La luz ultravioleta ( UV ) es una radiación electromagnética de longitud de onda más corta que la de la luz visible , pero más larga que los rayos X. La radiación ultravioleta está presente en la luz solar y constituye aproximadamente el 10% de la radiación electromagnética total emitida por el Sol. También se produce mediante arcos eléctricos ; Radiación Cherenkov ; y luces especializadas, como lámparas de vapor de mercurio , lámparas de bronceado y luces negras .
Los fotones del ultravioleta tienen mayor energía que los de la luz visible, de aproximadamente 3,1 a 12 electronvoltios , alrededor de la energía necesaria para ionizar los átomos . Aunque la luz ultravioleta de longitud de onda larga no se considera una radiación ionizante porque sus fotones carecen de energía suficiente, puede provocar reacciones químicas y hacer que muchas sustancias brillen o emitan fluorescencia . Muchas aplicaciones prácticas, incluidos los efectos químicos y biológicos, se derivan de la forma en que la radiación ultravioleta puede interactuar con las moléculas orgánicas. Estas interacciones pueden implicar absorción o ajuste de estados de energía en las moléculas, pero no necesariamente implican calentamiento. [ cita necesaria ]
La luz ultravioleta de onda corta es una radiación ionizante ; Daña el ADN y esteriliza las superficies con las que entra en contacto. Para los seres humanos, el bronceado y las quemaduras solares son efectos familiares de la exposición de la piel a la luz ultravioleta, junto con un mayor riesgo de cáncer de piel . La cantidad de luz ultravioleta producida por el Sol significa que la Tierra no sería capaz de sustentar vida en tierra firme si la mayor parte de esa luz no fuera filtrada por la atmósfera . [1] Los rayos UV "extremos" más energéticos y de longitud de onda más corta por debajo de 121 nm ionizan el aire con tanta fuerza que se absorbe antes de que llegue al suelo. [2] Sin embargo, la luz ultravioleta (específicamente, UVB) también es responsable de la formación de vitamina D en la mayoría de los vertebrados terrestres , incluidos los humanos. [3] El espectro UV, por tanto, tiene efectos tanto beneficiosos como perjudiciales para la vida.
El límite inferior de longitud de onda del espectro visible se considera convencionalmente como 400 nm, por lo que los rayos ultravioleta no son visibles para los humanos , aunque a veces las personas pueden percibir luz en longitudes de onda más cortas que esta. [4] Los insectos, las aves y algunos mamíferos pueden ver rayos ultravioleta cercanos (NUV), es decir, longitudes de onda ligeramente más cortas que las que pueden ver los humanos. [5]
Los rayos ultravioleta suelen ser invisibles para la mayoría de los humanos. El cristalino del ojo humano bloquea la mayor parte de la radiación en el rango de longitud de onda de 300 a 400 nm; Las longitudes de onda más cortas son bloqueadas por la córnea . [6] Los seres humanos también carecen de adaptaciones de los receptores de color para los rayos ultravioleta. Sin embargo, los fotorreceptores de la retina son sensibles a los rayos UV cercanos, y las personas que carecen de cristalino (una condición conocida como afaquia ) perciben los rayos UV cercanos como azul blanquecino o violeta blanquecino. [4] En algunas condiciones, los niños y los adultos jóvenes pueden ver rayos ultravioleta hasta longitudes de onda de alrededor de 310 nm. [7] [8] La radiación ultravioleta cercana es visible para los insectos, algunos mamíferos y algunas aves . Las aves tienen un cuarto receptor de color para los rayos ultravioleta; esto, junto con las estructuras oculares que transmiten más rayos UV, proporciona a las aves más pequeñas una visión UV "verdadera". [9] [10]
"Ultravioleta" significa "más allá del violeta" (del latín ultra , "más allá"), siendo el violeta el color de las frecuencias más altas de la luz visible . La luz ultravioleta tiene una frecuencia más alta (por lo tanto, una longitud de onda más corta) que la luz violeta.
La radiación ultravioleta fue descubierta en 1801 cuando el físico alemán Johann Wilhelm Ritter observó que los rayos invisibles justo más allá del extremo violeta del espectro visible oscurecían el papel empapado en cloruro de plata más rápidamente que la propia luz violeta. Los llamó "rayos (des)oxidantes" ( en alemán : de-oxidierende Strahlen ) para enfatizar la reactividad química y distinguirlos de los " rayos de calor ", descubiertos el año anterior en el otro extremo del espectro visible. El término más simple "rayos químicos" se adoptó poco después y siguió siendo popular durante todo el siglo XIX, aunque algunos decían que esta radiación era completamente diferente de la luz (en particular, John William Draper , quien los llamó "rayos titónicos" [11] [12] ). Los términos "rayos químicos" y "rayos de calor" finalmente se abandonaron en favor de radiación ultravioleta e infrarroja , respectivamente. [13] [14] En 1878, se descubrió el efecto esterilizante de la luz de longitud de onda corta al matar bacterias. En 1903, se sabía que las longitudes de onda más efectivas rondaban los 250 nm. En 1960 se estableció el efecto de la radiación ultravioleta sobre el ADN. [15]
El descubrimiento de la radiación ultravioleta con longitudes de onda inferiores a 200 nm, denominada "ultravioleta del vacío" porque es fuertemente absorbida por el oxígeno del aire, fue realizada en 1893 por el físico alemán Victor Schumann . [dieciséis]
El espectro electromagnético de la radiación ultravioleta (UVR), definido en términos más generales como 10 a 400 nanómetros, se puede subdividir en una serie de rangos recomendados por la norma ISO 21348: [17]
Se han explorado varios dispositivos de estado sólido y de vacío para su uso en diferentes partes del espectro UV. Muchos enfoques buscan adaptar dispositivos sensores de luz visible, pero estos pueden sufrir una respuesta no deseada a la luz visible y diversas inestabilidades. El ultravioleta puede detectarse mediante fotodiodos y fotocátodos adecuados , que pueden adaptarse para que sean sensibles a diferentes partes del espectro UV. Se encuentran disponibles fotomultiplicadores UV sensibles . Los espectrómetros y radiómetros se fabrican para medir la radiación ultravioleta. Los detectores de silicio se utilizan en todo el espectro. [18]
Las longitudes de onda UV del vacío, o VUV, (menos de 200 nm) son fuertemente absorbidas por el oxígeno molecular en el aire, aunque las longitudes de onda más largas, alrededor de 150 a 200 nm, pueden propagarse a través del nitrógeno . Por lo tanto, los instrumentos científicos pueden utilizar este rango espectral operando en una atmósfera libre de oxígeno (comúnmente nitrógeno puro), sin la necesidad de costosas cámaras de vacío. Ejemplos importantes incluyen equipos de fotolitografía de 193 nm (para la fabricación de semiconductores ) y espectrómetros de dicroísmo circular .
La tecnología para la instrumentación VUV estuvo impulsada en gran medida por la astronomía solar durante muchas décadas. Si bien la óptica se puede utilizar para eliminar la luz visible no deseada que contamina el VUV, en general; Los detectores pueden verse limitados por su respuesta a la radiación no VUV, y el desarrollo de dispositivos ciegos solares ha sido un área importante de investigación. Los dispositivos de estado sólido de amplio espacio o los dispositivos de vacío con fotocátodos de corte alto pueden resultar atractivos en comparación con los diodos de silicio.
