La luz ultravioleta ( UV ) es una radiación electromagnética con longitudes de onda de 10 a 400 nanómetros , más corta que la de la luz visible , pero más larga que los rayos X. La radiación UV está presente en la luz solar y constituye aproximadamente el 10% de la radiación electromagnética total emitida por el Sol. También es producida por arcos eléctricos , radiación Cherenkov y luces especializadas, como lámparas de vapor de mercurio , lámparas de bronceado y luces negras .
Los fotones de la luz ultravioleta tienen mayor energía que los de la luz visible, de aproximadamente 3,1 a 12 electronvoltios , alrededor de la energía mínima requerida para ionizar átomos . Aunque la luz ultravioleta de longitud de onda larga no se considera una radiación ionizante porque sus fotones carecen de energía suficiente, puede inducir 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 UV puede interactuar con las moléculas orgánicas. Estas interacciones pueden implicar la absorción o el ajuste de los estados de energía en las moléculas, pero no necesariamente implican calentamiento. [ cita requerida ] La luz ultravioleta de onda corta es radiación ionizante . En consecuencia, la luz UV de onda corta daña el ADN y esteriliza las superficies con las que entra en contacto.
Para los 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 podría sostener la vida en tierra firme si la mayor parte de esa luz no fuera filtrada por la atmósfera . [1] Los rayos ultravioleta "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 (en concreto, la UVB) también es responsable de la formación de vitamina D en la mayoría de los vertebrados terrestres , incluidos los humanos. [3] Por tanto, el espectro ultravioleta tiene efectos tanto beneficiosos como perjudiciales para la vida.
El límite inferior de longitud de onda del espectro visible se toma convencionalmente como 400 nm, por lo que los rayos ultravioleta no son visibles para los humanos , aunque las personas a veces pueden percibir la luz en longitudes de onda más cortas que esta. [4] Los insectos, las aves y algunos mamíferos pueden ver el ultravioleta cercano (NUV), es decir, longitudes de onda ligeramente más cortas que las que pueden ver los humanos. [5]
Los rayos ultravioleta son generalmente invisibles para la mayoría de los seres 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 del receptor de color para los rayos ultravioleta. Sin embargo, los fotorreceptores de la retina son sensibles a los rayos ultravioleta cercanos, y las personas que carecen de cristalino (una condición conocida como afaquia ) perciben los rayos ultravioleta cercanos como azul blanquecino o violeta blanquecino. [4] En algunas condiciones, los niños y los adultos jóvenes pueden ver los 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 ultravioleta, proporciona a las aves más pequeñas una visión ultravioleta "real". [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 . El ultravioleta tiene una frecuencia más alta (por lo tanto, una longitud de onda más corta) que la luz violeta. [ cita requerida ]
La radiación ultravioleta fue descubierta en febrero de 1801 cuando el físico alemán Johann Wilhelm Ritter observó que los rayos invisibles que se encontraban justo más allá del extremo violeta del espectro visible oscurecían el papel empapado en cloruro de plata más rápidamente que la propia luz violeta. Anunció el descubrimiento en una carta muy breve a los Annalen der Physik [11] [12] y más tarde 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 dijeron que esta radiación era completamente diferente de la luz (notablemente John William Draper , quien los llamó "rayos titónicos" [13] [14] ). Los términos "rayos químicos" y "rayos de calor" finalmente se abandonaron en favor de la radiación ultravioleta e infrarroja , respectivamente. [15] [16] 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 eran las de alrededor de 250 nm. En 1960 se estableció el efecto de la radiación ultravioleta sobre el ADN. [17]
El descubrimiento de la radiación ultravioleta con longitudes de onda inferiores a 200 nm, denominada «ultravioleta de vacío» porque es fuertemente absorbida por el oxígeno del aire, fue realizado en 1893 por el físico alemán Victor Schumann . [18]
El espectro electromagnético de la radiación ultravioleta (UVR), definido de manera más amplia como 10–400 nanómetros, se puede subdividir en una serie de rangos recomendados por la norma ISO 21348: [19]
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 de detección de luz visible, pero estos pueden sufrir una respuesta no deseada a la luz visible y varias inestabilidades. La luz ultravioleta se puede detectar mediante fotodiodos y fotocátodos adecuados, que se pueden adaptar para que sean sensibles a diferentes partes del espectro UV. Hay disponibles fotomultiplicadores UV sensibles . Los espectrómetros y radiómetros están hechos para medir la radiación UV. Los detectores de silicio se utilizan en todo el espectro. [20]
Las longitudes de onda de la luz ultravioleta de vacío (VUV) (inferiores a 200 nm) son absorbidas fuertemente por el oxígeno molecular del aire, aunque las longitudes de onda más largas, de alrededor de 150 a 200 nm, pueden propagarse a través del nitrógeno . Por lo tanto, los instrumentos científicos pueden utilizar este rango espectral al operar en una atmósfera libre de oxígeno (nitrógeno puro o argón para longitudes de onda más cortas), sin la necesidad de costosas cámaras de vacío. Algunos ejemplos significativos incluyen equipos de fotolitografía de 193 nm (para la fabricación de semiconductores ) y espectrómetros de dicroísmo circular . [ cita requerida ]
La tecnología para la instrumentación del VUV ha estado 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 a la luz solar ha sido un área importante de investigación. Los dispositivos de estado sólido de amplio espacio o los dispositivos de vacío con fotocátodos de alto corte pueden ser atractivos en comparación con los diodos de silicio. [ cita requerida ]
