Ultravioleta
Ultravioleta (UV) es una forma de radiación electromagnética con una longitud de onda de 10 nm (con una frecuencia correspondiente alrededor de 30 PHz) a 400 nm (750 THz), más corta que el de la luz visible, pero más largo 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 es producido por arcos eléctricos, radiación de Cherenkov y luces especializadas, como lámparas de vapor de mercurio, lámparas de bronceado y luces negras. Aunque el ultravioleta de longitud de onda larga no se considera una radiación ionizante porque sus fotones carecen de la energía para ionizar los átomos, puede causar reacciones químicas y hace 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 la absorción o el ajuste de los estados de energía en las moléculas, pero no implican necesariamente el calentamiento.
La luz ultravioleta 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 sustentar la vida en tierra firme si la atmósfera no filtrara la mayor parte de esa luz. Más enérgico, de longitud de onda más corta "extremo" Los rayos UV por debajo de 121 nm ionizan el aire con tanta fuerza que se absorbe antes de que llegue al suelo. 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. El espectro UV, por tanto, tiene efectos tanto beneficiosos como perjudiciales para la vida.
El límite inferior de longitud de onda de la visión humana se toma convencionalmente como 400 nm, por lo que los rayos ultravioleta son invisibles para los humanos, aunque a veces las personas pueden percibir la luz en longitudes de onda más cortas que esta. Los insectos, las aves y algunos mamíferos pueden ver el UV cercano (NUV) (es decir, longitudes de onda ligeramente más cortas que las que pueden ver los humanos).
Visibilidad
Los rayos ultravioleta son 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. Los humanos también carecen de adaptaciones del receptor de color para los rayos ultravioleta. Sin embargo, los fotorreceptores de la retina son sensibles a la luz ultravioleta cercana, y las personas que carecen de cristalino (una afección conocida como afaquia) perciben la luz ultravioleta cercana como azul blanquecina o violeta blanquecina. En algunas condiciones, los niños y los adultos jóvenes pueden ver el ultravioleta hasta longitudes de onda de alrededor de 310 nm. 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 de los ojos que transmiten más rayos UV, les da a las aves más pequeñas "verdadero" visión ultravioleta.
Historia y descubrimiento
"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.
La radiación ultravioleta se descubrió 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" (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 visible espectro. 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"). Los términos "rayos químicos" y "rayos de calor" finalmente se abandonaron en favor de la radiación ultravioleta e infrarroja, respectivamente. En 1878, se descubrió el efecto esterilizante de la luz de longitud de onda corta al matar las bacterias. En 1903, se sabía que las longitudes de onda más efectivas estaban alrededor de los 250 nm. En 1960 se estableció el efecto de la radiación ultravioleta sobre el ADN.
El descubrimiento de la radiación ultravioleta con longitudes de onda inferiores a 200 nm, denominada "ultravioleta de vacío" debido a que es fuertemente absorbido por el oxígeno del aire, fue realizado en 1893 por el físico alemán Victor Schumann.
Subtipos
El espectro electromagnético de la radiación ultravioleta (UVR), definido más ampliamente como 10 a 400 nanómetros, se puede subdividir en una serie de rangos recomendados por la norma ISO ISO 21348:
| Nombre | Abreviatura | Wavelength nm) | Energía de fotones (eV, aJ) | Notas/nombres alternativos |
|---|---|---|---|---|
| Ultravioleta A | UV‐A | 315–400 | 3.10 a 3,94,0,497 a 0,631 | UV de onda larga, luz negra, no absorbida por la capa de ozono: UV suave. |
| Ultravioleta B | UV-B | 280 a 315 | 3.94–4.43,0.631–0.710 | UV de onda media, absorbida principalmente por la capa de ozono: UV intermedia; radiación Dorno. |
| Ultravioleta C | UV-C | 100–280 | 4.43–12,4 0,710–1.987 | UV de onda corta, UV germicida, radiación ionizante a longitudes de onda más cortas, completamente absorbida por la capa de ozono y la atmósfera: UV duro. |
| Cerca de ultravioleta | N‐UV | 300 a 400 | 3.10–4.13,0.497–0.662 | Visible a aves, insectos y peces. |
| Medio ultravioleta | M‐UV | 200 a 300 | 4.13–6.20,0.662–0.993 | |
| ultravioleta | F‐UV | 122 a 200 | 6.20–10.16,0.993–1.628 | Radiación ionizante en longitudes de onda más cortas. |
| Hidrogen Lyman-alpha | H Lyman‐α | 121–122 | 10.16 a 10,25,1.628 a 1,642 | Línea espectral a 121.6 nm, 10.20 eV. |
| Extremo ultravioleta | E‐UV | 10–121 | 10.25–124,1.642–19.867 | La radiación ionizante enteramente por algunas definiciones; completamente absorbida por la atmósfera. |
| Vacuo ultravioleta | V-UV | 100–200 | 6.20–124,0,993–19,867 | Fuertemente absorbida por oxígeno atmosférico, aunque las longitudes de onda de 150–200 nm pueden propagarse a través del nitrógeno. |
Se han explorado varios dispositivos de estado sólido y de vacío para su uso en diferentes partes del espectro UV. Muchos enfoques buscan adaptar los dispositivos de detección de luz visible, pero estos pueden sufrir una respuesta no deseada a la luz visible y diversas inestabilidades. El ultravioleta se puede detectar mediante fotodiodos y fotocátodos adecuados, que se pueden adaptar para que sean sensibles a diferentes partes del espectro ultravioleta. Se encuentran 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.
