 焼 け 止 めクリームを 均 一 に 塗 り 受 光 部 に 載 せて 紫 外 線 強 度 を 測 定 し 紫 外 線 吸 収 率 を 計 算 する ブラックライトを 使 った 吸 収 実 験 注 ) 日 焼 け 止 めクリームを 塗 るときは 同 じような 厚 さに 塗 ること 場 所 によって 塗 り 方 に 差 がでるので 測 定 は3 箇 所 で 計 測 を 行 い 平 均 を 求 める UVカットシートを 受 光 部 に 載 せ 紫 外 線 吸 収 効 果 を 測 定 する スライドガラスに 日 焼 け 止 めを 塗 る 受 光 部 にUVカットシートを 置 く - 7 -
紫 外 線 光 源 の 強 度 ( 実 験 の 前 後 で 計 測 して 平 均 をとる) 直 接 測 定 1 測 定 前 4 測 定 後 平 均 値 (A) μw/cm 2 μw/cm 2 μw/cm 2 紫 外 線 の 吸 収 実 験 紫 外 線 強 度 (B) 吸 収 率 ((A-B)/A) 100 ガ スライドガラス 1 枚 μw/cm 2 % ラ ス 2 枚 μw/cm 2 % で の 4 枚 μw/cm 2 % 吸 収 8 枚 μw/cm 2 % 1 箇 所 目 2 箇 所 目 3 箇 所 目 平 均 μw/cm 2 吸 収 率 注 ) 日 SPF( ) % 焼 け ( ) % 止 め ( ) % UVカットシートの 効 果 μw/cm 2 % 注 ) 日 焼 け 止 めクリームの 吸 収 率 を 計 算 するときは スライドガラス1 枚 のとき の 紫 外 線 強 度 を A の 値 として 使 う (2) 布 地 の 色 による 紫 外 線 吸 収 効 果 の 違 いを 比 べる 1 紫 外 線 強 度 計 の 受 光 部 を 紫 外 線 光 源 に 向 け 紫 外 線 強 度 を 測 定 する 2 いろいろな 色 の 布 地 を 受 光 部 に 置 き 紫 外 線 強 度 を 測 定 する 布 の 織 り 目 により 吸 収 効 果 が 異 なるので 3 箇 所 で 計 測 して 平 均 値 を 求 める 3 1と 同 じように 直 接 測 定 して 平 均 をとり 各 色 での 吸 収 率 を 計 算 する 紫 外 線 光 源 の 強 度 ( 一 定 でないので 実 験 の 前 後 で 計 測 し 平 均 する) 直 接 測 定 測 定 前 測 定 後 平 均 値 (A) μw/cm 2 μw/cm 2 μw/cm 2 紫 外 線 の 吸 収 実 験 紫 外 線 強 度 (μw/cm 2 ) 吸 収 率 1 箇 所 目 2 箇 所 目 3 箇 所 目 平 均 値 (B) ((A-B)/A) 100 白 い 布 % 布 で 赤 い 布 % の 吸 青 い 布 % 収 黒 い 布 % - 8 -
紫 外 線 Q&A Q1 紫 外 線 とはどのようなものなのですか A1 私 たちの 見 る 光 の 色 は 光 の 波 長 によって 決 まります 私 たちが 目 に 感 じることのでき る 光 の 波 長 は 約 770nm~380nm(1nmは10 億 分 の1m)の 範 囲 で この 範 囲 よりも 波 長 が 短 く エネルギーの 大 きい 光 で380nm~10nmのものを 紫 外 線 といいます 小 さい エネルギー 大 きい 低 い 振 動 数 高 い 長 い 波 長 短 い 770nm 380nm 320nm 280nm 200nm 赤 可 紫 紫 紫 遠 外 視 外 外 外 紫 線 光 線 線 線 外 線 A B C 線 (1nm(ナノメートル)=10-9 m) 赤 橙 黄 緑 青 紫 近 紫 外 線 紫 外 線 Aは 皮 膚 の 深 部 まで 入 り 込 んで シミやソバカスの 原 因 になります 紫 外 線 B は 影 響 がさらに 強 く 皮 膚 ガンや 白 内 障 を 引 き 起 こしますが 大 気 の 上 空 にあるオゾン 層 によって その 多 くが 吸 収 されています 紫 外 線 Cや 遠 紫 外 線 は 大 気 の 上 空 で 完 全 に 吸 収 され 地 表 に 達 することはありません しかし 紫 外 線 には ビタミンDの 生 成 によるくる 病 の 予 防 と 治 療 空 気 や 水 の 殺 菌 と いう 効 用 もあります Q2 どれくらいの 紫 外 線 を 浴 びると 日 焼 けするのですか A2 紫 外 線 から 受 ける 影 響 は 人 によって 違 います 多 くの 日 本 人 の 場 合 は 薄 曇 程 度 の 天 候 ( 紫 外 線 強 度 2000μW/cm 2 )なら 1 時 間 以 内 に 日 焼 けが 始 まります 2000μW/cm 2 1 時 間 以 内 に 多 くの 日 本 人 が 日 焼 けする 3000μW/cm 2 30 分 間 ほどで 日 焼 けが 始 まる 4000μW/cm 2 30 分 以 内 に 多 くの 日 本 人 が 日 焼 けする 曇 の 日 の 方 が 紫 外 線 が 強 い と 言 う 人 がいますが これは 誤 りです 曇 の 日 は 陽 射 し が 弱 いので 紫 外 線 対 策 をきちんとせず 予 想 外 に 日 焼 けしたために 意 外 に 思 っただけです Q3 なぜ 今 紫 外 線 が 問 題 となっているのですか A3 以 前 冷 房 やヘアスプレー 等 にフロンガスという 気 体 が 使 われていましたが そのフロ ンガスでオゾン 層 が 破 壊 され 続 けていることが 分 かりました このオゾン 層 は 太 陽 から やってくる 有 害 な 紫 外 線 から 地 球 の 生 命 を 守 っています そのオゾン 層 が 破 壊 されている ために 地 上 に 達 する 有 害 な 紫 外 線 の 量 が 増 え 皮 膚 ガンの 増 加 などが 心 配 されているの です Q4 紫 外 線 のことをUVと 表 すのはなぜですか A4 紫 を 英 語 で 言 うと purple( 赤 紫 ) violet( 青 紫 )となりますが 白 色 光 を 分 散 させたス ペクトルで 観 察 したように 波 長 の 短 い 方 は 青 紫 の 濃 いものです その 紫 (violet)のさら Q5 に 外 側 にあるので 超 (Ultra) 紫 (Violet)と 呼 び その 頭 文 字 をとって UVと 表 しま す 紫 外 線 の 強 さを 予 測 することはできるのですか A5 平 成 17 年 5 月 より 気 象 庁 から 紫 外 線 情 報 が 提 供 されるようになりました これを 元 に 民 間 の 気 象 情 報 会 社 も 分 かりやすい 紫 外 線 情 報 を 提 供 しています テレビや 新 聞 インタ ーネットの 天 気 予 報 などを 見 聞 きするときに 紫 外 線 情 報 にも 気 をつけ 紫 外 線 が 強 そうな ときは 自 分 で 防 衛 するようにしましょう - 9 -