Radiación ultravioleta - Sus atributos y beneficios

Una breve historia

El físico alemán Johann Wilhelm Ritter descubre la radiación UV en 1801. Observó un oscurecimiento acelerado del papel empapado en cloruro de plata cuando se exponía a rayos invisibles justo más allá del espectro visible en el extremo violeta. Para distinguir estos rayos de los "rayos de calor" (IR) descubiertos el año anterior en el otro extremo del espectro visible, llamó a la radiación UV "rayos oxidantes", lo que enfatizaba la reactividad química que observaba. Este término fue rápidamente sustituido por el de "rayos químicos", que siguió siendo popular durante el resto del siglo^XIX. Con el tiempo, los términos químico y rayo de calor fueron sustituidos por las denominaciones ahora comunes de ultravioleta e infrarrojo, respectivamente.

¿Qué es la radiación UV?

En el espectro electromagnético, la radiación ultravioleta (UV) se clasifica con una longitud de onda de 100 nm a 400 nm. Estas longitudes de onda son más cortas que las de la luz visible y más largas que las de los rayos X. Existen tres clasificaciones de la luz UV: La UVA tiene longitudes de onda entre 315 y 400 nm, la UVB tiene longitudes de onda entre 280 y 315 nm, y la UVC tiene longitudes de onda entre 100 y 280 nm.

Figura 1: Las longitudes de onda ultravioleta son las que están inmediatamente por debajo de lo que puede ver el ojo humano. (Imagen cortesía de W.S. Badger Empresa, Inc.)

Nuestro sol emite radiación ultravioleta en el espectro de 100 a 400 nm. En el borde de la atmósfera terrestre, la luz solar se compone aproximadamente de un 50% de infrarrojos (IR), un 40% de luz visible y un 10% de luz ultravioleta. Cuando llega a la superficie de la Tierra, con el sol en su punto más alto, la composición de la luz solar es de un 53% de infrarrojos, un 44% de visibles y un 3% de ultravioletas. De este 3% de UV que llega al suelo, aproximadamente el 95% es UVA y el 5% es UVB. Por supuesto, estos porcentajes varían un poco con la nubosidad y otras condiciones atmosféricas.

Gran parte de las longitudes de onda de los rayos UVC son absorbidas por el oxígeno de la atmósfera superior, lo que genera ozono en la capa de ozono. La capa de ozono bloquea la mayor parte de los UVB y el resto de los UVC que no son absorbidos por el oxígeno.

Emisores artificiales de UV

El sol no es la única fuente de radiación UV. Hay varios dispositivos fabricados por el hombre que también generan estas ondas.

Luces negras

Los generadores de UV más conocidos por la gente son las luces negras (Figura 2). Las típicas lámparas de luz negra emiten ondas UVA con muy poca luz visible. Por ejemplo, las luces negras fluorescentes utilizan un recubrimiento de fósforo en el interior del tubo de vidrio para emitir ondas UVA en lugar de luz visible. Las luces negras de vapor de mercurio más potentes utilizan el mismo principio para emitir radiación UVA a mayor escala, principalmente para pantallas de conciertos y teatros.

Figura 2: Las luces negras fluorescentes típicas emiten ondas UVA

Las principales aplicaciones de las luces negras son aquellas en las que no es deseable una luz visible extraña, al tiempo que se observa la fluorescencia resultante que se produce al exponer ciertas sustancias a la luz ultravioleta.

Lámparas UV de onda corta

Las lámparas UV de onda corta consisten en tubos de lámparas fluorescentes sin revestimiento de fósforo. La luz ultravioleta con picos a 253.7 nm y 185 nm, ambos en la banda UVC, se emite principalmente debido al mercurio del tubo. Sin embargo, sólo la radiación de 253.7 nm atraviesa el tubo de vidrio de cuarzo fundido, mientras que la longitud de onda de 185 nm queda completamente bloqueada. La eficacia típica de estas lámparas es del 30% al 40% y su potencia UVC es de dos a tres veces superior a la de las lámparas fluorescentes convencionales.

La principal aplicación de estas lámparas es la desinfección de superficies de laboratorio, superficies de procesamiento de alimentos y suministros de agua.

Lámparas UV de descarga de gas

Las lámparas de descarga de gas contienen diferentes gases elegidos para producir radiación UV en líneas espectrales específicas se utilizan en aplicaciones científicas especializadas. El principal uso de estas lámparas es en los equipos de espectroscopia UV utilizados en el análisis químico.

Láseres

Los láseres pueden fabricarse específicamente para producir luz ultravioleta. Dependiendo de la tecnología láser (láseres de gas, diodos láser o láseres de estado sólido) y de los materiales utilizados, los láseres pueden cubrir toda la banda UV.

Hay muchas aplicaciones para los láseres UV, como el grabado por láser, la dermatología, la queratectomía, la química, las comunicaciones, el almacenamiento óptico y la fabricación de circuitos integrados.

Diodos emisores de luz

Los diodos emisores de luz (LED) se fabrican específicamente para producir luz ultravioleta. Estos dispositivos se utilizan actualmente en aplicaciones de curado UV, esterilización, terapia de la piel y en química para identificar mezclas de componentes.

Problemas de salud

La radiación UV tiene un impacto en la salud humana, tanto beneficioso como perjudicial. Una exposición excesiva puede ser perjudicial, mientras que una exposición moderada tiene efectos beneficiosos.

Efectos nocivos

La exposición excesiva a la radiación UV(los LED UVA están disponibles en DigiKey) tiene el potencial de causar efectos dañinos para los ojos, la piel y el sistema inmunológico.