Los rayos UV extremos (EUV o, a veces, XUV) se caracterizan por una transición en la física de interacción con la materia. Las longitudes de onda superiores a unos 30 nm interactúan principalmente con los electrones de valencia externos de los átomos, mientras que las longitudes de onda más cortas interactúan principalmente con los electrones y núcleos de la capa interna. El extremo largo del espectro EUV lo establece una línea espectral He + prominente a 30,4 nm. La mayoría de los materiales conocidos absorben fuertemente el EUV, pero es posible sintetizar ópticas multicapa que reflejen hasta aproximadamente el 50% de la radiación EUV con incidencia normal . Esta tecnología fue iniciada por los cohetes sonda NIXT y MSSTA en la década de 1990, y se ha utilizado para fabricar telescopios para obtener imágenes solares. Véase también el satélite Extreme Ultraviolet Explorer .
Algunas fuentes utilizan la distinción entre "UV duros" y "UV suaves". Por ejemplo, en el caso de la astrofísica , el límite puede estar en el límite de Lyman (longitud de onda 91,2 nm), siendo el "UV duro" más energético; [19] los mismos términos también pueden usarse en otros campos, como la cosmetología , la optoelectrónica , etc. Los valores numéricos del límite entre duro/blando, incluso dentro de campos científicos similares, no necesariamente coinciden; por ejemplo, una publicación de física aplicada utilizó un límite de 190 nm entre las regiones UV duras y blandas. [20]
Los objetos muy calientes emiten radiación ultravioleta (ver radiación de cuerpo negro ). El Sol emite radiación ultravioleta en todas las longitudes de onda, incluida la ultravioleta extrema, donde cruza los rayos X a 10 nm. Las estrellas extremadamente calientes (como las de tipo O y B) emiten proporcionalmente más radiación ultravioleta que el Sol. La luz solar en el espacio en la parte superior de la atmósfera terrestre (ver constante solar ) se compone de aproximadamente un 50% de luz infrarroja, un 40% de luz visible y un 10% de luz ultravioleta, para una intensidad total de aproximadamente 1400 W/m 2 en el vacío. [21]
La atmósfera bloquea aproximadamente el 77% de los rayos UV del Sol, cuando el Sol está más alto en el cielo (en el cenit), y la absorción aumenta en longitudes de onda UV más cortas. A nivel del suelo, con el sol en el cenit, la luz solar es 44% luz visible, 3% ultravioleta y el resto infrarroja. [22] [23] De la radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra, más del 95% son longitudes de onda más largas de UVA, y el pequeño resto UVB. Casi ningún UVC llega a la superficie de la Tierra. [24] La fracción de UVA y UVB que permanece en la radiación UV después de atravesar la atmósfera depende en gran medida de la cobertura de nubes y las condiciones atmosféricas. En los días "parcialmente nublados", los parches de cielo azul que se muestran entre las nubes también son fuentes de UVA y UVB (dispersos), que son producidos por la dispersión de Rayleigh de la misma manera que la luz azul visible de esas partes del cielo. Los rayos UVB también desempeñan un papel importante en el desarrollo de las plantas, ya que afectan a la mayoría de las hormonas vegetales. [25] Durante el nublado total, la cantidad de absorción debida a las nubes depende en gran medida del espesor de las nubes y la latitud, sin mediciones claras que correlacionen el espesor específico y la absorción de UVA y UVB. [26]
Las bandas más cortas de UVC, así como la radiación UV aún más energética producida por el Sol, son absorbidas por el oxígeno y generan ozono en la capa de ozono cuando los átomos individuales de oxígeno producidos por la fotólisis UV del dioxígeno reaccionan con más dioxígeno. La capa de ozono es especialmente importante para bloquear la mayor parte de los rayos UVB y el resto de los rayos UVC que aún no están bloqueados por el oxígeno ordinario del aire.
Los absorbentes ultravioleta son moléculas utilizadas en materiales orgánicos ( polímeros , pinturas , etc.) para absorber la radiación UV y reducir la degradación UV (fotooxidación) de un material. Los propios absorbentes pueden degradarse con el tiempo, por lo que es necesario monitorear los niveles de absorbentes en materiales erosionados.
En los protectores solares , los ingredientes que absorben los rayos UVA/UVB, como la avobenzona , la oxibenzona [27] y el metoxicinamato de octilo , son absorbentes o "bloqueadores" químicos orgánicos . Se contrastan con los absorbentes/"bloqueadores" inorgánicos de la radiación UV, como el negro de carbón , el dióxido de titanio y el óxido de zinc .
Para la ropa, el factor de protección ultravioleta (UPF) representa la proporción de rayos UV que causan quemaduras solares sin y con la protección de la tela, similar a las clasificaciones del factor de protección solar (SPF) para el protector solar . [ cita necesaria ] Las telas de verano estándar tienen UPF alrededor de 6, lo que significa que aproximadamente el 20% de los rayos UV pasarán a través de ellas. [ cita necesaria ]
Las nanopartículas suspendidas en vidrieras evitan que los rayos ultravioleta provoquen reacciones químicas que cambien los colores de la imagen. [ cita necesaria ] Está previsto utilizar un conjunto de chips de referencia de color de vidrieras para calibrar las cámaras en color para la misión del rover de la ESA a Marte de 2019, ya que no se desvanecerán por el alto nivel de UV presente en la superficie de Marte. [ cita necesaria ]
El vidrio sodocálcico común , como el vidrio de ventana, es parcialmente transparente a los rayos UVA, pero opaco a longitudes de onda más cortas, dejando pasar alrededor del 90% de la luz por encima de 350 nm, pero bloqueando más del 90% de la luz por debajo de 300 nm. [28] [29] [30] Un estudio encontró que las ventanas de los automóviles dejan pasar del 3 al 4% de los rayos UV ambientales, especialmente si los rayos UV eran superiores a 380 nm. [31] Otros tipos de ventanillas de automóviles pueden reducir la transmisión de rayos UV superiores a 335 nm. [31] El cuarzo fundido , dependiendo de la calidad, puede ser transparente incluso a las longitudes de onda UV del vacío. El cuarzo cristalino y algunos cristales como CaF 2 y MgF 2 se transmiten bien hasta longitudes de onda de 150 nm o 160 nm. [32]
El vidrio de Wood es un vidrio de silicato de bario y sodio de color azul violeta intenso con aproximadamente un 9% de óxido de níquel desarrollado durante la Primera Guerra Mundial para bloquear la luz visible para comunicaciones encubiertas. Permite comunicaciones tanto de luz diurna infrarroja como de noche ultravioleta al ser transparente entre 320 nm y 400 nm y también las longitudes de onda infrarrojas más largas y rojas apenas visibles. Su máxima transmisión UV es a 365 nm, una de las longitudes de onda de las lámparas de mercurio .
Una lámpara de luz negra emite radiación UV-A de onda larga y poca luz visible. Las lámparas fluorescentes de luz negra funcionan de manera similar a otras lámparas fluorescentes , pero utilizan un fósforo en la superficie del tubo interior que emite radiación UV-A en lugar de luz visible. Algunas lámparas utilizan un filtro óptico de vidrio de Wood de color púrpura azulado intenso que bloquea casi toda la luz visible con longitudes de onda superiores a 400 nanómetros. [33] El brillo púrpura emitido por estos tubos no es el ultravioleta en sí, sino la luz púrpura visible de la línea espectral de 404 nm del mercurio que escapa al filtrado del recubrimiento. Otras luces negras utilizan vidrio simple en lugar del vidrio Wood's, más caro, por lo que aparecen de color azul claro a la vista cuando están en funcionamiento.
También se producen luces negras incandescentes utilizando una capa de filtro en la envoltura de una bombilla incandescente que absorbe la luz visible ( consulte la sección a continuación ). Son más baratos pero muy ineficientes y emiten sólo una pequeña fracción del porcentaje de su potencia en forma de rayos UV. Para espectáculos teatrales y conciertos se utilizan luces negras de vapor de mercurio con potencias de hasta 1 kW con fósforo que emite rayos UV y una envoltura de vidrio de Wood .