Las longitudes de onda de los rayos ultravioleta del vacío o VUV (menores 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. Los instrumentos científicos pueden, por lo tanto, utilizar este rango espectral operando en una atmósfera libre de oxígeno (comúnmente nitrógeno puro), sin necesidad de costosas cámaras de vacío. Los ejemplos significativos 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 usar para eliminar la luz visible no deseada que contamina el VUV, en general; los detectores pueden estar limitados por su respuesta a la radiación que no es VUV, y el desarrollo de dispositivos ciegos a la luz solar ha sido un área importante de investigación. Los dispositivos de estado sólido de espacio amplio o los dispositivos de vacío con fotocátodos de corte alto pueden ser atractivos en comparación con los diodos de silicio.
La radiación ultravioleta extrema (EUV o, a veces, XUV) se caracteriza por una transición en la física de la 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 se establece mediante una línea espectral He+ prominente a 30,4 nm. 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 iniciada por los cohetes de sondeo NIXT y MSSTA en la década de 1990, y se ha utilizado para fabricar telescopios para imágenes solares. Ver también el satélite Extreme Ultraviolet Explorer.
Algunas fuentes utilizan la distinción de "UV fuerte" y "suave UV". Por ejemplo, en el caso de la astrofísica, el límite puede estar en el límite de Lyman (longitud de onda 91,2 nm), con "UV fuerte" ser más enérgico; los mismos términos también pueden usarse en otros campos, como cosmetología, 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 usó un límite de 190 nm entre las regiones UV duras y blandas.
Ultravioleta solar
Los objetos muy calientes emiten radiación UV (ver radiación de cuerpo negro). El Sol emite radiación ultravioleta en todas las longitudes de onda, incluido el ultravioleta extremo 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 UV que el Sol. La luz solar en el espacio en la parte superior de la atmósfera de la Tierra (ver la constante solar) se compone de aproximadamente un 50 % de luz infrarroja, un 40 % de luz visible y un 10 % de luz ultravioleta, con una intensidad total de aproximadamente 1400 W/m2 en el vacío.
La atmósfera bloquea alrededor del 77 % de los rayos UV del Sol, cuando el Sol está más alto en el cielo (en el cenit), y la absorción aumenta a longitudes de onda UV más cortas. A nivel del suelo con el sol en el cenit, la luz del sol es 44% luz visible, 3% ultravioleta y el resto infrarrojo. De la radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra, más del 95 % son las longitudes de onda más largas de los rayos UVA, con un pequeño resto UVB. Casi ningún UVC llega a la superficie de la Tierra. La fracción de UVB que permanece en la radiación UV después de atravesar la atmósfera depende en gran medida de la cobertura de nubes y de las condiciones atmosféricas. En "parcialmente nublado" días, 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. UVB también juega un papel importante en el desarrollo de las plantas, ya que afecta a la mayoría de las hormonas vegetales. Durante la nubosidad total, la cantidad de absorción debida a las nubes depende en gran medida del grosor de las nubes y la latitud, sin mediciones claras que correlacionen el grosor específico y la absorción de UVB.
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 el 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 aún no están bloqueados por el oxígeno común en el aire.
Bloqueadores, absorbentes y ventanas
Los absorbentes ultravioleta son moléculas que se utilizan en materiales orgánicos (polímeros, pinturas, etc.) para absorber la radiación UV y reducir la degradación UV (fotooxidación) de un material. Los absorbentes pueden degradarse con el tiempo, por lo que es necesario monitorear los niveles de absorbente en los materiales erosionados.
En los protectores solares, los ingredientes que absorben los rayos UVA/UVB, como la avobenzona, la oxibenzona y el metoxicinamato de octilo, son absorbentes químicos orgánicos o "bloqueadores". Se contrastan con absorbentes inorgánicos/"bloqueadores" de la radiación ultravioleta, como el negro de humo, 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 los protectores solares. Las telas de verano estándar tienen UPF alrededor de 6, lo que significa que alrededor del 20% de los rayos UV pasarán.
Las nanopartículas suspendidas en las vidrieras evitan que los rayos UV provoquen reacciones químicas que cambien los colores de la imagen. Se planea usar un conjunto de chips de referencia de color de vidrieras para calibrar las cámaras a color para la misión del rover a Marte de la ESA en 2019, ya que no se desvanecerán debido al alto nivel de UV presente en la superficie de Marte.
