Una luz negra , también llamada luz UV-A , lámpara de Wood o luz ultravioleta , es una lámpara que emite luz ultravioleta de onda larga ( UV-A ) y muy poca luz visible . [1] [2] [3] Un tipo de lámpara tiene un material de filtro violeta , ya sea en la bombilla o en un filtro de vidrio separado en la carcasa de la lámpara, que bloquea la mayor parte de la luz visible y permite el paso de los rayos UV, [2] por lo que la lámpara tiene un brillo violeta tenue cuando está en funcionamiento. [4] [5] Las lámparas de luz negra que tienen este filtro tienen una designación de la industria de la iluminación que incluye las letras "BLB". [2] [4] Esto significa "luz negra azul". Un segundo tipo de lámpara produce ultravioleta pero no tiene el material de filtro, por lo que produce más luz visible y tiene un color azul cuando está en funcionamiento. [2] [3] [4] Estos tubos están hechos para usarse en trampas para insectos " matamoscas " y se identifican con la designación industrial "BL". [4] [5] Esto significa "luz negra".
Las fuentes de luz negra pueden ser lámparas fluorescentes especialmente diseñadas , lámparas de vapor de mercurio , diodos emisores de luz (LED), láseres o lámparas incandescentes . En medicina , ciencia forense y otros campos científicos, este tipo de fuente de luz se conoce como lámpara de Wood, llamada así en honor a Robert Williams Wood , quien inventó los filtros UV de vidrio originales de Wood .
Aunque muchos otros tipos de lámparas emiten luz ultravioleta con luz visible, las luces negras son esenciales cuando se necesita luz UV-A sin luz visible, particularmente para observar la fluorescencia , [3] [4] el brillo coloreado que emiten muchas sustancias cuando se exponen a los rayos UV. Se emplean para efectos de iluminación decorativos y artísticos, usos diagnósticos y terapéuticos en medicina, [2] la detección de sustancias marcadas con tintes fluorescentes , la caza de rocas , la caza de escorpiones, [6] la detección de dinero falso , el curado de resinas plásticas, la atracción de insectos [3] y la detección de fugas de refrigerante que afectan a refrigeradores y sistemas de aire acondicionado . Se utilizan fuentes potentes de luz ultravioleta de onda larga en las camas de bronceado . [3]
Los rayos UV-A presentan un riesgo potencial cuando los ojos y la piel están expuestos, especialmente a fuentes de alta potencia. Según la Organización Mundial de la Salud , los rayos UV-A son responsables del bronceado inicial de la piel y contribuyen al envejecimiento y la aparición de arrugas de la piel. Los rayos UV-A también pueden contribuir a la progresión de los cánceres de piel. [7] Además, los rayos UV-A pueden tener efectos negativos en los ojos tanto a corto como a largo plazo. [8]
Los tubos fluorescentes de luz negra se fabrican normalmente de la misma manera que los tubos fluorescentes normales, excepto que se utiliza un fósforo que emite luz UVA en lugar de luz blanca visible en el interior del tubo. El tipo más comúnmente utilizado para luces negras, denominado azul de luz negra o "BLB" por la industria, tiene un revestimiento de filtro azul oscuro en el tubo, que filtra la mayor parte de la luz visible, de modo que se pueden observar los efectos de fluorescencia . [9] Estos tubos tienen un brillo violeta tenue cuando están en funcionamiento. No deben confundirse con los tubos de "luz negra" o "BL", que no tienen revestimiento de filtro y tienen un color azul más brillante. [10] [9] Estos están hechos para su uso en trampas para insectos " matamoscas ", donde la emisión de luz visible no interfiere con el rendimiento del producto. El fósforo que se utiliza normalmente para un pico de emisión cercano a los 368 a 371 nanómetros es fluoroborato de estroncio dopado con europio ( SrB
2F
8: UE2+
) o borato de estroncio dopado con europio ( Sr
3B
2Oh
6: UE2+
) mientras que el fósforo utilizado para producir un pico de alrededor de 350 a 353 nanómetros es silicato de bario dopado con plomo ( BaSi
2Oh
5: Pb+
) Las lámparas de "luz negra azul" alcanzan su pico a 365 nm. [11]
Los fabricantes utilizan distintos sistemas de numeración para los tubos de luz negra. El de Philips se está quedando obsoleto (a partir de 2010), mientras que el sistema de Osram (alemán) se está volviendo dominante fuera de Norteamérica. La siguiente tabla enumera los tubos que generan luz azul, UVA y UVB, en orden decreciente de longitud de onda del pico más intenso. [a] Se ofrecen composiciones de fósforo aproximadas, números de tipo de los principales fabricantes y algunos usos como descripción general de los tipos disponibles. La posición del "pico" se aproxima a los 10 nm más cercanos. El "ancho" es la medida entre los puntos en los hombros del pico que representan el 50% de la intensidad.