El UV extremo (EUV o, a veces, XUV) se caracteriza por una transición en la física de la interacción con la materia. Las longitudes de onda mayores de 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 de la capa interna y los núcleos. El extremo largo del espectro EUV está determinado por una línea espectral He + prominente a 30,4 nm. El EUV es fuertemente absorbido por la mayoría de los materiales conocidos, pero es posible sintetizar ópticas multicapa que reflejen hasta aproximadamente el 50% de la radiación EUV con una incidencia normal . Esta tecnología fue desarrollada por primera vez por los cohetes de sondeo NIXT y MSSTA en la década de 1990, y se ha utilizado para construir telescopios para imágenes solares. Véase también el satélite Extreme Ultraviolet Explorer . [ cita requerida ]
Algunas fuentes utilizan la distinción entre "UV duro" y "UV blando". Por ejemplo, en el caso de la astrofísica , el límite puede estar en el límite de Lyman (longitud de onda 91,2 nm, la energía necesaria para ionizar un átomo de hidrógeno desde su estado fundamental), siendo el "UV duro" más energético; [21] los mismos términos también pueden utilizarse en otros campos, como la cosmetología , la optoelectrónica , etc. Los valores numéricos del límite entre duro/blando, incluso dentro de campos científicos similares, no coinciden necesariamente; por ejemplo, una publicación de física aplicada utilizó un límite de 190 nm entre las regiones UV dura y blanda. [22]
Los objetos muy calientes emiten radiación ultravioleta (véase radiación de cuerpo negro ). El Sol emite radiación ultravioleta en todas las longitudes de onda, incluida la ultravioleta extrema, donde se cruza con 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 de la Tierra (véase constante solar ) está compuesta por 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. [23]
La atmósfera bloquea aproximadamente el 77% de la radiación ultravioleta del Sol cuando éste se encuentra en su punto más alto en el cielo (en el cenit), y la absorción aumenta a longitudes de onda más cortas. A nivel del suelo, con el Sol en el cenit, la luz solar se compone en un 44% de luz visible, un 3% de ultravioleta y el resto de infrarrojos. [24] [25] De la radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra, más del 95% corresponde a longitudes de onda más largas de UVA, y el pequeño resto a UVB. Casi nada de UVC llega a la superficie de la Tierra. [26] La fracción de UVA y UVB que permanece en la radiación ultravioleta después de atravesar la atmósfera depende en gran medida de la cobertura de nubes y de las condiciones atmosféricas. En días "parcialmente nublados", los parches de cielo azul que se ven entre las nubes también son fuentes de UVA y UVB (dispersos), que se producen por dispersión de Rayleigh de la misma manera que la luz azul visible de esas partes del cielo. La UVB también desempeña un papel importante en el desarrollo de las plantas, ya que afecta a la mayoría de las hormonas vegetales. [27] Durante un cielo totalmente nublado, la cantidad de absorción debida a las nubes depende en gran medida del espesor de las nubes y de la latitud, y no existen mediciones claras que correlacionen el espesor específico y la absorción de los rayos UVA y UVB. [28]
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 de oxígeno individuales producidos por la fotólisis UV del dioxígeno reaccionan con más dioxígeno. La capa de ozono es especialmente importante para bloquear la mayoría de los rayos UVB y la parte restante de los rayos UVC que no están bloqueados por el oxígeno ordinario del aire. [ cita requerida ]
Los absorbentes ultravioleta son moléculas que se utilizan en materiales orgánicos ( polímeros , pinturas , etc.) para absorber la radiación ultravioleta y reducir la degradación ultravioleta (fotooxidación) de un material. Los absorbentes pueden degradarse con el tiempo, por lo que es necesario controlar los niveles de absorbentes en materiales desgastados. [ cita requerida ]
En los protectores solares , los ingredientes que absorben los rayos UVA/UVB, como la avobenzona , la oxibenzona [29] y el metoxicinamato de octilo , son absorbentes químicos orgánicos o "bloqueadores". Se contrastan con los absorbentes/"bloqueadores" inorgánicos de la radiación UV, como el negro de carbono , el dióxido de titanio y el óxido de zinc . [ cita requerida ]
En el caso de la ropa, el factor de protección ultravioleta (UPF) representa la proporción de rayos UV que provocan quemaduras solares con y sin la protección de la tela, similar a los índices de factor de protección solar (FPS) de los protectores solares . [ cita requerida ] Las telas de verano estándar tienen un UPF de alrededor de 6, lo que significa que pasará aproximadamente el 20 % de los rayos UV. [ cita requerida ]
Las nanopartículas suspendidas en vitrales evitan que los rayos UV provoquen reacciones químicas que alteren los colores de las imágenes. [ cita requerida ] Se planea utilizar un conjunto de chips de referencia de color de vitrales para calibrar las cámaras de color para la misión del explorador de Marte de la ESA de 2019 , ya que permanecerán intactas debido al alto nivel de UV presente en la superficie de Marte. [ cita requerida ]
El vidrio sodocálcico común , como el vidrio de las ventanas, es parcialmente transparente a los rayos UVA, pero es opaco a longitudes de onda más cortas, dejando pasar aproximadamente el 90% de la luz por encima de los 350 nm, pero bloqueando más del 90% de la luz por debajo de los 300 nm. [30] [31] [32] Un estudio descubrió que las ventanas de los automóviles dejan pasar entre el 3 y el 4% de la radiación UV ambiental, especialmente si la radiación UV era superior a 380 nm. [33] Otros tipos de ventanas de automóviles pueden reducir la transmisión de la radiación UV superior a 335 nm. [33] El cuarzo fundido , dependiendo de la calidad, puede ser transparente incluso a longitudes de onda UV de vacío. El cuarzo cristalino y algunos cristales como el CaF2 y el MgF2 transmiten bien longitudes de onda de hasta 150 nm o 160 nm. [34]
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 en las comunicaciones encubiertas. Permite las comunicaciones tanto diurnas por infrarrojos como nocturnas por ultravioleta al ser transparente entre 320 nm y 400 nm y también las longitudes de onda infrarrojas más largas y la luz roja apenas visible. Su máxima transmisión de rayos ultravioleta está a 365 nm, una de las longitudes de onda de las lámparas de mercurio . [ cita requerida ]