El vidrio de soda y cal común, como el vidrio de una ventana, es parcialmente transparente a los rayos UVA, pero es opaco a longitudes de onda más cortas y deja pasar alrededor del 90 % de la luz por encima de 350 nm, pero bloquea más del 90 % de la luz por debajo de 300 nm. Un estudio encontró que las ventanas de los automóviles dejan pasar entre el 3 y el 4 % de los rayos UV ambientales, especialmente si los rayos UV superan los 380 nm. Otros tipos de ventanas de automóviles pueden reducir la transmisión de UV que es mayor a 335 nm. El cuarzo fundido, dependiendo de la calidad, puede ser transparente incluso para aspirar longitudes de onda UV. El cuarzo cristalino y algunos cristales como CaF2 y MgF2 se transmiten bien hasta longitudes de onda de 150 nm o 160 nm.
El vidrio de Wood es un vidrio de silicato de sodio y bario azul violeta intenso con aproximadamente un 9 % de óxido de níquel desarrollado durante la Primera Guerra Mundial para bloquear la luz visible para las comunicaciones encubiertas. Permite comunicaciones infrarrojas diurnas y ultravioletas nocturnas al ser transparente entre 320 nm y 400 nm y también las longitudes de onda rojas infrarrojas más largas y apenas visibles. Su máxima transmisión UV es de 365 nm, una de las longitudes de onda de las lámparas de mercurio.
Fuentes artificiales
"Luces negras"
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 usan un filtro óptico de vidrio de Wood's de color púrpura azulado intenso que bloquea casi toda la luz visible con longitudes de onda superiores a 400 nanómetros. El brillo púrpura que emiten estos tubos no es el ultravioleta en sí mismo, sino la luz púrpura visible de la línea espectral de 404 nm del mercurio que escapa de ser filtrada por el revestimiento. Otras luces negras usan vidrio simple en lugar del vidrio de madera más caro, por lo que aparecen de color azul claro a la vista cuando están en funcionamiento.
También se producen luces negras incandescentes, usando una capa de filtro en la envoltura de una bombilla incandescente que absorbe la luz visible (ver la sección a continuación). Estos son más baratos pero muy ineficientes, ya que emiten solo una pequeña fracción de un porcentaje de su energía como UV. Las luces negras de vapor de mercurio en clasificaciones de hasta 1 kW con fósforo que emite UV y una cubierta de vidrio de Wood's se utilizan para exhibiciones teatrales y de conciertos.
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 emiten muchas sustancias cuando se exponen a la luz ultravioleta. Las bombillas emisoras de UV‑A/UV‑B también se venden para otros fines especiales, como lámparas de bronceado y cría de reptiles.
Lámparas ultravioleta de onda corta
Las lámparas UV de onda corta se fabrican con un tubo de lámpara fluorescente sin recubrimiento de fósforo, compuesto de cuarzo fundido o vycor, ya que el vidrio normal 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 la radiación ultravioleta producida por estas lámparas es de 253,7 nm, mientras que solo del 5 % al 10 % es de 185 nm. El tubo de cuarzo fundido deja pasar la radiación de 253,7 nm pero bloquea la longitud de onda de 185 nm. Dichos 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 watts de electricidad consumidos por la lámpara, producirán aproximadamente 30 a 40 watts de salida UV total. También emiten luz visible de color blanco azulado, debido a las otras líneas espectrales del mercurio. Estos "germicidas" Las lámparas se utilizan ampliamente para la desinfección de superficies en laboratorios e industrias de procesamiento de alimentos, y para desinfectar suministros de agua.
Lámparas incandescentes
'Luz negra' Las lámparas incandescentes también están hechas de una bombilla de luz 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 ultravioleta cercano, de 400 a 300 nm, en algunos instrumentos científicos. Debido a su espectro de cuerpo negro, una bombilla de luz de filamento es una fuente ultravioleta muy ineficiente, ya que emite solo una fracción del uno por ciento de su energía como UV.
Lámparas de descarga de gas
Las lámparas de descarga de gas ultravioleta especializadas que contienen diferentes gases producen radiación ultravioleta en líneas espectrales particulares 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. Estas son a menudo las fuentes de emisión en los equipos de espectroscopia UV para análisis químico.
Otras fuentes 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.
La lámpara excimer, una fuente UV desarrollada a principios de la década de 2000, se usa cada vez más 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 ultravioleta de vacío.
LED ultravioleta
Los diodos emisores de luz (LED) se pueden fabricar para emitir radiación en el rango ultravioleta. En 2019, luego de avances significativos durante los cinco años anteriores, estaban disponibles los LED UV-A de 365 nm y longitudes de onda más largas, con eficiencias del 50 % a una salida de 1,0 W. Actualmente, los tipos más comunes de LED UV se encuentran en 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 tanto en longitudes de onda más altas como más bajas.