Las luces negras se utilizan en aplicaciones en las que se debe minimizar la luz visible extraña; principalmente para observar la fluorescencia , el brillo coloreado que desprenden muchas sustancias cuando se exponen a la luz ultravioleta. Las bombillas que emiten UV‑A/ UV‑B también se venden para otros fines especiales, como lámparas de bronceado y cría de reptiles.
Las lámparas UV de onda corta se fabrican utilizando un tubo de lámpara fluorescente sin recubrimiento de fósforo, compuesto de cuarzo fundido o vycor , ya que el vidrio común absorbe los rayos UV-C. Estas lámparas emiten luz ultravioleta con dos picos en la banda UV-C a 253,7 nm y 185 nm debido al mercurio dentro de la lámpara, así como algo de luz visible. Del 85% al 90% de los rayos UV producidos por estas lámparas están a 253,7 nm, mientras que sólo entre el 5 y el 10% están a 185 nm. [34] El tubo de cuarzo fundido deja pasar la radiación de 253,7 nm pero bloquea la longitud de onda de 185 nm. Estos tubos tienen dos o tres veces la potencia UV-C de un tubo de lámpara fluorescente normal. Estas lámparas de baja presión tienen una eficiencia típica de aproximadamente 30 a 40 %, lo que significa que por cada 100 vatios de electricidad consumida por la lámpara, producirán aproximadamente 30 a 40 vatios de salida UV total. También emiten luz visible de color blanco azulado, debido a las otras líneas espectrales del mercurio. Estas lámparas "germicidas" se utilizan ampliamente para la desinfección de superficies en laboratorios e industrias de procesamiento de alimentos, y para desinfectar suministros de agua.
Las lámparas incandescentes de "luz negra" también se fabrican a partir de una bombilla incandescente con una capa de filtro que absorbe la mayor parte de la luz visible. En algunos instrumentos científicos se utilizan lámparas halógenas con envolturas de cuarzo fundido como fuentes de luz ultravioleta económicas en el rango cercano al ultravioleta, de 400 a 300 nm. Debido a su espectro de cuerpo negro, una bombilla de filamento es una fuente ultravioleta muy ineficiente, que emite sólo una fracción del porcentaje de su energía en forma de UV.
Las lámparas de descarga de gas UV especializadas que contienen diferentes gases producen radiación UV en líneas espectrales particulares con fines científicos. Las lámparas de arco de argón y deuterio se suelen utilizar como fuentes estables, ya sea sin ventanas o con varias ventanas, como las de fluoruro de magnesio . [35] Estas son a menudo las fuentes emisoras en los equipos de espectroscopia UV para análisis químicos.
Otras fuentes de luz ultravioleta con espectros de emisión más continuos incluyen las lámparas de arco de xenón (comúnmente utilizadas como simuladores de luz solar), las lámparas de arco de deuterio , las lámparas de arco de mercurio-xenón y las lámparas de arco de halogenuros metálicos .
La lámpara excimer , una fuente UV desarrollada a principios de la década de 2000, está experimentando un uso cada vez mayor en los campos científicos. Tiene las ventajas de alta intensidad, alta eficiencia y operación en una variedad de bandas de longitud de onda en el vacío ultravioleta.
Se pueden fabricar diodos emisores de luz (LED) para emitir radiación en el rango ultravioleta. En 2019, tras avances significativos durante los cinco años anteriores, estaban disponibles LED UV-A de 365 nm y longitudes de onda más largas, con eficiencias del 50 % con una salida de 1,0 W. Actualmente, los tipos más comunes de LED UV tienen longitudes de onda de 395 nm y 365 nm, ambas en el espectro UV-A. La longitud de onda nominal es la longitud de onda máxima que emiten los LED, pero hay luz presente en longitudes de onda superiores e inferiores.
Los LED UV de 395 nm, más baratos y comunes, están mucho más cerca del espectro visible y emiten un color púrpura. Otros LED UV que se encuentran más profundamente en el espectro no emiten tanta luz visible [36]. Los LED se utilizan para aplicaciones como aplicaciones de curado UV , carga de objetos que brillan en la oscuridad, como pinturas o juguetes, y luces para detectar dinero falso y fluidos corporales. Los LED UV también se utilizan en aplicaciones de impresión digital y entornos de curado UV inertes. Ahora son posibles densidades de energía cercanas a 3 W/cm 2 (30 kW/m 2 ), y esto, junto con los recientes desarrollos de los formuladores de fotoiniciadores y resinas, hace probable la expansión de los materiales UV curados por LED.
Los LED UV-C se están desarrollando rápidamente, pero es posible que sea necesario realizar pruebas para verificar una desinfección eficaz. Las citas para la desinfección de áreas grandes son para fuentes UV no LED [37] conocidas como lámparas germicidas . [38] Además, se utilizan como fuentes lineales para reemplazar las lámparas de deuterio en instrumentos de cromatografía líquida . [39]
Se pueden fabricar láseres de gas , diodos láser y láseres de estado sólido para emitir rayos ultravioleta, y hay láseres disponibles que cubren todo el rango UV. El láser de gas nitrógeno utiliza la excitación electrónica de moléculas de nitrógeno para emitir un haz que es principalmente ultravioleta. Las líneas ultravioleta más fuertes tienen longitudes de onda de 337,1 nm y 357,6 nm. Otro tipo de láseres de gas de alta potencia son los láseres excimer . Son láseres ampliamente utilizados que emiten en rangos de longitud de onda ultravioleta y ultravioleta de vacío. Actualmente, los láseres excímeros de fluoruro de argón UV que funcionan a 193 nm se utilizan habitualmente en la producción de circuitos integrados mediante fotolitografía . ¿El actual [ plazo? ] El límite de longitud de onda de producción de UV coherente es de aproximadamente 126 nm, característico del láser excimer Ar 2 *.
Los diodos láser de emisión directa de UV están disponibles a 375 nm. [40] Los láseres de estado sólido bombeados por diodos UV se han demostrado utilizando cristales de fluoruro de aluminio, litio y estroncio dopados con cerio (Ce:LiSAF), un proceso desarrollado en la década de 1990 en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . [41] Las longitudes de onda inferiores a 325 nm se generan comercialmente en láseres de estado sólido bombeados por diodos . Los láseres ultravioleta también se pueden fabricar aplicando conversión de frecuencia a láseres de menor frecuencia.
Los láseres ultravioleta tienen aplicaciones en la industria ( grabado láser ), medicina ( dermatología y queratectomía ), química ( MALDI ), comunicaciones seguras al aire libre , informática ( almacenamiento óptico ) y fabricación de circuitos integrados.
La banda ultravioleta del vacío (V‑UV) (100–200 nm) se puede generar mediante la mezcla no lineal de 4 ondas en gases mediante la mezcla de frecuencia de suma o diferencia de 2 o más láseres de longitud de onda más larga. La generación se realiza generalmente en gases (por ejemplo, criptón e hidrógeno, que son resonantes de dos fotones cerca de 193 nm) [42] o vapores metálicos (por ejemplo, magnesio). Al hacer que uno de los láseres sea sintonizable, se puede sintonizar el V‑UV. Si uno de los láseres resuena con una transición en el gas o vapor, entonces se intensifica la producción de V-UV. Sin embargo, las resonancias también generan dispersión de longitud de onda y, por lo tanto, la coincidencia de fases puede limitar el rango sintonizable de la mezcla de 4 ondas. La mezcla de frecuencias diferenciales (es decir, f 1 + f 2 − f 3 ) tiene una ventaja sobre la mezcla de frecuencias suma porque la adaptación de fases puede proporcionar una mayor sintonización. [42]
En particular, la diferencia de frecuencia que mezcla dos fotones de un láser excímero Ar F (193 nm) con un láser visible o infrarrojo cercano sintonizable en hidrógeno o criptón proporciona una cobertura V-UV sintonizable mejorada resonantemente de 100 nm a 200 nm. [42] En la práctica, la falta de materiales adecuados para las ventanas de las celdas de gas/vapor por encima de la longitud de onda de corte del fluoruro de litio limita el rango de sintonización a más de aproximadamente 110 nm. Se lograron longitudes de onda V-UV sintonizables de hasta 75 nm utilizando configuraciones sin ventanas. [43]
Se han utilizado láseres para generar indirectamente radiación UV extrema (E-UV) no coherente a 13,5 nm para litografía ultravioleta extrema . El E-UV no se emite a través del láser, sino a través de transiciones electrónicas en un plasma de estaño o xenón extremadamente caliente, que se excita mediante un láser excimer. [44] Esta técnica no requiere un sincrotrón, pero puede producir rayos UV en el borde del espectro de rayos X. Las fuentes de luz de sincrotrón también pueden producir todas las longitudes de onda de UV, incluidas aquellas en el límite de los espectros de UV y rayos X a 10 nm.