Una lámpara de luz negra emite radiación UVA 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 UVA en lugar de luz visible. Algunas lámparas utilizan un filtro óptico de vidrio de Wood de color violeta azulado intenso que bloquea casi toda la luz visible con longitudes de onda superiores a los 400 nanómetros. [35] El resplandor violeta que emiten estos tubos no es el ultravioleta en sí, sino la luz violeta visible de la línea espectral de 404 nm del mercurio que no es filtrada por el revestimiento. Otras luces negras utilizan vidrio simple en lugar del vidrio de Wood, más caro, por lo que parecen azul claro a la vista cuando están en funcionamiento. [ cita requerida ]
También se producen luces negras incandescentes, utilizando un revestimiento de filtro en la envoltura de una bombilla incandescente que absorbe la luz visible ( ver la sección a continuación ). Son más baratas pero muy ineficientes, ya que emiten solo una pequeña fracción de un porcentaje de su potencia en forma de rayos ultravioleta. Las luces negras de vapor de mercurio de hasta 1 kW con fósforo que emite rayos ultravioleta y una envoltura de vidrio de Wood se utilizan para representaciones teatrales y de conciertos. [ cita requerida ]
Las luces negras se utilizan en aplicaciones en las que se debe minimizar la luz visible externa; principalmente para observar la fluorescencia , el brillo coloreado que emiten muchas sustancias cuando se exponen a la luz ultravioleta. Las bombillas que emiten rayos UVA/UVB también se venden para otros fines especiales, como lámparas de bronceado y cría de reptiles. [ cita requerida ]
Las lámparas UV de onda corta se fabrican utilizando un tubo de lámpara fluorescente sin revestimiento de fósforo, compuesto de cuarzo fundido o vycor , ya que el vidrio ordinario absorbe UVC. Estas lámparas emiten luz ultravioleta con dos picos en la banda UVC a 253,7 nm y 185 nm debido al mercurio dentro de la lámpara, así como algo de luz visible. Entre el 85% y el 90% de la radiación UV producida por estas lámparas se produce a 253,7 nm, mientras que solo el 5-10% se produce a 185 nm. [36] 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 UVC de un tubo de lámpara fluorescente normal. Estas lámparas de baja presión tienen una eficiencia típica de aproximadamente el 30-40%, lo que significa que por cada 100 vatios de electricidad consumida por la lámpara, producirán aproximadamente 30-40 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 la desinfección de suministros de agua. [ cita requerida ]
Las lámparas incandescentes de "luz negra" también están hechas de una bombilla incandescente con un revestimiento de filtro que absorbe la mayor parte de la luz visible. Las lámparas halógenas con envolturas de cuarzo fundido se utilizan como fuentes de luz ultravioleta económicas en el rango de ultravioleta cercano, de 400 a 300 nm, en algunos instrumentos científicos. Debido a su espectro de cuerpo negro , una bombilla de filamento es una fuente ultravioleta muy ineficiente, ya que emite solo una fracción de un porcentaje de su energía en forma de UV. [ cita requerida ]
Las lámparas de descarga de gas ultravioleta especializadas que contienen diferentes gases producen radiación ultravioleta en líneas espectrales específicas para fines científicos. Las lámparas de arco de argón y deuterio se utilizan a menudo como fuentes estables, ya sea sin ventanas o con varias ventanas, como el fluoruro de magnesio . [37] Estas suelen ser las fuentes emisoras en los equipos de espectroscopia ultravioleta para análisis químicos. [ cita requerida ]
Otras fuentes de UV con espectros de emisión más continuos incluyen lámparas de arco de xenón (comúnmente utilizadas como simuladores de luz solar), lámparas de arco de deuterio , lámparas de arco de mercurio-xenón y lámparas de arco de halogenuros metálicos . [ cita requerida ]
La lámpara excimer , una fuente de luz ultravioleta desarrollada a principios de la década de 2000, se utiliza cada vez más en los campos científicos. Tiene las ventajas de una alta intensidad, una alta eficiencia y un funcionamiento en una variedad de bandas de longitud de onda en el ultravioleta del vacío. [ cita requerida ]
Los diodos emisores de luz (LED) se pueden fabricar para emitir radiación en el rango ultravioleta. En 2019, tras avances significativos durante los cinco años anteriores, se comercializaron LED UVA 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 son los de longitudes de onda de 395 nm y 365 nm, ambas dentro del espectro UVA. La longitud de onda nominal es la longitud de onda máxima que emiten los LED, pero hay luz tanto en longitudes de onda más altas como más bajas. [ cita requerida ]
Los LED UV de 395 nm, más baratos y más comunes, están mucho más cerca del espectro visible y emiten un color púrpura. Otros LED UV más profundos en el espectro no emiten tanta luz visible. [38] Los LED se utilizan para aplicaciones tales 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 potencia cercanas a 3 W/cm2 ( 30 kW/m2 ) , 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. [ cita requerida ]
Los LED UVC se están desarrollando rápidamente, pero es posible que sea necesario realizar pruebas para verificar su eficacia en la desinfección. Las referencias para la desinfección de grandes áreas corresponden a fuentes de luz UV sin LED [39] conocidas como lámparas germicidas . [40] Además, se utilizan como fuentes lineales para reemplazar las lámparas de deuterio en los instrumentos de cromatografía líquida . [41]
Los láseres de gas , los diodos láser y los láseres de estado sólido pueden fabricarse para emitir rayos ultravioleta, y hay láseres disponibles que cubren todo el rango de UV. El láser de gas nitrógeno utiliza la excitación electrónica de las moléculas de nitrógeno para emitir un haz que es principalmente UV. Las líneas ultravioleta más fuertes están en 337,1 nm y 357,6 nm de longitud de onda. 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. En la actualidad, los láseres excimer de argón-fluoruro UV que operan a 193 nm se utilizan rutinariamente en la producción de circuitos integrados por fotolitografía . El límite de longitud de onda actual [¿ período de tiempo? ] de producción de UV coherente es de aproximadamente 126 nm, característico del láser excimer Ar 2 *. [ cita requerida ]