La radiación UVA causa poca o ninguna reacción inmediata, pero en las longitudes de onda cercanas al inicio de la banda UVB (315 nm), comienzan a producirse fotoqueratitis (una condición ocular dolorosa) y enrojecimiento de la piel (la piel más clara es más sensible), con un daño que aumenta rápidamente a medida que las longitudes de onda se acercan a los 300 nm. Los rayos UV en el rango de 265 nm a 275 nm, en la banda UVC, son los más dañinos para los ojos y la piel.

La sobreexposición a los rayos UVB no sólo puede causar quemaduras solares, sino que también es responsable de algunas formas de cáncer de piel.

Efectos beneficiosos

A pesar de lo malo que puede ser la sobreexposición a los rayos UV, hay beneficios para la salud si uno puede moderar su exposición a los rayos UV. Los tres principales beneficios para la salud de la exposición a los rayos ultravioleta son la producción de vitamina P, la mejora del estado de ánimo y el aumento de la energía.

Vitamina P

La exposición moderada a la radiación ultravioleta es una buena fuente de vitamina P. Esta vitamina contribuye a la regulación del metabolismo del calcio, la secreción de insulina, la presión arterial, la inmunidad y la propagación celular. Los niveles más elevados de vitamina P se han correlacionado con tasas más bajas de enfermedades cardíacas, derrames cerebrales y diabetes, junto con una tendencia a la reducción de la presión arterial.

Condiciones de la piel

Hay ciertas afecciones de la piel que pueden tratarse con la radiación UV. Con la fototerapia moderna, ahora es posible tratar con éxito el eczema, la dermatitis, el raquitismo, la esclerodermia atópica y localizada, la ictericia, la psoriasis y el vitíligo.

Cardiovascular e hipertensión

Se ha demostrado que la exposición a los rayos UVB puede reducir la presión arterial de los pacientes con hipertensión y carencia de vitamina D. Otros ensayos y estudios médicos han demostrado que la radiación ultravioleta, independientemente de la vitamina D, tiene beneficios mensurables para la salud.

Serotonina

La creación de serotonina es promovida por la vitamina P y su producción es directamente proporcional a la exposición del cuerpo a la radiación UV. Los cambios en el nivel de serotonina afectan al estado de ánimo y al comportamiento. Su efecto exacto en el cuerpo humano no se conoce del todo, pero se cree que la serotonina proporciona sensaciones de bienestar, serenidad y felicidad.

Melanina

La exposición moderada a los rayos UV aumenta la cantidad de melanina, el pigmento marrón, en la piel (también conocido como bronceado). La melanina absorbe las radiaciones UVA y UVB y las disipa en forma de calor. Esto protege la piel de los daños directos e indirectos del ADN.

Aplicaciones

Existen varias aplicaciones que aprovechan las propiedades de la radiación UV y proporcionan muchos beneficios para la salud y el bienestar de las personas. La capacidad de las ondas UV para eliminar los microbios y los contaminantes es el principal uso actual.

Purificación del aire

Los contaminantes ambientales de interiores son en su mayoría compuestos orgánicos a base de carbono que se descomponen con la exposición a UVC de alta intensidad en el rango de 240 nm a 280 nm. También puede destruir el ADN de los microorganismos. Por lo tanto, hacer pasar el aire por un emisor UVC, como el LED UVC TUD7MF1B de SETi/Seoul Viosys (Figura 3), puede ayudar a purificar el aire dentro de la habitación en la que se encuentra. Este LED UVC de 275 nm (nominal) está disponible como unidad de placa estrella con una salida radiante típica de 11.5 mW, adecuada para muchas aplicaciones diferentes, incluida la purificación del aire.

Figura 3: Este LED UVC de SETi/Seoul Viosys está disponible como unidad de placa en estrella para simplificar la ingeniería térmica. (Imagen cortesía de SETi/Seoul Viosys)

Esterilización y desinfección

Los LED UVC también pueden utilizarse para una variedad de aplicaciones de esterilización y desinfección. En los laboratorios de medicina y biología, la radiación UVC se utiliza, junto con otras técnicas, para esterilizar las herramientas y las superficies de trabajo.

Otras aplicaciones habituales de la radiación UVC son el tratamiento de las aguas residuales y del agua potable municipal. Incluso los embotelladores de agua de manantial la utilizan para esterilizar su producto. Además, la radiación UVC se utiliza para matar microorganismos en la industria alimentaria. Por ejemplo, los zumos de fruta pueden pasteurizarse mediante UVC al pasar por una fuente.

Terapia

La radiación UV no sólo es útil para la purificación y la esterilización, sino que también es una ayuda para el tratamiento de la piel en afecciones como la psoriasis y el vitíligo (una enfermedad en la que las manchas de la piel pierden pigmentación). En este caso, no son las ondas UVC, sino las UVB las que resultan útiles. En este caso, los LED UVB son ideales para esta aplicación. Estos dispositivos de 280 nm a 315 nm pueden ser la base sobre la que se diseñan los dispositivos de terapia cutánea. Estos dispositivos están disponibles en una variedad de opciones de montaje y salida radiante.

Conclusión:

La radiación UV tiene efectos tanto perjudiciales como beneficiosos para el ser humano. Con un diseño adecuado, los atributos beneficiosos de las ondas UVB y UVC pueden aprovecharse tanto para protegernos de las infecciones como para tratar determinadas afecciones de la piel. Para ello, DigiKey ofrece LED UV que son ideales para estas aplicaciones y son más fáciles de diseñar que otras fuentes UV.