El impacto de la radiación ultravioleta en la salud humana tiene implicaciones para los riesgos y beneficios de la exposición al sol y también está implicada en cuestiones como las lámparas fluorescentes y la salud . Exponerse demasiado al sol puede ser perjudicial, pero con moderación, la exposición al sol es beneficiosa. [45]
La luz ultravioleta (específicamente, UV-B) hace que el cuerpo produzca vitamina D , [46] que es esencial para la vida. Los seres humanos necesitan algo de radiación ultravioleta para mantener niveles adecuados de vitamina D. Según la Organización Mundial de la Salud: [47]
¡No hay duda de que un poco de sol te hace bien! Pero 5 a 15 minutos de exposición ocasional al sol de las manos, la cara y los brazos dos o tres veces por semana durante los meses de verano son suficientes para mantener altos los niveles de vitamina D.
La vitamina D también se puede obtener de los alimentos y de los suplementos. [48] Sin embargo, la exposición excesiva al sol produce efectos nocivos. [47]
La vitamina D promueve la creación de serotonina . La producción de serotonina es directamente proporcional al grado de luz solar intensa que recibe el cuerpo. [49] Se cree que la serotonina proporciona sensaciones de felicidad, bienestar y serenidad a los seres humanos. [50]
Los rayos ultravioleta también tratan ciertas afecciones de la piel. La fototerapia moderna se ha utilizado para tratar con éxito la psoriasis , el eccema , la ictericia , el vitíligo , la dermatitis atópica y la esclerodermia localizada . [51] [52] Además, se ha demostrado que la luz ultravioleta, en particular la radiación UV-B, induce la detención del ciclo celular en los queratinocitos , el tipo más común de células de la piel. [53] Como tal, la terapia con luz solar puede ser un candidato para el tratamiento de afecciones como la psoriasis y la queilitis exfoliativa , afecciones en las que las células de la piel se dividen más rápidamente de lo habitual o necesario. [54]
En los seres humanos, la exposición excesiva a la radiación ultravioleta puede provocar efectos nocivos agudos y crónicos en el sistema dióptrico y la retina del ojo . El riesgo es elevado en altitudes elevadas y las personas que viven en zonas de latitudes elevadas , donde la nieve cubre el suelo hasta principios del verano y las posiciones del sol, incluso en el cenit , son bajas, corren un riesgo especial. [55] La piel, el sistema circadiano y el sistema inmunológico también pueden verse afectados. [56]
Los efectos diferenciales de varias longitudes de onda de luz sobre la córnea y la piel humanas a veces se denominan "espectro de acción eritematosa". [57] El espectro de acción muestra que los rayos UVA no causan una reacción inmediata, sino que los rayos UV comienzan a causar fotoqueratitis y enrojecimiento de la piel (siendo más sensibles las personas de piel más clara) en longitudes de onda que comienzan cerca del comienzo de la banda UVB a 315 nm, y rápidamente aumentando a 300 nm. La piel y los ojos son más sensibles al daño causado por los rayos UV a 265-275 nm, que se encuentra en la banda inferior de UV-C. En longitudes de onda aún más cortas de los rayos UV, se siguen produciendo daños, pero los efectos evidentes no son tan grandes al penetrar tan poca cantidad en la atmósfera. El índice ultravioleta estándar de la OMS es una medida ampliamente publicitada de la intensidad total de las longitudes de onda ultravioleta que causan quemaduras solares en la piel humana, ponderando la exposición a los rayos ultravioleta según los efectos del espectro de acción en un momento y lugar determinados. Este estándar muestra que la mayoría de las quemaduras solares ocurren debido a los rayos UV en longitudes de onda cercanas al límite de las bandas UV-A y UV-B.
La sobreexposición a la radiación UV-B no sólo puede provocar quemaduras solares sino también algunas formas de cáncer de piel . Sin embargo, el grado de enrojecimiento e irritación ocular (que en gran medida no son causados por los rayos UV-A) no predicen los efectos a largo plazo de los rayos UV, aunque sí reflejan el daño directo del ADN por los rayos ultravioleta. [58]
Todas las bandas de radiación UV dañan las fibras de colágeno y aceleran el envejecimiento de la piel. Tanto los rayos UV-A como los UV-B destruyen la vitamina A en la piel, lo que puede causar daños mayores. [59]
La radiación UVB puede causar daño directo al ADN. [60] Esta conexión con el cáncer es uno de los motivos de preocupación por el agotamiento de la capa de ozono y el agujero de la capa de ozono.
La forma más mortal de cáncer de piel , el melanoma maligno , es causado principalmente por daños en el ADN independientes de la radiación UV-A. Esto se puede ver en la ausencia de una mutación característica directa de los rayos UV en el 92% de todos los melanomas. [61] La sobreexposición ocasional y las quemaduras solares son probablemente mayores factores de riesgo de melanoma que la exposición moderada a largo plazo. [62] La UV-C es el tipo de radiación ultravioleta de mayor energía y más peligroso, y causa efectos adversos que pueden ser mutagénicos o cancerígenos. [63]
En el pasado, los rayos UV-A se consideraban no dañinos o menos dañinos que los UV-B, pero hoy se sabe que contribuyen al cáncer de piel a través del daño indirecto al ADN (radicales libres como las especies reactivas de oxígeno). [ cita necesaria ] Los rayos UV-A pueden generar intermediarios químicos altamente reactivos, como radicales hidroxilo y oxígeno, que a su vez pueden dañar el ADN. El daño al ADN causado indirectamente en la piel por los rayos UV-A consiste principalmente en roturas de una sola cadena en el ADN, mientras que el daño causado por los rayos UV-B incluye la formación directa de dímeros de timina o dímeros de citosina y roturas de la doble cadena del ADN. [64] Los rayos UV-A son inmunosupresores para todo el cuerpo (lo que representa una gran parte de los efectos inmunosupresores de la exposición a la luz solar) y son mutagénicos para los queratinocitos de células basales de la piel. [sesenta y cinco]
Los fotones UVB pueden causar daño directo al ADN. La radiación UV-B excita las moléculas de ADN en las células de la piel, lo que provoca la formación de enlaces covalentes aberrantes entre bases de pirimidina adyacentes , lo que produce un dímero . La mayoría de los dímeros de pirimidina inducidos por los rayos UV en el ADN se eliminan mediante el proceso conocido como reparación por escisión de nucleótidos que emplea alrededor de 30 proteínas diferentes. [60] Aquellos dímeros de pirimidina que escapan a este proceso de reparación pueden inducir una forma de muerte celular programada ( apoptosis ) o pueden causar errores de replicación del ADN que conducen a una mutación .