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 más profundos en el espectro no emiten tanta luz visible 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 potencia cercanas a los 3 W/cm2 (30 kW/m2), y esto, junto con los desarrollos recientes de los formuladores de fotoiniciadores y resinas, hace que la Es probable la expansión de los materiales UV curados con LED.
Los LED UV‑C se están desarrollando rápidamente, pero es posible que sea necesario realizar pruebas para verificar que la desinfección sea efectiva. Las menciones para la desinfección de áreas grandes son para fuentes UV no LED conocidas como lámparas germicidas. Además, se utilizan como fuentes de línea para reemplazar las lámparas de deuterio en los instrumentos de cromatografía líquida.
Láseres ultravioleta
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 las moléculas de nitrógeno para emitir un haz que es principalmente UV. Las líneas ultravioleta más fuertes están a 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 excímeros de fluoruro de argón UV que funcionan a 193 nm se utilizan habitualmente en la producción de circuitos integrados mediante fotolitografía. El límite de longitud de onda actual de producción de UV coherente es de aproximadamente 126 nm, característico del láser excimer Ar2*.
Los diodos láser emisores de UV directos están disponibles a 375 nm. 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. 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.
Ultravioleta de vacío sintonizable (VUV)
La banda ultravioleta de vacío (V-UV) (100-200 nm) puede generarse mediante la 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 generalmente se realiza en gases (p. ej., criptón, hidrógeno, que son dos fotones resonantes cerca de 193 nm) o vapores metálicos (p. ej., magnesio). Al hacer sintonizable uno de los láseres, se puede sintonizar el V-UV. Si uno de los láseres resuena con una transición en el gas o el vapor, 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 sintonizable de la mezcla de 4 ondas. Mezcla de frecuencia de diferencia (es decir, f1 + f2 − f 3) como una ventaja sobre la mezcla de frecuencias de suma porque la coincidencia de fase puede proporcionar una mayor sintonía.
En particular, la diferencia de frecuencia que mezcla dos fotones de un láser excimer ArF (193 nm) con un láser sintonizable visible o cercano al IR en hidrógeno o criptón proporciona una V sintonizable resonantemente mejorada ‑Recubrimiento UV de 100 nm a 200 nm. En la práctica, la falta de materiales de ventana de celda de gas/vapor adecuados por encima de la longitud de onda de corte del fluoruro de litio limita el rango de sintonización a más de 110 nm. Se lograron longitudes de onda V-UV ajustables hasta 75 nm utilizando configuraciones sin ventanas.
Fuentes de plasma y sincrotrón de ultravioleta extremo
Los láseres se han utilizado para generar indirectamente radiación UV extrema no coherente (E‑UV) a 13,5 nm para 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 es excitado por un láser excimer. Esta técnica no requiere un sincrotrón, pero puede producir UV en el límite 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 rayos X y UV a 10 nm.
Efectos relacionados con la salud humana
El impacto de la radiación ultravioleta en la salud humana tiene implicaciones en los riesgos y beneficios de la exposición al sol y también está implicado en cuestiones como las lámparas fluorescentes y la salud. Exponerse demasiado al sol puede ser dañino, pero con moderación, la exposición al sol es beneficiosa.
Efectos beneficiosos
La luz UV (específicamente, UV‑B) hace que el cuerpo produzca vitamina D, que es esencial para la vida. Los humanos necesitan algo de radiación UV para mantener niveles adecuados de vitamina D. Según la Organización Mundial de la Salud:
No hay duda de que un poco de luz solar es bueno para usted! Pero 5–15 minutos de exposición casual al sol de manos, cara y brazos de dos a tres veces a la semana durante los meses de verano es suficiente para mantener los niveles de vitamina D altos.
La vitamina D también se puede obtener de los alimentos y los suplementos. Sin embargo, la exposición excesiva al sol produce efectos nocivos.
La vitamina D promueve la creación de serotonina. La producción de serotonina está en proporción directa con el grado de luz solar brillante que recibe el cuerpo. Se cree que la serotonina proporciona sensaciones de felicidad, bienestar y serenidad a los seres humanos.
Condiciones de la piel
Los rayos UV 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. 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. Como tal, la terapia con luz solar puede ser candidata 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 normal o necesario.
Efectos nocivos
En los seres humanos, la exposición excesiva a la radiación UV 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 áreas de latitudes altas donde la nieve cubre el suelo hasta principios del verano y las posiciones del sol, incluso en el cenit, son bajas, corren un riesgo particular. La piel, el sistema circadiano y el sistema inmunitario también pueden verse afectados.