Los diodos láser que emiten directamente rayos ultravioleta están disponibles a 375 nm. [42] Los láseres de estado sólido bombeados por diodos UV se han demostrado utilizando cristales de fluoruro de aluminio, estroncio y litio dopados con cerio (Ce:LiSAF), un proceso desarrollado en la década de 1990 en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . [43] 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 frecuencia más baja. [ cita requerida ]
Los láseres ultravioleta tienen aplicaciones en la industria ( grabado láser ), medicina ( dermatología y queratectomía ), química ( MALDI ), comunicaciones seguras de aire libre , informática ( almacenamiento óptico ) y fabricación de circuitos integrados. [ cita requerida ]
La banda ultravioleta de vacío (V-UV) (100-200 nm) se puede generar mediante una mezcla no lineal de 4 ondas en gases mediante la mezcla de frecuencias 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, hidrógeno, que son resonantes de dos fotones cerca de 193 nm) [44] 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 es resonante 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 fase puede limitar el rango ajustable de la mezcla de 4 ondas. La mezcla de frecuencias de diferencia (es decir, f 1 + f 2 − f 3 ) tiene una ventaja sobre la mezcla de frecuencias de suma porque la coincidencia de fase puede proporcionar una mayor sintonización. [44]
En particular, la mezcla de diferencia de frecuencia de dos fotones de un láser excimer Ar F (193 nm) con un láser visible o infrarrojo cercano sintonizable en hidrógeno o criptón proporciona una cobertura V-UV sintonizable mejorada por resonancia de 100 nm a 200 nm. [44] En la práctica, la falta de materiales adecuados para ventanas de 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 ventana. [45]
Los láseres se han utilizado para generar indirectamente radiación ultravioleta extrema no coherente (E-UV) a 13,5 nm para la litografía ultravioleta extrema . La E-UV no es emitida por el láser, sino por transiciones de electrones en un plasma de estaño o xenón extremadamente caliente, que se excita mediante un láser excimer. [46] Esta técnica no requiere un sincrotrón, pero puede producir 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 las que se encuentran en el límite de los espectros de UV y rayos X a 10 nm. [ cita requerida ]
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 relacionado con cuestiones como las lámparas fluorescentes y la salud . La exposición excesiva al sol puede ser perjudicial, pero con moderación, la exposición al sol es beneficiosa. [47]
La luz ultravioleta (en concreto, la UVB) hace que el cuerpo produzca vitamina D [ 48], que es esencial para la vida. Los seres humanos necesitamos cierta radiación ultravioleta para mantener unos niveles adecuados de vitamina D. Según la Organización Mundial de la Salud: [49]
No hay duda de que un poco de luz solar es bueno para la salud. Sin embargo, entre 5 y 15 minutos de exposición ocasional al sol en las manos, el rostro 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 suplementos. [50] Sin embargo, la exposición excesiva al sol produce efectos nocivos. [49]
La vitamina D promueve la creación de serotonina . La producción de serotonina es directamente proporcional al grado de luz solar brillante que recibe el cuerpo. [51] Se cree que la serotonina proporciona sensaciones de felicidad, bienestar y serenidad a los seres humanos. [52]
Los rayos UV también tratan ciertas afecciones de la piel. La fototerapia moderna se ha utilizado para tratar con éxito la psoriasis , el eczema , la ictericia , el vitíligo , la dermatitis atópica y la esclerodermia localizada . [53] [54] Además, se ha demostrado que la luz UV, en particular la radiación UVB, induce la detención del ciclo celular en los queratinocitos , el tipo más común de célula de la piel. [55] 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. [56]
En los seres humanos, la exposición excesiva a la radiación ultravioleta puede provocar efectos nocivos agudos y crónicos en el sistema dióptrico del ojo y en la retina . El riesgo es mayor en altitudes elevadas y las personas que viven en zonas de latitudes altas donde la nieve cubre el suelo hasta principios del verano y la posición del sol, incluso en el cenit , es baja, corren un riesgo especial. [57] La piel, el sistema circadiano y el sistema inmunológico también pueden verse afectados. [58]
Los efectos diferenciales de las distintas longitudes de onda de la luz sobre la córnea y la piel humanas se denominan a veces "espectro de acción eritematosa". [59] El espectro de acción muestra que los rayos UVA no provocan una reacción inmediata, sino que 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 aumentan rápidamente hasta 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 los rayos UVC. En longitudes de onda de los rayos UV aún más cortas, el daño continúa produciéndose, pero los efectos evidentes no son tan grandes porque tan poco penetra en la atmósfera. El índice ultravioleta estándar de la OMS es una medida ampliamente publicitada de la fuerza total de las longitudes de onda de los rayos UV que causan quemaduras solares en la piel humana, ponderando la exposición a los rayos UV para los efectos del espectro de acción en un momento y lugar determinados. Este estándar muestra que la mayoría de las quemaduras solares se producen debido a los rayos UV en longitudes de onda cercanas al límite de las bandas de los rayos UVA y UVB. [ cita requerida ]
La sobreexposición a la radiación UVB no sólo puede causar 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 UVA) no predicen los efectos a largo plazo de los rayos UV, aunque sí reflejan el daño directo del ADN causado por los rayos ultravioleta. [60]
Todas las bandas de radiación UV dañan las fibras de colágeno y aceleran el envejecimiento de la piel. Tanto los rayos UVA como los UVB destruyen la vitamina A de la piel, lo que puede causar más daños. [61]
La radiación UVB puede causar daño directo al ADN. [62] Esta conexión con el cáncer es una de las razones de preocupación por el agotamiento del ozono y el agujero de ozono.