Como defensa contra la radiación ultravioleta, la cantidad del pigmento marrón melanina en la piel aumenta cuando se expone a niveles moderados (según el tipo de piel ) de radiación; esto se conoce comúnmente como bronceado . El propósito de la melanina es absorber la radiación ultravioleta y disipar la energía en forma de calor inofensivo, protegiendo la piel contra el daño directo e indirecto del ADN causado por los rayos ultravioleta. Los rayos UV-A proporcionan un bronceado rápido que dura días al oxidar la melanina que ya estaba presente y desencadena la liberación de melanina de los melanocitos . Los rayos UV-B producen un bronceado que tarda aproximadamente 2 días en desarrollarse porque estimula al cuerpo a producir más melanina.
Las organizaciones médicas recomiendan que los pacientes se protejan de la radiación ultravioleta mediante el uso de protector solar . Se ha demostrado que cinco ingredientes de protección solar protegen a los ratones contra los tumores de piel. Sin embargo, algunos productos químicos de protección solar producen sustancias potencialmente dañinas si se iluminan mientras están en contacto con células vivas. [66] [67] La cantidad de protector solar que penetra en las capas inferiores de la piel puede ser lo suficientemente grande como para causar daño. [68]
El protector solar reduce el daño directo al ADN que causa las quemaduras solares al bloquear los rayos UV-B, y el índice SPF habitual indica con qué eficacia se bloquea esta radiación. Por eso, el SPF también se denomina UVB-PF, que significa "factor de protección UV-B". [69] Esta calificación, sin embargo, no ofrece datos sobre una protección importante contra los rayos UVA, [70] que no causan principalmente quemaduras solares pero siguen siendo dañinos, ya que causan daños indirectos en el ADN y también se consideran cancerígenos. Varios estudios sugieren que la ausencia de filtros UV-A puede ser la causa de la mayor incidencia de melanoma encontrada en los usuarios de protector solar en comparación con los no usuarios. [71] [72] [73] [74] [75] Algunas lociones de protección solar contienen dióxido de titanio , óxido de zinc y avobenzona , que ayudan a proteger contra los rayos UV-A.
Las propiedades fotoquímicas de la melanina la convierten en un excelente fotoprotector . Sin embargo, los productos químicos de protección solar no pueden disipar la energía del estado de excitación tan eficientemente como la melanina y, por lo tanto, si los ingredientes de protección solar penetran en las capas inferiores de la piel, la cantidad de especies reactivas de oxígeno puede aumentar. [76] [66] [67] [77] La cantidad de protector solar que penetra a través del estrato córneo puede o no ser lo suficientemente grande como para causar daño.
En un experimento de Hanson et al . que se publicó en 2006, se midió la cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS) dañinas en la piel no tratada y en la piel tratada con protector solar. En los primeros 20 minutos, la película de protector solar tuvo un efecto protector y el número de especies de ROS fue menor. Sin embargo, después de 60 minutos, la cantidad de protector solar absorbido era tan alta que la cantidad de ROS era mayor en la piel tratada con protector solar que en la piel no tratada. [76] El estudio indica que el protector solar debe volverse a aplicar dentro de 2 horas para evitar que la luz ultravioleta penetre en las células vivas de la piel infundidas con protector solar. [76]
La radiación ultravioleta puede agravar varias afecciones y enfermedades de la piel, entre ellas [78] lupus eritematoso sistémico , síndrome de Sjögren , síndrome de Sinear Usher , rosácea , dermatomiositis , enfermedad de Darier , síndrome de Kindler-Weary y poroqueratosis . [79]
El ojo es más sensible al daño causado por los rayos UV en la banda inferior de UV‑C, entre 265 y 275 nm. La radiación de esta longitud de onda está casi ausente de la luz solar en la superficie de la Tierra, pero es emitida por fuentes artificiales como los arcos eléctricos empleados en la soldadura por arco . La exposición sin protección a estas fuentes puede causar "destello de soldador" u "ojo de arco" ( fotoqueratitis ) y puede provocar cataratas , pterigión y formación de pinguéculas . En menor medida, los rayos UV-B en la luz solar de 310 a 280 nm también causan fotoqueratitis ("ceguera de la nieve") y pueden dañar la córnea , el cristalino y la retina . [80]
Las gafas protectoras son beneficiosas para quienes están expuestos a la radiación ultravioleta. Dado que la luz puede llegar a los ojos desde los lados, generalmente se justifica una protección ocular de cobertura total si existe un mayor riesgo de exposición, como en el montañismo a gran altitud. Los montañeros están expuestos a niveles de radiación ultravioleta superiores a los normales, tanto porque hay menos filtrado atmosférico como por el reflejo de la nieve y el hielo. [81] [82] Los anteojos comunes y sin tratar brindan cierta protección. La mayoría de las lentes de plástico brindan más protección que las lentes de vidrio porque, como se señaló anteriormente, el vidrio es transparente a los rayos UV-A y el plástico acrílico común que se usa para las lentes lo es menos. Algunos materiales plásticos para lentes, como el policarbonato , bloquean inherentemente la mayoría de los rayos UV. [83]
La degradación por rayos UV es una forma de degradación de polímeros que afecta a los plásticos expuestos a la luz solar . El problema se manifiesta como decoloración o decoloración, agrietamiento, pérdida de resistencia o desintegración. Los efectos del ataque aumentan con el tiempo de exposición y la intensidad de la luz solar. La adición de absorbentes de rayos UV inhibe el efecto.
Los polímeros sensibles incluyen termoplásticos y fibras especiales como las aramidas . La absorción de rayos UV provoca la degradación de la cadena y la pérdida de fuerza en puntos sensibles de la estructura de la cadena. La cuerda de aramida debe protegerse con una funda de termoplástico para conservar su resistencia.
Muchos pigmentos y tintes absorben los rayos UV y cambian de color, por lo que las pinturas y los textiles pueden necesitar protección adicional tanto de la luz solar como de las lámparas fluorescentes, dos fuentes comunes de radiación UV. El vidrio de las ventanas absorbe algunos rayos UV dañinos, pero los artefactos valiosos necesitan protección adicional. Muchos museos colocan cortinas negras sobre acuarelas y textiles antiguos, por ejemplo. Dado que las acuarelas pueden tener niveles de pigmento muy bajos, necesitan protección adicional contra los rayos UV. Varias formas de vidrio para marcos de cuadros , incluidos acrílicos (plexiglás), laminados y revestimientos, ofrecen diferentes grados de protección contra los rayos UV (y la luz visible).
Debido a su capacidad para provocar reacciones químicas y excitar la fluorescencia en materiales, la radiación ultravioleta tiene varias aplicaciones. La siguiente tabla [84] proporciona algunos usos de bandas de longitud de onda específicas en el espectro UV.
La película fotográfica responde a la radiación ultravioleta, pero las lentes de vidrio de las cámaras suelen bloquear la radiación de menos de 350 nm. Los filtros de bloqueo de rayos UV ligeramente amarillos se utilizan a menudo en fotografías al aire libre para evitar el color azulado no deseado y la sobreexposición a los rayos UV. Para fotografías en la zona ultravioleta cercana, se pueden utilizar filtros especiales. La fotografía con longitudes de onda inferiores a 350 nm requiere lentes de cuarzo especiales que no absorben la radiación.Los sensores de las cámaras digitales pueden tener filtros internos que bloquean los rayos UV para mejorar la precisión de la reproducción del color. A veces, estos filtros internos se pueden quitar, o pueden estar ausentes, y un filtro de luz visible externo prepara la cámara para fotografías con luz ultravioleta cercana. Algunas cámaras están diseñadas para usarse en rayos UV.
La fotografía mediante radiación ultravioleta reflejada es útil para investigaciones médicas, científicas y forenses, en aplicaciones tan extendidas como la detección de hematomas en la piel, alteraciones de documentos o trabajos de restauración de pinturas. La fotografía de la fluorescencia producida por la iluminación ultravioleta utiliza longitudes de onda de luz visibles.