Los efectos diferenciales de varias longitudes de onda de luz en la córnea y la piel humanas a veces se denominan "espectro de acción eritemal". 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 (las personas de piel más clara son más sensibles) en longitudes de onda que comienzan cerca del comienzo de la banda UVB a 315 nm y aumentan rápidamente a 300. Nuevo Méjico. La piel y los ojos son más sensibles al daño por UV a 265-275 nm, que se encuentra en la banda inferior de UV-C. En longitudes de onda de UV aún más cortas, el daño continúa ocurriendo, pero los efectos evidentes no son tan grandes con tan poca penetración en la atmósfera. El índice ultravioleta estándar de la OMS es una medida ampliamente publicitada de la fuerza total de las longitudes de onda UV que causan quemaduras solares en la piel humana, al ponderar 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 ocurren debido a los rayos UV en longitudes de onda cercanas al límite de las bandas UV-A y UV-B.
Daño en la piel
La sobreexposición a la radiación UV-B no solo puede causar quemaduras solares, sino también algunas formas de cáncer de piel. Sin embargo, el grado de enrojecimiento e irritación de los ojos (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.
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 de la piel, lo que puede causar más daños.
La radiación UVB puede causar daño directo al ADN. Esta conexión con el cáncer es un motivo de preocupación sobre el agotamiento de la capa de ozono y el agujero en 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 por la ausencia de una mutación de firma UV directa en el 92% de todos los melanomas. La sobreexposición ocasional y las quemaduras solares son probablemente factores de riesgo mayores para el melanoma que la exposición moderada a largo plazo. La UV-C es el tipo de radiación ultravioleta de mayor energía y más peligroso, y provoca efectos adversos que pueden ser mutagénicos o cancerígenos.
En el pasado, los rayos UV‑A se consideraban no dañinos o menos dañinos que los rayos UV‑B, pero hoy en día se sabe que contribuyen al cáncer de piel a través del daño indirecto al ADN (radicales libres como las especies reactivas del oxígeno). Los rayos UV‑A pueden generar productos químicos intermedios muy reactivos, como los radicales hidroxilo y oxígeno, que a su vez pueden dañar el ADN. El daño del ADN causado indirectamente en la piel por los rayos UV-A consiste principalmente en roturas de una sola hebra 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 la rotura del ADN de doble hebra. 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 en la piel.
Los fotones UVB pueden causar daño directo al ADN. La radiación UV-B excita las moléculas de ADN en las células de la piel, provocando 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. 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.
Como defensa contra la radiación UV, 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 UV y disipar la energía como calor inofensivo, protegiendo la piel contra el daño directo e indirecto del ADN por los rayos UV. UV-A da un bronceado rápido que dura días al oxidar la melanina que ya estaba presente y desencadena la liberación de la melanina de los melanocitos. Los rayos UV‑B producen un bronceado que tarda aproximadamente 2 días en desarrollarse porque estimulan al cuerpo a producir más melanina.
Debate sobre la seguridad de los protectores solares
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 la piel. Sin embargo, algunos productos químicos de protección solar producen sustancias potencialmente dañinas si se iluminan mientras están en contacto con células vivas. La cantidad de protector solar que penetra en las capas inferiores de la piel puede ser lo suficientemente grande como para causar daño.
El protector solar reduce el daño directo en el ADN que causa las quemaduras solares al bloquear los rayos UV-B, y la clasificación SPF habitual indica la eficacia con la que se bloquea esta radiación. Por lo tanto, SPF también se denomina UVB-PF, por "factor de protección UV‑B". Esta clasificación, sin embargo, no ofrece datos sobre la protección importante contra los rayos UVA, que no causan principalmente quemaduras solares, pero aún así son 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 que se encuentra en los usuarios de protector solar en comparación con los no usuarios. 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 excitado 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. 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, por sus siglas en inglés) dañinas en piel no tratada y en piel tratada con protector solar. En los primeros 20 minutos, la película de protección 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 fue tan alta que la cantidad de ROS fue mayor en la piel tratada con protector solar que en la piel sin tratar. El estudio indica que el protector solar debe volver a aplicarse dentro de las 2 horas para evitar que la luz ultravioleta penetre en las células vivas de la piel infundidas con protector solar.
Agravación de ciertas afecciones de la piel
La radiación ultravioleta puede agravar varias afecciones y enfermedades de la piel, incluido 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.
Daño ocular
El ojo es más sensible al daño causado por los rayos UV en la banda UV‑C más baja, entre 265 y 275 nm. La radiación de esta longitud de onda está casi ausente de la luz solar, pero se encuentra en las luces de arco de los soldadores y otras fuentes artificiales. La exposición a estos puede causar "destello del soldador" o "ojo de arco" (fotoqueratitis) y puede conducir a la formación de cataratas, pterigión y pinguécula. En menor medida, los rayos UV-B de 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.