Otra clase de bombilla fluorescente ultravioleta está diseñada para su uso en matamoscas . Los insectos se sienten atraídos por la luz ultravioleta, que pueden ver, y luego son electrocutados por el dispositivo. Estas bombillas utilizan la misma mezcla de fósforo emisor de UV-A que la luz negra filtrada, pero como no necesitan suprimir la salida de luz visible, no utilizan un material de filtro violeta en la bombilla. El vidrio simple bloquea menos del espectro de emisión de mercurio visible, lo que hace que parezcan azul violeta claro a simple vista. Estas lámparas se denominan "luz negra" o "BL" en algunos catálogos de iluminación de América del Norte. Estos tipos no son adecuados para aplicaciones que requieren la baja salida de luz visible de las lámparas de tubos "BLB" [13] .
También se puede formar una luz negra simplemente usando un revestimiento de filtro UV como el vidrio de Wood en la envoltura de una bombilla incandescente común . Este fue el método que se utilizó para crear las primeras fuentes de luz negra. Aunque las bombillas incandescentes son una alternativa más barata a los tubos fluorescentes, son excepcionalmente ineficientes para producir luz UV, ya que la mayor parte de la luz emitida por el filamento es luz visible que debe bloquearse. Debido a su espectro de cuerpo negro , una luz incandescente irradia menos del 0,1% de su energía como luz UV. Las bombillas UV incandescentes, debido a la absorción necesaria de la luz visible, se calientan mucho durante el uso. De hecho, este calor se fomenta en estas bombillas, ya que un filamento más caliente aumenta la proporción de UVA en la radiación de cuerpo negro emitida. Esta alta temperatura de funcionamiento reduce la vida útil de la lámpara de unas típicas 1000 horas a unas 100 horas.
Las lámparas de luz negra de vapor de mercurio de alta potencia se fabrican con potencias nominales de 100 a 1.000 vatios. Estas no utilizan fósforos, sino que se basan en la línea espectral intensificada y ligeramente ensanchada de 350 a 375 nm del mercurio de la descarga de alta presión entre 5 y 10 atmósferas estándar (500 y 1.000 kPa), según el tipo específico. Estas lámparas utilizan envolturas de vidrio de Wood o revestimientos de filtro óptico similares para bloquear toda la luz visible y también las líneas de longitud de onda corta (UVC) del mercurio a 184,4 y 253,7 nm, que son dañinas para los ojos y la piel. Algunas otras líneas espectrales, que caen dentro de la banda de paso del vidrio de Wood entre 300 y 400 nm, contribuyen a la salida. Estas lámparas se utilizan principalmente para fines teatrales y presentaciones de conciertos. Son productores de UVA más eficientes por unidad de consumo de energía que los tubos fluorescentes.
La luz ultravioleta puede ser generada por algunos diodos emisores de luz , pero las longitudes de onda más cortas que 380 nm son poco comunes y los picos de emisión son amplios, por lo que solo se emiten los fotones UV de energía más baja , dentro de la luz predominante no visible.
Aunque las luces negras producen luz en el rango UV, su espectro se limita principalmente a la región UVA de onda larga, es decir, la radiación UV más cercana en longitud de onda a la luz visible, con baja frecuencia y, por lo tanto, relativamente baja energía. Si bien es baja, todavía hay algo de potencia de una luz negra convencional en el rango UVB. [14] La UVA es el más seguro de los tres espectros de luz UV , aunque la alta exposición a la UVA se ha relacionado con el desarrollo de cáncer de piel en humanos. La energía relativamente baja de la luz UVA no causa quemaduras solares . Puede dañar las fibras de colágeno , por lo que puede acelerar el envejecimiento de la piel y causar arrugas . También puede degradar la vitamina A en la piel.
Se ha demostrado que la luz UVA causa daño al ADN , pero no directamente, como la UVB y la UVC. Debido a su longitud de onda más larga , se absorbe menos y llega más profundamente a las capas de la piel , donde produce intermediarios químicos reactivos como radicales hidroxilo y oxígeno , que a su vez pueden dañar el ADN y dar lugar a un riesgo de melanoma . La débil salida de las luces negras no es suficiente para causar daño al ADN o mutaciones celulares de la forma en que puede hacerlo la luz solar directa del verano, aunque hay informes de que la sobreexposición al tipo de radiación UV que se utiliza para crear bronceados artificiales en camas solares puede causar daño al ADN, fotoenvejecimiento (daño a la piel por exposición prolongada a la luz solar), endurecimiento de la piel, supresión del sistema inmunológico, formación de cataratas y cáncer de piel. [15] [16]
Los rayos UVA pueden tener efectos negativos en los ojos tanto a corto como a largo plazo. [8]
La radiación ultravioleta es invisible para el ojo humano, pero al iluminar determinados materiales con radiación ultravioleta se produce la emisión de luz visible, lo que hace que estas sustancias brillen con diversos colores. Esto se denomina fluorescencia y tiene muchos usos prácticos. Se necesitan luces negras para observar la fluorescencia, ya que otros tipos de lámparas ultravioleta emiten luz visible que ahoga el tenue resplandor fluorescente.