En astronomía ultravioleta , las mediciones se utilizan para discernir la composición química del medio interestelar, y la temperatura y composición de las estrellas. Debido a que la capa de ozono impide que muchas frecuencias ultravioleta lleguen a los telescopios en la superficie de la Tierra, la mayoría de las observaciones ultravioleta se realizan desde el espacio.
La descarga de corona en aparatos eléctricos se puede detectar por sus emisiones ultravioleta. La corona provoca la degradación del aislamiento eléctrico y la emisión de ozono y óxido de nitrógeno . [86]
Las EPROM (memoria de solo lectura programable y borrable) se borran mediante la exposición a la radiación UV. Estos módulos tienen una ventana transparente ( cuarzo ) en la parte superior del chip que permite la entrada de radiación UV.
Los tintes fluorescentes incoloros que emiten luz azul bajo los rayos UV se añaden como blanqueadores ópticos al papel y a las telas. La luz azul emitida por estos agentes contrarresta los tintes amarillos que pueden estar presentes y hace que los colores y los blancos parezcan más blancos o de colores más brillantes.
Los tintes fluorescentes UV que brillan en los colores primarios se utilizan en pinturas, papeles y textiles para realzar el color bajo iluminación diurna o para proporcionar efectos especiales cuando se iluminan con lámparas UV. Las pinturas de luz negra que contienen tintes que brillan bajo los rayos UV se utilizan en diversas aplicaciones artísticas y estéticas.
Los parques de diversiones a menudo utilizan iluminación ultravioleta para hacer fluorescentes las obras de arte y los fondos de las atracciones. Esto a menudo tiene el efecto secundario de hacer que la ropa blanca del ciclista brille de color violeta claro.
Para ayudar a prevenir la falsificación de moneda o la falsificación de documentos importantes como licencias de conducir y pasaportes , el papel puede incluir una marca de agua UV o fibras fluorescentes multicolores que son visibles bajo luz ultravioleta. Los sellos postales están etiquetados con un fósforo que brilla bajo los rayos ultravioleta para permitir la detección automática del sello y el frente de la carta.
Los tintes fluorescentes UV se utilizan en muchas aplicaciones (por ejemplo, bioquímica y medicina forense ). Algunas marcas de spray de pimienta dejan una sustancia química invisible (tinte UV) que no se elimina fácilmente sobre un atacante rociado con pimienta, lo que ayudaría a la policía a identificar al atacante más adelante.
En algunos tipos de pruebas no destructivas , los rayos UV estimulan los tintes fluorescentes para resaltar defectos en una amplia gama de materiales. Estos tintes pueden transportarse a defectos que rompen la superficie mediante acción capilar ( inspección con líquidos penetrantes ) o pueden unirse a partículas de ferrita atrapadas en campos de fuga magnética en materiales ferrosos ( inspección con partículas magnéticas ).
La luz ultravioleta es una herramienta de investigación en la escena del crimen que ayuda a localizar e identificar fluidos corporales como semen, sangre y saliva. [87] Por ejemplo, los fluidos eyaculados o la saliva pueden detectarse mediante fuentes UV de alta potencia, independientemente de la estructura o el color de la superficie sobre la que se deposita el fluido. [88] La microespectroscopia UV-vis también se utiliza para analizar rastros de evidencia, como fibras textiles y trozos de pintura, así como documentos cuestionados.
Otras aplicaciones incluyen la autenticación de diversos objetos de colección y obras de arte, y la detección de moneda falsificada. Incluso los materiales que no están especialmente marcados con tintes sensibles a los rayos UV pueden tener una fluorescencia distintiva bajo la exposición a los rayos UV o pueden tener una fluorescencia diferente bajo los rayos ultravioleta de onda corta y de onda larga.
Utilizando imágenes multiespectrales es posible leer papiros ilegibles , como los papiros quemados de la Villa de los Papiros o de Oxirrinco , o el palimpsesto de Arquímedes . La técnica consiste en tomar fotografías del documento ilegible utilizando diferentes filtros en el rango infrarrojo o ultravioleta, finamente sintonizados para capturar ciertas longitudes de onda de luz. Por tanto, se puede encontrar la porción espectral óptima para distinguir la tinta del papel en la superficie del papiro.
Se pueden utilizar fuentes NUV simples para resaltar tinta descolorida a base de hierro sobre vitela . [89]
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El ultravioleta ayuda a detectar depósitos de material orgánico que permanecen en superficies donde la limpieza y desinfección periódicas pueden haber fallado. Se utiliza en la industria hotelera, manufacturera y otras industrias donde se inspeccionan los niveles de limpieza o contaminación . [90] [91] [92] [93]
Las noticias perennes de muchas organizaciones de noticias televisivas involucran a un reportero de investigación que utiliza un dispositivo similar para revelar condiciones insalubres en hoteles, baños públicos, pasamanos y demás. [94] [95]
La espectroscopia UV/Vis se utiliza ampliamente como técnica en química para analizar la estructura química , siendo la más notable los sistemas conjugados . La radiación UV se utiliza a menudo para excitar una muestra determinada y la emisión fluorescente se mide con un espectrofluorómetro . En la investigación biológica, la radiación UV se utiliza para la cuantificación de ácidos nucleicos o proteínas . En química ambiental, la radiación ultravioleta también podría usarse para detectar contaminantes de interés emergente en muestras de agua. [96]
En aplicaciones de control de la contaminación, los analizadores ultravioleta se utilizan para detectar emisiones de óxidos de nitrógeno, compuestos de azufre, mercurio y amoníaco, por ejemplo en los gases de combustión de las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles. [97] La radiación ultravioleta puede detectar finos brillos de petróleo derramado en el agua, ya sea por la alta reflectividad de las películas de petróleo en longitudes de onda UV, la fluorescencia de los compuestos en el petróleo o por la absorción de los rayos UV creados por la dispersión Raman en el agua. [98] La absorbancia UV también se puede utilizar para cuantificar los contaminantes en las aguas residuales. La absorbancia UV de 254 nm más comúnmente utilizada se utiliza generalmente como parámetro sustituto para cuantificar la NOM. [96] Otra forma de método de detección basado en luz utiliza un amplio espectro de matriz de emisión de excitación (EEM) para detectar e identificar contaminantes en función de sus propiedades fluorense. [96] [99] EEM podría usarse para discriminar diferentes grupos de NOM en función de la diferencia en la emisión de luz y la excitación de los fluoróforos. Se informa que los NOM con ciertas estructuras moleculares tienen propiedades fluorescentes en una amplia gama de longitudes de onda de excitación/emisión. [100] [96]
Las lámparas ultravioleta también se utilizan como parte del análisis de algunos minerales y gemas .
En general, los detectores ultravioleta utilizan un dispositivo de estado sólido, como uno basado en carburo de silicio o nitruro de aluminio , o un tubo lleno de gas como elemento sensor. Los detectores UV que son sensibles a los rayos UV en cualquier parte del espectro responden a la irradiación de la luz solar y la luz artificial . Una llama de hidrógeno ardiente, por ejemplo, irradia fuertemente en el rango de 185 a 260 nanómetros y sólo muy débilmente en la región IR , mientras que un fuego de carbón emite muy débilmente en la banda UV pero muy fuertemente en las longitudes de onda IR; por lo tanto, un detector de incendios que funciona con detectores UV e IR es más confiable que uno con un detector UV solo. Prácticamente todos los incendios emiten algo de radiación en la banda UVC, mientras que la radiación del Sol en esta banda es absorbida por la atmósfera terrestre . El resultado es que el detector UV es "ciego al sol", lo que significa que no provocará una alarma en respuesta a la radiación del sol, por lo que puede usarse fácilmente tanto en interiores como en exteriores.