La forma más mortal de cáncer de piel , el melanoma maligno , es causado principalmente por daño del ADN independiente de la radiación UVA. Esto se puede ver en la ausencia de una mutación de firma UV directa en el 92% de todos los melanomas. [63] La sobreexposición ocasional y las quemaduras solares son probablemente factores de riesgo mayores para el melanoma que la exposición moderada a largo plazo. [64] La UVC es el tipo de radiación ultravioleta de mayor energía y más peligroso, y causa efectos adversos que pueden ser mutagénicos o cancerígenos. [65]
En el pasado, los rayos UVA se consideraban inofensivos o menos dañinos que los UVB, pero hoy se sabe que contribuyen al cáncer de piel a través de daños indirectos en el ADN (radicales libres como las especies reactivas de oxígeno). [ cita requerida ] Los rayos UVA 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 a la piel por los rayos UVA consiste principalmente en roturas de una sola hebra en el ADN, mientras que el daño causado por los rayos UVB incluye la formación directa de dímeros de timina o dímeros de citosina y rotura de doble hebra del ADN. [66] Los rayos UVA son inmunosupresores para todo el cuerpo (representan una gran parte de los efectos inmunosupresores de la exposición a la luz solar) y son mutagénicos para los queratinocitos de células basales en la piel. [67]
Los fotones UVB pueden causar daño directo al ADN. La radiación UVB 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 , produciendo un dímero . La mayoría de los dímeros de pirimidina inducidos por UV en el ADN se eliminan mediante el proceso conocido como reparación por escisión de nucleótidos que emplea alrededor de 30 proteínas diferentes. [62] Los 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 la mutación . [ cita requerida ]
Como defensa contra la radiación UV, la cantidad de melanina , un pigmento marrón, en la piel aumenta cuando se expone a niveles moderados (según el tipo de piel ) de radiación; esto se conoce comúnmente como bronceado solar . El propósito de la melanina es absorber la radiación UV y disipar la energía en forma de calor inofensivo, protegiendo la piel contra el daño directo e indirecto del ADN causado por los rayos UV. Los rayos UVA producen un bronceado rápido que dura varios días al oxidar la melanina que ya estaba presente y desencadenar la liberación de melanina de los melanocitos . Los rayos UVB producen un bronceado que tarda aproximadamente dos días en desarrollarse porque estimulan al cuerpo a producir más melanina. [ cita requerida ]
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 los protectores solares protegen a los ratones contra los tumores de piel. Sin embargo, algunos productos químicos de los protectores solares producen sustancias potencialmente dañinas si se exponen a la luz mientras están en contacto con células vivas. [68] [69] La cantidad de protector solar que penetra en las capas inferiores de la piel puede ser lo suficientemente grande como para causar daños. [70]
El protector solar reduce el daño directo del ADN que causa las quemaduras solares, al bloquear los rayos UVB, y el índice SPF habitual indica la eficacia con la que se bloquea esta radiación. Por tanto, el SPF también se denomina UVB-PF, por "factor de protección UVB". [71] Sin embargo, este índice no ofrece datos sobre la protección importante contra los rayos UVA, [72] que no causan principalmente quemaduras solares, pero siguen siendo perjudiciales, ya que causan daños indirectos al ADN y también se consideran cancerígenos. Varios estudios sugieren que la ausencia de filtros UVA puede ser la causa de la mayor incidencia de melanoma encontrada en los usuarios de protector solar en comparación con los no usuarios. [73] [74] [75] [76] [77] Algunas lociones de protección solar contienen dióxido de titanio , óxido de zinc y avobenzona , que ayudan a proteger contra los rayos UVA.
Las propiedades fotoquímicas de la melanina la convierten en un excelente fotoprotector . Sin embargo, los productos químicos de los protectores solares no pueden disipar la energía del estado excitado tan eficientemente como la melanina y, por lo tanto, si los ingredientes de los protectores solares penetran en las capas inferiores de la piel, la cantidad de especies reactivas de oxígeno puede aumentar. [78] [68] [69] [79] 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 . publicado en 2006, se midió la cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS) nocivas en piel no tratada y en piel tratada con protector solar. En los primeros 20 minutos, la película de protector solar tuvo un efecto protector y la cantidad de especies de ROS fue menor. Sin embargo, después de 60 minutos, la cantidad de protector solar absorbido fue tan alta que la cantidad de ROS fue mayor en la piel tratada con protector solar que en la piel no tratada. [78] El estudio indica que el protector solar debe volver a aplicarse dentro de las 2 horas para evitar que la luz UV penetre en las células cutáneas vivas infundidas con protector solar. [78]
La radiación ultravioleta puede agravar varias afecciones y enfermedades de la piel, entre ellas [80] el lupus eritematoso sistémico , el síndrome de Sjögren , el síndrome de Sinear-Usher , la rosácea , la dermatomiositis , la enfermedad de Darier , el síndrome de Kindler-Weary y la poroqueratosis . [81]
El ojo es más sensible al daño por UV en la banda UVC inferior a 265–275 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 del soldador" u "ojo de arco" ( fotoqueratitis ) y puede provocar la formación de cataratas , pterigión y pinguécula . En menor medida, la UVB en la luz solar de 310 a 280 nm también causa fotoqueratitis ("ceguera de la nieve"), y la córnea , el cristalino y la retina pueden resultar dañados. [82]
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, la protección ocular de cobertura total suele estar justificada si existe un mayor riesgo de exposición, como en el montañismo a gran altitud. Los montañistas están expuestos a niveles de radiación ultravioleta más altos de lo normal, tanto porque hay menos filtrado atmosférico como por el reflejo de la nieve y el hielo. [83] [84] Las gafas ordinarias, 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 UVA y el plástico acrílico común utilizado para las lentes lo es menos. Algunos materiales de lentes de plástico, como el policarbonato , bloquean inherentemente la mayoría de los rayos UV. [85]
La degradación por rayos ultravioleta es una forma de degradación de polímeros que afecta a los plásticos expuestos a la luz solar . El problema se manifiesta como decoloración o desvanecimiento, 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 ultravioleta 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 resistencia en puntos sensibles de la estructura de la cadena. La cuerda de aramida debe estar protegida con una funda de termoplástico para que conserve su resistencia. [ cita requerida ]
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 nocivos, pero los objetos valiosos necesitan protección adicional. Muchos museos colocan cortinas negras sobre las acuarelas y los textiles antiguos, por ejemplo. Dado que las acuarelas pueden tener niveles muy bajos de pigmento, necesitan protección adicional contra los rayos UV. Varias formas de vidrio para enmarcar cuadros , incluidos los acrílicos (plexiglás), los laminados y los revestimientos, ofrecen diferentes grados de protección contra los rayos UV (y la luz visible). [ cita requerida ]
Debido a su capacidad de provocar reacciones químicas y excitar la fluorescencia en los materiales, la radiación ultravioleta tiene diversas aplicaciones. La siguiente tabla [86] muestra algunos usos de bandas de longitud de onda específicas en el espectro UV.