Las gafas protectoras son beneficiosas para las personas expuestas a la radiación ultravioleta. Dado que la luz puede llegar a los ojos desde los lados, generalmente se justifica una protección ocular de cobertura completa si existe un mayor riesgo de exposición, como en el montañismo a gran altura. Los alpinistas están expuestos a niveles de radiación ultravioleta superiores a los normales, tanto porque hay menos filtración atmosférica como por el reflejo de la nieve y el hielo. Los anteojos ordinarios sin tratar brindan cierta protección. La mayoría de las lentes de plástico brindan más protección que las lentes de vidrio porque, como se mencionó 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 de lentes de plástico, como el policarbonato, bloquean inherentemente la mayoría de los rayos UV.
Degradación de polímeros, pigmentos y colorantes
La degradación UV es una forma de degradación de polímeros que afecta a los plásticos expuestos a la luz solar. El problema aparece 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 UV inhibe el efecto.
Los polímeros sensibles incluyen termoplásticos y fibras especiales como las aramidas. La absorción 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 que conserve 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 contra la luz solar y las bombillas fluorescentes, dos fuentes comunes de radiación UV. El vidrio de la ventana 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 enmarcar cuadros, incluidos acrílicos (plexiglás), laminados y revestimientos, ofrecen diferentes grados de protección UV (y luz visible).
Aplicaciones
Debido a su capacidad para provocar reacciones químicas y excitar la fluorescencia en los materiales, la radiación ultravioleta tiene varias aplicaciones. La siguiente tabla proporciona algunos usos de bandas de longitud de onda específicas en el espectro UV.
- 13.5 nm: Litografía ultravioleta extrema
- 30–200 nm: Fotoionización, espectroscopia fotoelectrónica ultravioleta, fabricación de circuito integrado estándar por fotolitografía
- 230–365 nm: UV-ID, seguimiento de etiquetas, códigos de barras
- 230–400 nm: Sensores ópticos, varios instrumentos
- 240–280 nm: Desinfección, descontaminación de superficies y agua (la absorción DNA tiene un pico a 260 nm), lámparas germicida
- 200–400 nm: Análisis forense, detección de drogas
- 270-360 nm: Análisis de proteínas, secuenciación de ADN, descubrimiento de drogas
- 280–400 nm: Imágenes médicas de células
- 300-320 nm: Terapia ligera en la medicina
- 300-365 nm: Curación de polímeros y tintas de impresora
- 350–370 nm: Error zappers (las moscas son más atraídas a la luz en 365 nm)
Fotografía
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 UV ligeramente amarillos se utilizan a menudo para la fotografía al aire libre para evitar el azulado no deseado y la sobreexposición a los rayos UV. Para fotografía en UV cercano, se pueden usar 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 la fotografía de luz ultravioleta cercana. Algunas cámaras están diseñadas para su uso en los rayos ultravioleta.
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.
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 UV lleguen a los telescopios en la superficie de la Tierra, la mayoría de las observaciones UV se realizan desde el espacio.
Industria eléctrica y electrónica
La descarga de corona en los aparatos eléctricos se puede detectar por sus emisiones ultravioleta. Corona provoca la degradación del aislamiento eléctrico y la emisión de ozono y óxido de nitrógeno.
Las EPROM (memoria programable borrable de solo lectura) se borran por la exposición a la radiación ultravioleta. Estos módulos tienen una ventana transparente (de cuarzo) en la parte superior del chip que permite la entrada de la radiación ultravioleta.
Usos de colorantes fluorescentes
Los tintes fluorescentes incoloros que emiten luz azul bajo los rayos ultravioleta se agregan como blanqueadores ópticos al papel y 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 la luz del día o para proporcionar efectos especiales cuando se iluminan con lámparas UV. Las pinturas de luz negra que contienen tintes que brillan bajo los rayos ultravioleta se utilizan en una serie de aplicaciones artísticas y estéticas.
Los parques de atracciones suelen utilizar iluminación ultravioleta para iluminar con fluorescencia 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 púrpura 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 multicolores fluorescentes que son visibles bajo la 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 lava fácilmente en un atacante rociado con pimienta, lo que ayudaría a la policía a identificar al atacante 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 llevados a defectos de ruptura de superficie por acción capilar (inspección de líquidos penetrantes) o pueden unirse a partículas de ferrita atrapadas en campos de fuga magnética en materiales ferrosos (inspección de partículas magnéticas).
Usos analíticos
Forense
UV es una herramienta de investigación en la escena del crimen útil para localizar e identificar fluidos corporales como semen, sangre y saliva. 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 deposite el fluido. La microespectroscopia UV-vis también se utiliza para analizar trazas de evidencia, como fibras textiles y fragmentos de pintura, así como documentos cuestionados.
Otras aplicaciones incluyen la autenticación de varios objetos de colección y arte, y la detección de moneda falsa. 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 la luz ultravioleta de onda corta en comparación con la luz ultravioleta de onda larga.
Mejora del contraste de la tinta
Usando 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 lo tanto, se puede encontrar la porción espectral óptima para distinguir la tinta del papel en la superficie del papiro.