Los detectores UV son sensibles a la mayoría de los incendios, incluidos los hidrocarburos , metales, azufre , hidrógeno , hidracina y amoníaco . La soldadura por arco , los arcos eléctricos, los rayos , los rayos X utilizados en equipos de prueba de metales no destructivos (aunque esto es muy poco probable) y los materiales radiactivos pueden producir niveles que activarán un sistema de detección UV. La presencia de gases y vapores que absorben los rayos UV atenuará la radiación UV de un incendio, afectando negativamente la capacidad del detector para detectar llamas. Asimismo, la presencia de neblina de aceite en el aire o una película de aceite en la ventana del detector tendrá el mismo efecto.
La radiación ultravioleta se utiliza para la fotolitografía de resolución muy fina , un procedimiento en el que una sustancia química llamada fotorresistente se expone a la radiación ultravioleta que ha pasado a través de una máscara. La exposición provoca que se produzcan reacciones químicas en el fotoprotector. Después de eliminar el fotorresistente no deseado, queda en la muestra un patrón determinado por la máscara. Luego se pueden tomar medidas para "grabar", depositar o modificar de otro modo áreas de la muestra donde no quede fotorresistente.
La fotolitografía se utiliza en la fabricación de semiconductores , componentes de circuitos integrados [101] y placas de circuito impreso . Los procesos de fotolitografía utilizados para fabricar circuitos integrados electrónicos utilizan actualmente UV de 193 nm y están utilizando experimentalmente UV de 13,5 nm para litografía ultravioleta extrema .
Los componentes electrónicos que requieren una transparencia clara para que la luz entre o salga (paneles fotovoltaicos y sensores) se pueden encapsular con resinas acrílicas que se curan con energía ultravioleta. Las ventajas son bajas emisiones de COV y un curado rápido.
Ciertas tintas, recubrimientos y adhesivos están formulados con fotoiniciadores y resinas. Cuando se exponen a la luz ultravioleta, se produce la polimerización y, por lo tanto, los adhesivos se endurecen o curan, generalmente en unos pocos segundos. Las aplicaciones incluyen unión de vidrio y plástico, recubrimientos de fibra óptica , recubrimiento de pisos, recubrimiento UV y acabados de papel en impresión offset , empastes dentales y "geles" decorativos para uñas.
Las fuentes de UV para aplicaciones de curado UV incluyen lámparas UV , LED UV y lámparas de flash excimer . Los procesos rápidos como la impresión flexográfica o offset requieren luz de alta intensidad enfocada a través de reflectores sobre un sustrato en movimiento y un medio, por lo que se utilizan bombillas de alta presión de Hg (mercurio) o Fe (hierro, dopado), energizadas con arcos eléctricos o microondas. Se pueden utilizar lámparas fluorescentes y LED de menor potencia para aplicaciones estáticas. Las pequeñas lámparas de alta presión pueden enfocar la luz y transmitirla al área de trabajo a través de guías de luz llenas de líquido o de fibra óptica.
El impacto de los rayos UV sobre los polímeros se utiliza para modificar la rugosidad y la hidrofobicidad de las superficies de los polímeros. Por ejemplo, una superficie de poli(metacrilato de metilo) se puede alisar mediante ultravioleta al vacío. [102]
La radiación UV es útil en la preparación de polímeros de baja energía superficial para adhesivos. Los polímeros expuestos a los rayos UV se oxidarán, aumentando así la energía superficial del polímero. Una vez que se ha elevado la energía superficial del polímero, la unión entre el adhesivo y el polímero es más fuerte.
Utilizando una reacción química catalítica del dióxido de titanio y la exposición a los rayos UVC, la oxidación de la materia orgánica convierte los patógenos , el polen y las esporas de moho en subproductos inertes e inofensivos. Sin embargo, la reacción del dióxido de titanio y la UVC no es un camino directo. Varios cientos de reacciones ocurren antes de la etapa de subproductos inertes y pueden dificultar la reacción resultante creando formaldehído, aldehído y otros COV en el camino a una etapa final. Por tanto, el uso de dióxido de titanio y UVC requiere parámetros muy específicos para un resultado exitoso. El mecanismo de limpieza de los rayos UV es un proceso fotoquímico. Los contaminantes del ambiente interior son casi en su totalidad compuestos orgánicos a base de carbono, que se descomponen cuando se exponen a rayos UV de alta intensidad de 240 a 280 nm. La radiación ultravioleta de onda corta puede destruir el ADN de los microorganismos vivos. [103] La eficacia de la UVC está directamente relacionada con la intensidad y el tiempo de exposición.
También se ha demostrado que los rayos UV reducen los contaminantes gaseosos como el monóxido de carbono y los COV . [104] [105] [106] Las lámparas UV que irradian a 184 y 254 nm pueden eliminar bajas concentraciones de hidrocarburos y monóxido de carbono si el aire se recicla entre la habitación y la cámara de la lámpara. Esta disposición evita la introducción de ozono en el aire tratado. Asimismo, el aire puede tratarse pasando por una única fuente de UV que funcione a 184 nm y pasando sobre pentóxido de hierro para eliminar el ozono producido por la lámpara UV.
Las lámparas ultravioleta se utilizan para esterilizar espacios de trabajo y herramientas utilizadas en laboratorios de biología e instalaciones médicas. Las lámparas de vapor de mercurio de baja presión disponibles comercialmente emiten aproximadamente el 86% de su radiación a 254 nanómetros (nm), siendo 265 nm la curva máxima de eficacia germicida. Los rayos UV en estas longitudes de onda germicidas dañan el ADN/ARN de un microorganismo de modo que no puede reproducirse, haciéndolo inofensivo (aunque es posible que el organismo no muera). [107] Dado que los microorganismos pueden protegerse de los rayos ultravioleta en pequeñas grietas y otras áreas sombreadas, estas lámparas se utilizan sólo como complemento de otras técnicas de esterilización.
Los LED UV-C son relativamente nuevos en el mercado comercial y están ganando popularidad. [ verificación fallida ] [108] Debido a su naturaleza monocromática (±5 nm) [ verificación fallida ] estos LED pueden apuntar a una longitud de onda específica necesaria para la desinfección. Esto es especialmente importante sabiendo que los patógenos varían en su sensibilidad a longitudes de onda UV específicas. Los LED no contienen mercurio, se encienden y apagan instantáneamente y tienen ciclos ilimitados durante todo el día. [109]
La desinfección mediante radiación UV se utiliza habitualmente en aplicaciones de tratamiento de aguas residuales y está encontrando un uso cada vez mayor en el tratamiento de agua potable municipal . Muchos embotelladores de agua de manantial utilizan equipos de desinfección UV para esterilizar el agua. Se ha investigado la desinfección solar del agua [110] para tratar de forma económica el agua contaminada utilizando luz solar natural . La irradiación UV-A y el aumento de la temperatura del agua matan los organismos que se encuentran en el agua.
La radiación ultravioleta se utiliza en varios procesos alimentarios para matar microorganismos no deseados . Los rayos UV se pueden utilizar para pasteurizar jugos de frutas haciendo fluir el jugo sobre una fuente ultravioleta de alta intensidad. La eficacia de dicho proceso depende de la absorbancia de rayos UV del jugo.