La película fotográfica reacciona a la radiación ultravioleta, pero las lentes de vidrio de las cámaras suelen bloquear la radiación de longitudes de onda inferiores a 350 nm. Los filtros de bloqueo de rayos ultravioleta ligeramente amarillos se utilizan a menudo para la fotografía al aire libre para evitar el azulado no deseado y la sobreexposición a los rayos ultravioleta. Para la fotografía en longitudes de onda cercanas a los rayos ultravioleta, 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 ultravioleta para mejorar la precisión de la reproducción del color. A veces, estos filtros internos se pueden quitar, o pueden estar ausentes, y un filtro externo de luz visible prepara la cámara para la fotografía en longitudes de onda cercanas a los rayos ultravioleta. Algunas cámaras están diseñadas para su uso en longitudes de onda cercanas a los rayos ultravioleta. [ cita requerida ]
La fotografía por 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. [ cita requerida ]
En la 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. [ cita requerida ]
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 . [88]
Las EPROM (memoria de solo lectura programable y borrable) se borran mediante la exposición a la radiación ultravioleta. Estos módulos tienen una ventana transparente ( de cuarzo ) en la parte superior del chip que permite el paso de la radiación ultravioleta.
Los tintes fluorescentes incoloros que emiten luz azul bajo la luz ultravioleta se añaden como abrillantadores ópticos al papel y a las telas. La luz azul emitida por estos agentes contrarresta los matices amarillos que puedan estar presentes y hace que los colores y los blancos parezcan más blancos o de colores más brillantes.
Los tintes fluorescentes ultravioleta que brillan en los colores primarios se utilizan en pinturas, papeles y textiles, ya sea para realzar el color bajo la luz del día o para proporcionar efectos especiales cuando se iluminan con lámparas ultravioleta. Las pinturas de luz negra que contienen tintes que brillan bajo la luz ultravioleta se utilizan en diversas aplicaciones artísticas y estéticas. [ cita requerida ]
Los parques de atracciones suelen utilizar luz ultravioleta para hacer fluorescentes las ilustraciones y los fondos de las atracciones. Esto suele tener como efecto secundario que la ropa blanca de los visitantes brille de un color violeta claro. [ cita requerida ]
Para ayudar a prevenir la falsificación de moneda o de documentos importantes como licencias de conducir y pasaportes , el papel puede incluir una marca de agua ultravioleta o fibras fluorescentes multicolor que son visibles bajo luz ultravioleta. Los sellos postales están marcados con un fósforo que brilla bajo los rayos ultravioleta para permitir la detección automática del sello y del anverso de la carta.
Los tintes fluorescentes ultravioleta se utilizan en muchas aplicaciones (por ejemplo, bioquímica y ciencia forense ). Algunas marcas de gas pimienta dejan una sustancia química invisible (colorante ultravioleta) que no se elimina fácilmente de la piel del atacante, lo que ayudaría a la policía a identificarlo más tarde.
En algunos tipos de pruebas no destructivas, la luz ultravioleta estimula los tintes fluorescentes para resaltar los defectos en una amplia gama de materiales. Estos tintes pueden ser transportados a defectos que rompen la superficie por acción capilar ( inspección con líquidos penetrantes ) o pueden estar unidos 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 resulta útil para localizar e identificar fluidos corporales como semen, sangre y saliva. [89] Por ejemplo, los fluidos eyaculados o la saliva se pueden detectar mediante fuentes de luz ultravioleta de alta potencia, independientemente de la estructura o el color de la superficie sobre la que se deposita el fluido. [90] La microespectroscopia UV-vis también se utiliza para analizar pruebas traza, como fibras textiles y restos 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 falsa. Incluso los materiales que no están especialmente marcados con tintes sensibles a los rayos ultravioleta pueden presentar una fluorescencia distintiva bajo exposición a los rayos ultravioleta o pueden presentar una fluorescencia diferente bajo la luz ultravioleta de onda corta o de onda larga.
Mediante la técnica de 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, ajustados con precisión para capturar ciertas longitudes de onda de luz. De este modo, 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 la tinta a base de hierro descolorida sobre vitela . [91]
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La luz ultravioleta ayuda a detectar los depósitos de material orgánico que quedan en las superficies en las que la limpieza y la desinfección periódicas pueden haber fallado. Se utiliza en la industria hotelera, la fabricación y otras industrias en las que se inspeccionan los niveles de limpieza o contaminación . [92] [93] [94] [95]
Los reportajes periodísticos perennes de muchas organizaciones de noticias televisivas involucran a un periodista de investigación que utiliza un dispositivo similar para revelar condiciones insalubres en hoteles, baños públicos, pasamanos y similares. [96] [97]
La espectroscopia UV/Vis se utiliza ampliamente como técnica en química para analizar la estructura química , siendo la más notable la de los sistemas conjugados . La radiación UV se utiliza a menudo para excitar una muestra determinada en la que se mide la emisión fluorescente con un espectrofluorómetro . En la investigación biológica, la radiación UV se utiliza para cuantificar ácidos nucleicos o proteínas . En química ambiental, la radiación UV también se podría utilizar para detectar contaminantes de creciente preocupación en muestras de agua. [98]
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. [99] La radiación ultravioleta puede detectar finas capas 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 UV creada por la dispersión Raman en el agua. [100] La absorbancia UV también se puede utilizar para cuantificar contaminantes en aguas residuales. La absorbancia UV de 254 nm más comúnmente utilizada se utiliza generalmente como parámetro sustituto para cuantificar NOM. [98] Otra forma de método de detección basado en la luz utiliza un amplio espectro de matriz de emisión de excitación (EEM) para detectar e identificar contaminantes en función de sus propiedades fluorensivas. [98] [101] La EEM podría utilizarse 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. [102] [98]
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 encendida, por ejemplo, irradia fuertemente en el rango de 185 a 260 nanómetros y solo muy débilmente en la región IR , mientras que un fuego de carbón emite muy débilmente en la banda UV pero muy fuertemente en longitudes de onda IR; por lo tanto, un detector de incendios que funciona utilizando 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 de la Tierra . 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 se puede utilizar fácilmente tanto en interiores como en exteriores.