La lámpara de Wood es una herramienta de diagnóstico utilizada en dermatología mediante la cual se proyecta luz ultravioleta (a una longitud de onda de aproximadamente 365 nanómetros) sobre la piel del paciente; luego, un técnico observa cualquier fluorescencia posterior . Por ejemplo, las porfirinas , asociadas con algunas enfermedades de la piel, emitirán fluorescencia rosada. Aunque la técnica para producir una fuente de luz ultravioleta fue ideada por Robert Williams Wood en 1903 utilizando " el vidrio de Wood ", fue en 1925 cuando la técnica fue utilizada en dermatología por Margarot y Deveze para la detección de infecciones fúngicas del cabello. Tiene muchos usos, tanto para distinguir las condiciones fluorescentes de otras condiciones como para localizar los límites precisos de la condición.
También es útil para diagnosticar:
Se puede utilizar una lámpara de Wood para evaluar rápidamente si una persona sufre una intoxicación por etilenglicol como consecuencia de la ingestión de anticongelante . Los fabricantes de anticongelantes que contienen etilenglicol suelen añadir fluoresceína , que hace que la orina del paciente emita fluorescencia bajo la lámpara de Wood. [20]
La lámpara de Wood es útil para diagnosticar enfermedades como la esclerosis tuberosa [21] y el eritrasma (causado por Corynebacterium minutissimum , ver arriba). [22] Además, a veces se puede detectar la porfiria cutánea tarda cuando la orina se vuelve rosada al iluminarla con la lámpara de Wood. [23] Las lámparas de Wood también se han utilizado para diferenciar la hipopigmentación de la despigmentación, como en el caso del vitíligo . La piel de un paciente con vitíligo aparecerá de color verde amarillento o azul bajo la lámpara de Wood. [ cita requerida ] Se ha informado de su uso para detectar melanoma . [24]
La luz negra se utiliza habitualmente para autenticar pinturas al óleo , antigüedades y billetes de banco . También permite diferenciar la moneda real de los billetes falsos porque, en muchos países, los billetes legales tienen símbolos fluorescentes que solo se ven bajo una luz negra. Además, el papel utilizado para imprimir dinero no contiene ninguno de los agentes abrillantadores que hacen que los papeles disponibles comercialmente emitan fluorescencia bajo la luz negra. Ambas características hacen que los billetes ilegales sean más fáciles de detectar y más difíciles de falsificar con éxito. Las mismas características de seguridad se pueden aplicar a los documentos de identidad, como pasaportes o licencias de conducir .
Otras aplicaciones de seguridad incluyen el uso de bolígrafos que contienen una tinta fluorescente, generalmente con una punta blanda, que se pueden utilizar para marcar objetos de forma "invisible". Si los objetos que están marcados de esa forma son posteriormente robados, se puede utilizar una luz negra para buscar estas marcas de seguridad. En algunos parques de atracciones , clubes nocturnos y otros eventos que duran todo el día (o toda la noche), se estampa una marca fluorescente en la muñeca de un visitante que luego puede ejercer la opción de irse y poder volver de nuevo sin pagar otra tarifa de entrada.
Los materiales fluorescentes también se utilizan ampliamente en numerosas aplicaciones en biología molecular, a menudo como "etiquetas" que se unen a una sustancia de interés (por ejemplo, ADN), permitiendo así su visualización.
Miles de coleccionistas de polillas e insectos de todo el mundo utilizan distintos tipos de luz negra para atraer ejemplares de polillas e insectos para fotografiarlos y coleccionarlos. Es una de las fuentes de luz preferidas para atraer insectos y polillas por la noche. Pueden iluminar excrementos de animales, como orina y vómito, que no siempre son visibles a simple vista.
La luz negra se utiliza ampliamente en pruebas no destructivas. Se aplican fluidos fluorescentes a las estructuras metálicas y se iluminan, lo que permite detectar fácilmente grietas y otras debilidades.
Si se sospecha que hay una fuga en un refrigerador o en un sistema de aire acondicionado , se puede inyectar un tinte trazador de rayos ultravioleta en el sistema junto con la mezcla de refrigerante y aceite lubricante del compresor. Luego, se hace funcionar el sistema para que circule el tinte por las tuberías y los componentes y, luego, se examina el sistema con una lámpara de luz ultravioleta. Cualquier evidencia de tinte fluorescente permite identificar la pieza que tiene fugas y que necesita ser reemplazada.