Se pueden utilizar fuentes de NUV simples para resaltar la tinta a base de hierro descolorida sobre papel vitela.
Cumplimiento sanitario
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La luz ultravioleta ayuda a detectar los depósitos de material orgánico que quedan en las 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.
Los reportajes perennes de muchas organizaciones de noticias de televisión involucran a un reportero de investigación que utiliza un dispositivo similar para revelar las condiciones antihigiénicas en hoteles, baños públicos, pasamanos, etc.
Química
La espectroscopia UV/Vis se usa ampliamente como técnica en química para analizar la estructura química, siendo la más notable los sistemas conjugados. La radiación ultravioleta se usa a menudo para excitar una muestra dada donde 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 preocupación emergente en muestras de agua.
En las 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. La radiación ultravioleta puede detectar finos brillos de aceite derramado en el agua, ya sea por la alta reflectividad de las películas de aceite en las longitudes de onda UV, la fluorescencia de los compuestos en el aceite o por la absorción de los rayos UV creados por la dispersión Raman en el agua.
Las lámparas ultravioleta también se utilizan como parte del análisis de algunos minerales y gemas.
Usos de la ciencia de materiales
Detección de incendios
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 ardiendo, por ejemplo, irradia fuertemente en el rango de 185 a 260 nanómetros y muy débilmente en la región IR, mientras que un fuego de carbón emite muy débilmente en la banda UV pero muy fuerte 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 que solo tiene un detector UV. 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 'solar ciego', lo que significa que no activará 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 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 absorbentes de UV atenuará la radiación UV de un incendio, lo que afectará negativamente la capacidad del detector para detectar llamas. Asimismo, la presencia de una neblina de aceite en el aire o una película de aceite en la ventana del detector tendrá el mismo efecto.
Fotolitografía
La radiación ultravioleta se usa para la fotolitografía de resolución muy fina, un procedimiento en el que un químico llamado fotoprotector se expone a la radiación UV que ha pasado a través de una máscara. La exposición hace que se produzcan reacciones químicas en el fotoprotector. Después de eliminar la fotoprotección no deseada, queda en la muestra un patrón determinado por la máscara. Entonces se pueden tomar medidas para "grabar" eliminar, depositar o modificar de otro modo las áreas de la muestra donde no quede fotoprotector.
La fotolitografía se utiliza en la fabricación de semiconductores, componentes de circuitos integrados y placas de circuitos impresos. Los procesos de fotolitografía usados para fabricar circuitos electrónicos integrados actualmente usan UV de 193 nm y están usando experimentalmente UV de 13,5 nm para litografía ultravioleta extrema.
Polímeros
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 UV. Las ventajas son bajas emisiones de COV y 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, revestimientos de fibra óptica, revestimiento de suelos, revestimiento UV y acabados de papel en impresión offset, empastes dentales y 'geles' decorativos para uñas.
Las fuentes UV para aplicaciones de curado UV incluyen lámparas UV, LED UV y lámparas flash excimer. Los procesos rápidos, como la impresión flexográfica o offset, requieren una luz de alta intensidad enfocada a través de reflectores sobre un sustrato en movimiento y se utilizan bombillas a base de Hg (mercurio) o Fe (hierro, dopado) de presión media, energizadas con arcos eléctricos o microondas. Las lámparas fluorescentes de baja potencia y los LED se pueden utilizar 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 impacto de los rayos UV en 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 con ultravioleta al vacío.
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.
Usos relacionados con la biología
Purificación de aire
Usando 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 de dióxido de titanio y UVC no es un camino recto. 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 lo 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 en el ambiente interior son casi en su totalidad compuestos orgánicos a base de carbono, que se descomponen cuando se exponen a rayos ultravioleta de alta intensidad de 240 a 280 nm. La radiación ultravioleta de onda corta puede destruir el ADN de los microorganismos vivos. La eficacia de 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. Las lámparas UV que irradian a 184 y 254 nm pueden eliminar concentraciones bajas 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. Del mismo modo, el aire puede tratarse pasando por una sola fuente de UV que funcione a 184 nm y pasando sobre pentóxido de hierro para eliminar el ozono producido por la lámpara UV.
Esterilización y desinfección
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 alrededor del 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 para que no pueda reproducirse, haciéndolo inofensivo (aunque el organismo no muera). Dado que los microorganismos pueden protegerse de los rayos ultravioleta en pequeñas grietas y otras áreas sombreadas, estas lámparas se usan solo como complemento de otras técnicas de esterilización.
Los LED UV-C son relativamente nuevos en el mercado comercial y están ganando popularidad. Debido a su naturaleza monocromática (±5 nm), 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.
La desinfección con radiación ultravioleta se usa comúnmente en aplicaciones de tratamiento de aguas residuales y se está utilizando cada vez más 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 para tratar de forma económica el agua contaminada utilizando la luz solar natural. La radiación UV-A y el aumento de la temperatura del agua matan los organismos en el agua.