Los detectores UV son sensibles a la mayoría de los incendios, incluidos los de 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, lo que afectará negativamente la capacidad del detector para detectar llamas. Del mismo modo, la presencia de una 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 fotorresistencia se expone a la radiación ultravioleta que ha pasado a través de una máscara. La exposición hace que se produzcan reacciones químicas en la fotorresistencia. Después de retirar la fotorresistencia no deseada, queda en la muestra un patrón determinado por la máscara. A continuación, se pueden tomar medidas para "grabar", depositar o modificar de otro modo las zonas de la muestra en las que no queda fotorresistencia.
La fotolitografía se utiliza en la fabricación de semiconductores , componentes de circuitos integrados [103] y placas de circuitos impresos . Los procesos de fotolitografía utilizados para fabricar circuitos electrónicos integrados utilizan actualmente UV de 193 nm y están utilizando experimentalmente UV de 13,5 nm para la litografía ultravioleta extrema .
Los componentes electrónicos que requieren una transparencia clara para que entre o salga la luz (paneles fotovoltaicos y sensores) se pueden encapsular utilizando resinas acrílicas que se curan con energía UV. Las ventajas son las bajas emisiones de COV y el 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 la 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 luz ultravioleta para aplicaciones de curado por luz ultravioleta incluyen lámparas ultravioleta , LED ultravioleta y lámparas de destello excimer . Los procesos rápidos como la impresión flexográfica o offset requieren luz de alta intensidad enfocada a través de reflectores sobre un sustrato y medio en movimiento, por lo que se utilizan bombillas de alta presión basadas en 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 lámparas pequeñas de alta presión pueden tener luz enfocada y transmitida al área de trabajo a través de guías de luz llenas de líquido o de fibra óptica.
El efecto de la radiación ultravioleta 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 luz ultravioleta al vacío. [104]
La radiación ultravioleta es útil para preparar polímeros de baja energía superficial para adhesivos. Los polímeros expuestos a la radiación ultravioleta se oxidan, lo que aumenta la energía superficial del polímero. Una vez que se ha aumentado la energía superficial del polímero, la unión entre el adhesivo y el polímero es más fuerte.
Usando una reacción química catalítica del dióxido de titanio y la exposición a UVC, la oxidación de la materia orgánica convierte patógenos , polen y esporas de moho en subproductos inertes inofensivos. Sin embargo, la reacción del dióxido de titanio y UVC no es un camino directo. Varios cientos de reacciones ocurren antes de la etapa de subproductos inertes y pueden obstaculizar la reacción resultante creando formaldehído , aldehído y otros COV en el camino a una etapa final. Por lo tanto, el uso de dióxido de titanio y UVC requiere parámetros muy específicos para un resultado exitoso. El mecanismo de limpieza de UV es un proceso fotoquímico. Los contaminantes en el ambiente interior son casi completamente compuestos orgánicos basados en carbono, que se descomponen cuando se exponen a UV de alta intensidad a 240 a 280 nm. La radiación ultravioleta de onda corta puede destruir el ADN en microorganismos vivos. [105] La efectividad de UVC está directamente relacionada con la intensidad y el tiempo de exposición.
También se ha demostrado que la radiación UV reduce los contaminantes gaseosos como el monóxido de carbono y los COV . [106] [107] [108] 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 UV que funcione a 184 nm y pasándola sobre pentóxido de hierro para eliminar el ozono producido por la lámpara UV.
Las lámparas ultravioleta se utilizan para esterilizar los espacios de trabajo y las herramientas que se utilizan en los laboratorios de biología y en las instalaciones médicas. Las lámparas de vapor de mercurio de baja presión disponibles comercialmente emiten alrededor del 86% de su radiación a 254 nanómetros (nm), siendo 265 nm la curva de máxima eficacia germicida. Los rayos ultravioleta en estas longitudes de onda germicidas dañan el ADN/ARN de un microorganismo, de modo que no puede reproducirse, volviéndolo inofensivo (aunque el organismo no muera). [109] Dado que los microorganismos pueden protegerse de los rayos ultravioleta en pequeñas grietas y otras áreas sombreadas, estas lámparas se utilizan solo como complemento de otras técnicas de esterilización.
Los LED UVC son relativamente nuevos en el mercado comercial y están ganando popularidad. [ verificación fallida ] [110] 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 a lo largo del día. [111]
La desinfección con radiación ultravioleta se utiliza habitualmente en aplicaciones de tratamiento de aguas residuales y cada vez se utiliza más en el tratamiento de agua potable municipal . Muchos embotelladores de agua de manantial utilizan equipos de desinfección ultravioleta para esterilizar el agua. Se ha investigado la desinfección solar del agua [112] para tratar de forma económica el agua contaminada utilizando luz solar natural . La irradiación UVA y el aumento de la temperatura del agua matan los organismos presentes en el agua.
La radiación ultravioleta se utiliza en varios procesos alimentarios para matar microorganismos no deseados . La luz ultravioleta se puede utilizar para pasteurizar jugos de frutas al hacer fluir el jugo sobre una fuente de luz ultravioleta de alta intensidad. La eficacia de este proceso depende de la absorción de rayos ultravioleta del jugo.