La luz negra se utiliza para iluminar imágenes pintadas con colores fluorescentes, en particular sobre terciopelo negro , lo que intensifica la ilusión de autoiluminación. El uso de dichos materiales, a menudo en forma de mosaicos vistos en una sala sensorial bajo luz ultravioleta, es común en el Reino Unido para la educación de estudiantes con dificultades de aprendizaje profundas y múltiples. [25] Dicha fluorescencia de ciertas fibras textiles, especialmente las que tienen residuos de abrillantadores ópticos , también se puede utilizar para un efecto recreativo, como se ve, por ejemplo, en los créditos iniciales de la película de James Bond Panorama para matar . Los títeres de luz negra se realizan en un teatro de luz negra.
Las luces ultravioleta son una herramienta común para la búsqueda de rocas y la identificación de minerales por su fluorescencia. Los minerales y rocas más comunes que brillan bajo la luz ultravioleta son la fluorita, la calcita, la aragonita, el ópalo, la apatita, la calcedonia, el corindón (rubí y zafiro), la scheelita, la selenita, la smithsonita, la esfalrita y la sodalita. La primera persona que observó la fluorescencia en los minerales fue George Stokes en 1852. Observó la capacidad de la fluorita de producir un brillo azul cuando se iluminaba con luz ultravioleta y denominó a este fenómeno “fluorescencia” en honor al mineral fluorita. Las lámparas que se utilizan para visualizar vetas de fluorita y otros minerales fluorescentes se utilizan comúnmente en las minas, pero tienden a ser a escala industrial. Las lámparas deben tener una longitud de onda corta para ser útiles para este propósito y ser de grado científico. La gama UVP de lámparas UV portátiles es ideal para este propósito y las utilizan los geólogos para identificar las mejores fuentes de fluorita en minas o posibles nuevas minas. Algunos cristales de selenita transparentes presentan un patrón de “reloj de arena” bajo la luz ultravioleta que no es visible con luz natural. Estos cristales también son fosforescentes. La piedra caliza, el mármol y el travertino pueden brillar debido a la presencia de calcita. El granito, la sienita y las rocas pegmatitas graníticas también pueden brillar.
La luz ultravioleta se puede utilizar para endurecer determinados pegamentos, resinas y tintas provocando una reacción fotoquímica en el interior de esas sustancias. Este proceso de endurecimiento se denomina "curado". El curado por luz ultravioleta se puede adaptar a la impresión, el recubrimiento, la decoración, la estereolitografía y al ensamblaje de una variedad de productos y materiales. En comparación con otras tecnologías, el curado con energía ultravioleta puede considerarse un proceso de baja temperatura, un proceso de alta velocidad y es un proceso sin disolventes, ya que el curado se produce mediante polimerización directa en lugar de evaporación. Introducida originalmente en la década de 1960, esta tecnología ha agilizado y aumentado la automatización en muchas industrias del sector manufacturero. Una ventaja principal del curado con luz ultravioleta es la velocidad a la que se puede procesar un material. Acelerar el paso de curado o secado en un proceso puede reducir los defectos y errores al disminuir el tiempo que una tinta o recubrimiento pasa húmedo. Esto puede aumentar la calidad de un artículo terminado y potencialmente permitir una mayor consistencia. Otro beneficio de la reducción del tiempo de fabricación es que se necesita menos espacio para almacenar artículos que no se pueden utilizar hasta que finalice el paso de secado. Debido a que la energía UV tiene interacciones únicas con muchos materiales diferentes, el curado UV permite la creación de productos con características que no se pueden lograr por otros medios. Esto ha llevado a que el curado UV se vuelva fundamental en muchos campos de la fabricación y la tecnología, donde se requieren cambios en la resistencia, dureza, durabilidad, resistencia química y muchas otras propiedades.
Una de las innovaciones para el vuelo nocturno y en cualquier condición climática que utilizaron los EE. UU., el Reino Unido, Japón y Alemania durante la Segunda Guerra Mundial fue el uso de iluminación interior ultravioleta para iluminar el panel de instrumentos, lo que suponía una alternativa más segura a las esferas y los punteros de los instrumentos pintados con radio , y una intensidad que podía variarse fácilmente y sin iluminación visible que delatara la posición de un avión. Esto llegó tan lejos como para incluir la impresión de mapas que se marcaban con tintas fluorescentes ultravioleta y el suministro de lápices y reglas de cálculo ultravioleta-visibles como la E6B .
También se pueden utilizar para detectar LSD , que emite fluorescencia bajo luz negra, mientras que los sustitutos comunes como el 25I-NBOMe no lo hacen. [26]
En las camas de bronceado se utilizan fuentes potentes de luz ultravioleta de onda larga . [3]