La luz pulsada (PL) es una técnica de destrucción de microorganismos en superficies mediante pulsos de amplio espectro intenso, ricos en UV-C entre 200 y 280 nm . La luz pulsada funciona con lámparas de flash de xenón que pueden producir destellos varias veces por segundo. Los robots de desinfección utilizan rayos UV pulsados. [111]
La eficacia antimicrobiana de la luz UVC lejana (222 nm) filtrada sobre una variedad de patógenos, incluidos bacterias y hongos, mostró una inhibición del crecimiento de patógenos y, dado que tiene efectos nocivos menores, proporciona información esencial para una desinfección confiable en entornos de atención médica, como hospitales y residencias de cuidados a largo plazo. [112] También se ha demostrado que la UVC es eficaz para degradar el virus SARS-CoV-2. [113]
Algunos animales, incluidos pájaros, reptiles e insectos como las abejas, pueden ver longitudes de onda cercanas al ultravioleta. Muchas frutas, flores y semillas se destacan más fuertemente del fondo en longitudes de onda ultravioleta en comparación con la visión humana de los colores. Los escorpiones brillan o adquieren un color de amarillo a verde bajo iluminación ultravioleta, lo que ayuda en el control de estos arácnidos. Muchas aves tienen patrones en su plumaje que son invisibles en longitudes de onda habituales pero observables en ultravioleta, y la orina y otras secreciones de algunos animales, incluidos perros, gatos y seres humanos, son mucho más fáciles de detectar con ultravioleta. Los técnicos en control de plagas pueden detectar rastros de orina de roedores para tratar adecuadamente las viviendas infestadas.
Las mariposas utilizan la luz ultravioleta como sistema de comunicación para el reconocimiento del sexo y el comportamiento de apareamiento. Por ejemplo, en la mariposa euritema Colias , los machos dependen de señales visuales para localizar e identificar a las hembras. En lugar de utilizar estímulos químicos para encontrar pareja, los machos se sienten atraídos por el color que refleja los rayos ultravioleta de las alas traseras de las hembras. [114] En las mariposas Pieris napi se demostró que las hembras del norte de Finlandia con menos radiación ultravioleta presente en el medio ambiente poseían señales ultravioleta más fuertes para atraer a sus machos que las que se producían más al sur. Esto sugirió que evolutivamente era más difícil aumentar la sensibilidad a los rayos UV de los ojos de los machos que aumentar las señales UV emitidas por las hembras. [115]
Muchos insectos utilizan las emisiones de longitud de onda ultravioleta de los objetos celestes como referencia para la navegación aérea. Un emisor ultravioleta local normalmente interrumpirá el proceso de navegación y eventualmente atraerá al insecto volador.
La proteína verde fluorescente (GFP) se utiliza a menudo en genética como marcador. Muchas sustancias, como las proteínas, tienen importantes bandas de absorción de luz en el ultravioleta que son de interés en bioquímica y campos relacionados. Los espectrofotómetros con capacidad UV son comunes en estos laboratorios.
Las trampas ultravioleta llamadas eliminadores de insectos se utilizan para eliminar varios insectos voladores pequeños. Son atraídos por los rayos UV y mueren mediante una descarga eléctrica o quedan atrapados una vez que entran en contacto con el dispositivo. Los entomólogos también utilizan diferentes diseños de trampas de radiación ultravioleta para recolectar insectos nocturnos durante estudios de exploración faunística .
La radiación ultravioleta es útil en el tratamiento de afecciones de la piel como la psoriasis y el vitíligo . La exposición a los rayos UVA, mientras la piel es hiperfotosensible, la toma de psoralenos es un tratamiento eficaz para la psoriasis . Debido al potencial de los psoralenos de causar daño al hígado , la terapia PUVA se puede utilizar sólo un número limitado de veces durante la vida del paciente.
La fototerapia UVB no requiere medicamentos ni preparaciones tópicas adicionales para obtener el beneficio terapéutico; sólo se necesita la exposición. Sin embargo, la fototerapia puede ser eficaz cuando se utiliza junto con determinados tratamientos tópicos como la antralina, el alquitrán de hulla y los derivados de las vitaminas A y D, o tratamientos sistémicos como el metotrexato y el soriatano . [116]
Los reptiles necesitan rayos UVB para la biosíntesis de vitamina D y otros procesos metabólicos. [117] Específicamente el colecalciferol (vitamina D3), que es necesario para el funcionamiento celular/neural básico, así como para la utilización del calcio para la producción de huesos y óvulos. [ cita necesaria ] La longitud de onda UVA también es visible para muchos reptiles y podría desempeñar un papel importante en su capacidad de sobrevivir en la naturaleza, así como en la comunicación visual entre individuos. [ cita necesaria ] Por lo tanto, en un recinto típico para reptiles, una fuente fluorescente UV a / b (con la intensidad / espectro adecuado para la especie) debe estar disponible para muchos [ ¿ cuáles? ] especies cautivas para sobrevivir. La simple suplementación con colecalciferol (vitamina D3) no será suficiente ya que existe una vía biosintética completa [¿ cuál? ] es decir "saltado" (riesgos de posibles sobredosis), las moléculas intermedias y los metabolitos [ ¿cuáles? ] también desempeñan funciones importantes en la salud de los animales. [ cita necesaria ] La luz solar natural en los niveles correctos siempre será superior a las fuentes artificiales, pero esto podría no ser posible para los cuidadores en diferentes partes del mundo. [ cita necesaria ]
Es un problema conocido que los altos niveles de salida de la parte UVa del espectro pueden causar daños celulares y de ADN en partes sensibles de sus cuerpos, especialmente los ojos, donde la ceguera es el resultado de un uso inadecuado de la fuente UVa/b y de la fotoqueratitis por colocación. . [ cita necesaria ] Para muchos poseedores también debe haber una provisión para una fuente de calor adecuada, lo que ha resultado en la comercialización de productos "combinados" de calor y luz. [ cita necesaria ] Los cuidadores deben tener cuidado con estos generadores "combinados" de luz/calor y UVa/b, ya que normalmente emiten altos niveles de UVa con niveles más bajos de UVb que están configurados y son difíciles de controlar para que los animales puedan satisfacer sus necesidades. [ cita necesaria ] Una mejor estrategia es utilizar fuentes individuales de estos elementos para que los cuidadores puedan colocarlos y controlarlos para el máximo beneficio de los animales. [118]
La evolución de las primeras proteínas y enzimas reproductivas se atribuye en los modelos modernos de la teoría evolutiva a la radiación ultravioleta. Los rayos UVB hacen que los pares de bases de timina uno al lado del otro en secuencias genéticas se unan formando dímeros de timina , una alteración en la cadena que las enzimas reproductivas no pueden copiar. Esto conduce a un cambio de marco durante la replicación genética y la síntesis de proteínas , lo que generalmente mata a la célula. Antes de la formación de la capa de ozono que bloquea los rayos UV, cuando los primeros procariotas se acercaban a la superficie del océano, casi invariablemente se extinguían. Los pocos que sobrevivieron habían desarrollado enzimas que monitoreaban el material genético y eliminaban los dímeros de timina mediante enzimas reparadoras de escisión de nucleótidos . Muchas enzimas y proteínas implicadas en la mitosis y la meiosis modernas son similares a las enzimas reparadoras y se cree que son modificaciones evolucionadas de las enzimas utilizadas originalmente para superar los daños en el ADN causados por los rayos UV. [119]
La fotobiología es el estudio científico de las interacciones beneficiosas y nocivas de las radiaciones no ionizantes en los organismos vivos, demarcadas convencionalmente en torno a 10 eV, la primera energía de ionización del oxígeno. La energía UV varía aproximadamente de 3 a 30 eV. Por lo tanto, la fotobiología incluye parte del espectro UV, pero no todo.
Los límites del rango general de sensibilidad del ojo se extienden desde aproximadamente 310 a 1050 nanómetros.
Normalmente el ojo humano responde a rayos de luz de 390 a 760 nm. Esto puede ampliarse a un rango de 310 a 1.050 nm en condiciones artificiales.
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Medios relacionados con la luz ultravioleta en Wikimedia Commons
La definición del diccionario de ultravioleta en Wikcionario