La luz pulsada (PL) es una técnica para matar microorganismos en superficies mediante pulsos de un espectro amplio e intenso, rico en UVC entre 200 y 280 nm . La luz pulsada funciona con lámparas de destello de xenón que pueden producir destellos varias veces por segundo. Los robots de desinfección utilizan UV pulsada. [113]
La eficacia antimicrobiana de la luz UVC lejana filtrada (222 nm) sobre una variedad de patógenos, incluidas bacterias y hongos, mostró inhibición del crecimiento de patógenos y, dado que tiene efectos menos nocivos, proporciona información esencial para una desinfección confiable en entornos de atención médica, como hospitales y hogares de cuidados a largo plazo. [114] También se ha demostrado que la UVC es eficaz para degradar el virus SARS-CoV-2. [115]
Algunos animales, incluidos los pájaros, los reptiles y los insectos como las abejas, pueden ver longitudes de onda cercanas al ultravioleta. Muchas frutas, flores y semillas se destacan más del fondo en longitudes de onda ultravioleta en comparación con la visión de color humana. Los escorpiones brillan o adquieren un color entre amarillo y verde bajo la iluminación ultravioleta, lo que ayuda a controlar a 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 de control de plagas pueden detectar los rastros de orina de los roedores para tratar adecuadamente las viviendas infestadas.
Las mariposas utilizan la luz ultravioleta como sistema de comunicación para reconocer el sexo y el comportamiento de apareamiento. Por ejemplo, en la mariposa Colias eurytheme , los machos se basan en 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 la luz ultravioleta de las alas traseras de las hembras. [116] En las mariposas Pieris napi se demostró que las hembras del norte de Finlandia, con menos radiación ultravioleta presente en el entorno, poseían señales ultravioleta más fuertes para atraer a sus machos que las que se encontraban más al sur. Esto sugirió que era evolutivamente más difícil aumentar la sensibilidad ultravioleta de los ojos de los machos que aumentar las señales ultravioleta emitidas por las hembras. [117]
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 acabará atrayendo al insecto volador.
La proteína fluorescente verde (GFP) se utiliza a menudo en genética como marcador. Muchas sustancias, como las proteínas, tienen bandas de absorción de luz significativas en el ultravioleta que son de interés en bioquímica y campos relacionados. Los espectrofotómetros con capacidad UV son comunes en dichos laboratorios.
Las trampas ultravioleta, llamadas "bug zappers", se utilizan para eliminar diversos insectos voladores pequeños. Estos son atraídos por los rayos ultravioleta 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 los estudios de prospección 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, cuando la piel está hiperfotosensible, mediante la toma de psoralenos es un tratamiento eficaz para la psoriasis . Debido al potencial de los psoralenos de causar daños al hígado , la terapia PUVA puede utilizarse solo una cantidad limitada de veces a lo largo de la vida de un paciente.
La fototerapia con UVB no requiere medicamentos adicionales ni preparaciones tópicas para obtener beneficios terapéuticos; solo se necesita la exposición. Sin embargo, la fototerapia puede ser eficaz cuando se utiliza junto con ciertos tratamientos tópicos como antralina, alquitrán de hulla y derivados de las vitaminas A y D, o tratamientos sistémicos como metotrexato y Soriatane . [118]
Los reptiles necesitan la radiación UVB para la biosíntesis de la vitamina D y otros procesos metabólicos. [119] Específicamente, el colecalciferol (vitamina D3), que es necesario para el funcionamiento celular y neuronal básico, así como para la utilización del calcio para la producción de huesos y huevos. [ cita requerida ] La longitud de onda de los rayos 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 requerida ] Por lo tanto, en un recinto típico de reptiles, debe estar disponible una fuente de rayos UV a/b fluorescentes (con la intensidad y el espectro adecuados para la especie) para que muchas [ ¿cuáles? ] especies cautivas sobrevivan. La simple suplementación con colecalciferol (vitamina D3) no será suficiente, ya que existe una ruta biosintética completa [ ¿cuáles? ] que se "salta" (riesgos de posibles sobredosis), las moléculas intermedias y los metabolitos [ ¿cuáles? ] también desempeñan funciones importantes en la salud de los animales. [ cita requerida ] La luz solar natural en los niveles adecuados siempre será superior a las fuentes artificiales, pero esto podría no ser posible para los cuidadores en diferentes partes del mundo. [ cita requerida ]
Es un problema conocido que los altos niveles de emisión de la parte UVa del espectro pueden causar daños celulares y del 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 la colocación de la fotoqueratitis . [ cita requerida ] Para muchos cuidadores también debe haber una provisión para una fuente de calor adecuada, esto ha dado lugar a la comercialización de productos "combinados" de calor y luz. [ cita requerida ] 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 son fijos y difíciles de controlar para que los animales puedan satisfacer sus necesidades. [ cita requerida ] 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. [ 120 ]
La evolución de las primeras proteínas y enzimas reproductivas se atribuye en los modelos modernos de la teoría evolutiva a la radiación ultravioleta. La radiación ultravioleta B hace que los pares de bases de timina que se encuentran uno al lado del otro en las secuencias genéticas se unan para formar 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 , que generalmente mata a la célula. Antes de la formación de la capa de ozono que bloquea los rayos ultravioleta, cuando los primeros procariotas se acercaban a la superficie del océano, casi invariablemente morían. Los pocos que sobrevivieron habían desarrollado enzimas que monitoreaban el material genético y eliminaban los dímeros de timina mediante enzimas de reparación por escisión de nucleótidos . Muchas enzimas y proteínas involucradas en la mitosis y la meiosis modernas son similares a las enzimas de reparación, y se cree que son modificaciones evolucionadas de las enzimas utilizadas originalmente para superar los daños del ADN causados por los rayos ultravioleta. [121]
La fotobiología es el estudio científico de las interacciones beneficiosas y perjudiciales de la radiación no ionizante en los organismos vivos, delimitada convencionalmente alrededor de los 10 eV, la primera energía de ionización del oxígeno. La radiación ultravioleta tiene una energía que oscila aproximadamente entre los 3 y los 30 eV. Por lo tanto, la fotobiología estudia parte del espectro ultravioleta, 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