La radiación ultravioleta se utiliza en varios procesos alimentarios para matar microorganismos no deseados. La luz ultravioleta se puede usar para pasteurizar jugos de frutas haciendo fluir el jugo sobre una fuente ultravioleta de alta intensidad. La efectividad de tal proceso depende de la absorbancia UV del jugo.
La luz pulsada (PL) es una técnica de eliminación 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 UV pulsado.
Biológica
(feminine)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 del fondo en longitudes de onda ultravioleta en comparación con la visión del color humana. Los escorpiones brillan o adquieren un color amarillo a verde bajo la iluminación ultravioleta, lo que ayuda en el control de estos arácnidos. Muchas aves tienen patrones en su plumaje que son invisibles a las 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 rastros de orina de los roedores pueden ser detectados por los técnicos de control de plagas para el tratamiento adecuado de las viviendas infestadas.
Las mariposas utilizan los rayos ultravioleta como sistema de comunicación para el reconocimiento del sexo y el comportamiento de apareamiento. Por ejemplo, en la mariposa Colias eurytheme, los machos dependen de señales visuales para localizar e identificar a las hembras. En lugar de usar 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. En las mariposas Pieris napi se demostró que las hembras del norte de Finlandia con menos radiación ultravioleta presente en el ambiente poseían señales ultravioleta más fuertes para atraer a sus machos que las que se encuentran más al sur. Esto sugirió que era evolutivamente más difícil aumentar la sensibilidad UV de los ojos de los machos que aumentar las señales UV emitidas por las hembras.
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 usa 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 tales laboratorios.
Las trampas ultravioleta llamadas matamoscas se utilizan para eliminar varios insectos voladores pequeños. Son atraídos por los rayos ultravioleta y mueren con 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 reconocimiento de fauna.
Terapia
La radiación ultravioleta es útil en el tratamiento de enfermedades de la piel como la psoriasis y el vitíligo. La exposición a los rayos UVA, mientras que la piel es hiperfotosensible, al tomar psoralenos es un tratamiento eficaz para la psoriasis. Debido al potencial de los psoralenos para causar daño al hígado, la terapia PUVA puede usarse solo un número limitado de veces durante la vida del paciente.
La fototerapia UVB no requiere medicamentos adicionales ni preparaciones tópicas para el beneficio terapéutico; sólo se necesita la exposición. Sin embargo, la fototerapia puede ser efectiva cuando se usa junto con ciertos 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.
Herpetología
Los reptiles necesitan UVB para la biosíntesis de vitamina D y otros procesos metabólicos. Específicamente, el colecalciferol (vitamina D3), que es necesario para el funcionamiento celular/neuronal básico, así como para la utilización del calcio para la producción de huesos y huevos. La longitud de onda UVA también es visible para muchos reptiles y podría desempeñar un papel importante en su capacidad de supervivencia en la naturaleza, así como en la comunicación visual entre individuos. Por lo tanto, en un recinto típico de reptiles, debe haber disponible una fuente fluorescente UV a/b (con la potencia/espectro adecuado para la especie) para que muchas especies cautivas sobrevivan. La simple suplementación con colecalciferol (vitamina D3) no será suficiente, ya que existe una vía biosintética completa que es "avanzada" (riesgos de posibles sobredosis), las moléculas intermedias y los metabolitos también juegan funciones importantes en la salud de los animales. 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.
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 en los ojos, donde la ceguera es el resultado de un uso inadecuado de la fuente UVa/b. y fotoqueratitis por colocación. Para muchos propietarios, también debe haber una provisión para una fuente de calor adecuada, esto ha resultado en la comercialización de la "combinación" productos Los cuidadores deben tener cuidado con estas "combinación" Generadores de luz/calor y UVa/b, por lo general emiten altos niveles de UVa con niveles más bajos de UVb que se fijan y son difíciles de controlar para que los animales puedan satisfacer sus necesidades. Una mejor estrategia es usar fuentes individuales de estos elementos para que los cuidadores puedan colocarlos y controlarlos para el máximo beneficio de los animales.
Importancia evolutiva
La evolución de las proteínas y enzimas reproductivas tempranas se atribuye en los modelos modernos de la teoría evolutiva a la radiación ultravioleta. La UVB hace que los pares de bases de timina uno al lado del otro en secuencias genéticas se unan en dímeros de timina, una interrupción en la hebra que las enzimas reproductivas no pueden copiar. Esto conduce al 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 acercaron a la superficie del océano, casi invariablemente se extinguieron. 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 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.
Fotobiología
La fotobiología es el estudio científico de las interacciones beneficiosas y perjudiciales de las radiaciones no ionizantes en los organismos vivos, delimitadas convencionalmente en torno a 10 eV, la primera energía de ionización del oxígeno. UV varía aproximadamente de 3 a 30 eV en energía. Por lo tanto, la fotobiología contempla parte del espectro ultravioleta, pero no todo.
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