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Luz negra

Tubos fluorescentes de luz negra. El brillo violeta de una luz negra no es la luz ultravioleta en sí, sino luz visible que no es filtrada por el material filtrante de la envoltu...

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Tubos fluorescentes de luz negra. El brillo violeta de una luz negra no es la luz ultravioleta en sí, sino luz visible que no es filtrada por el material filtrante de la envoltura de vidrio.

Una luz negra , también llamada luz UV-A , lámpara de Wood o luz ultravioleta , es una lámpara que emite luz ultravioleta de onda larga ( UV-A ) y muy poca luz visible . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Un tipo de lámpara tiene un material de filtro violeta , ya sea en la bombilla o en un filtro de vidrio separado en la carcasa de la lámpara, que bloquea la mayor parte de la luz visible y permite el paso de la luz UV, [ 2 ] por lo que la lámpara tiene un tenue brillo violeta cuando está en funcionamiento. [ 4 ] [ 5 ] Las lámparas de luz negra que tienen este filtro tienen una designación de la industria de la iluminación que incluye las letras "BLB". [ 2 ] [ 4 ] Esto significa "luz negra azul". Un segundo tipo de lámpara produce luz ultravioleta pero no tiene el material de filtro, por lo que produce más luz visible y tiene un color azul cuando está en funcionamiento. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Estos tubos están hechos para usarse en trampas para insectos " bug zapper " y se identifican con la designación de la industria "BL". [ 4 ] [ 5 ] Esto significa "luz negra".

Las fuentes de luz negra pueden ser lámparas fluorescentes especialmente diseñadas , lámparas de vapor de mercurio , diodos emisores de luz (LED), láseres o lámparas incandescentes . En medicina , ciencias forenses y otros campos científicos, este tipo de fuente de luz se conoce como lámpara de Wood, en honor a Robert Williams Wood , inventor de los filtros UV de vidrio de Wood originales .

Aunque muchos otros tipos de lámparas emiten luz ultravioleta con luz visible, las luces negras son esenciales cuando se necesita luz UV-A sin luz visible, particularmente para observar la fluorescencia , [ 3 ] [ 4 ] el brillo de color que muchas sustancias emiten cuando se exponen a la luz UV. Se emplean para efectos de iluminación decorativos y artísticos, usos diagnósticos y terapéuticos en medicina, [ 2 ] la detección de sustancias marcadas con tintes fluorescentes , búsqueda de rocas , búsqueda de escorpiones, [ 6 ] la detección de dinero falsificado , el curado de resinas plásticas, la atracción de insectos [ 3 ] y la detección de fugas de refrigerante que afectan a refrigeradores y sistemas de aire acondicionado . Las fuentes fuertes de luz ultravioleta de onda larga se utilizan en camas de bronceado . [ 3 ]

Riesgo médico

La radiación UV-A representa un peligro potencial cuando los ojos y la piel se exponen, especialmente a fuentes de alta potencia. Según la Organización Mundial de la Salud , la radiación UV-A es responsable del bronceado inicial de la piel y contribuye al envejecimiento y la aparición de arrugas. También puede contribuir a la progresión del cáncer de piel. [ 7 ] Además, la radiación UV-A puede tener efectos negativos en los ojos tanto a corto como a largo plazo. [ 8 ] Sin embargo, hay poca evidencia de que los productos de luz negra con longitudes de onda superiores a 350 nanómetros, diseñados para uso doméstico e intensidades específicas, tengan efectos adversos para la salud.

Tipos

Fluorescente

Dos tubos fluorescentes de luz negra, mostrando signos de uso. El superior es un tubo F15T8/BLB de 18 pulgadas y 15 vatios, utilizado en una lámpara fluorescente estándar enchufable. El inferior es un tubo F8T5/BLB de 12 pulgadas y 8 vatios, utilizado en una lámpara fluorescente portátil a pilas que se vende como detector de orina de mascotas.

Los tubos fluorescentes de luz negra se fabrican normalmente de la misma manera que los tubos fluorescentes normales , excepto que en su interior se utiliza un fósforo que emite luz UVA en lugar de luz blanca visible. El tipo más utilizado para luces negras, denominado azul de luz negra o "BLB" por la industria, tiene un recubrimiento de filtro azul oscuro en el tubo, que filtra la mayor parte de la luz visible, de modo que se pueden observar los efectos de fluorescencia . [ 9 ] Estos tubos tienen un tenue brillo violeta cuando están en funcionamiento. No deben confundirse con los tubos "de luz negra" o "BL", que no tienen recubrimiento de filtro y tienen un color azul más brillante. [ 10 ] [ 9 ] Estos se fabrican para su uso en trampas para insectos " matagiptos " donde la emisión de luz visible no interfiere con el funcionamiento del producto. El fósforo que se suele utilizar para un pico de emisión cercano a los 368 a 371  nanómetros es fluoruro de estroncio dopado con europio ( SrB2 F8 :Eu 2+) o borato de estroncio dopado con europio ( Sr3 B2 O6 :Eu 2+) mientras que el fósforo utilizado para producir un pico alrededor de 350 a 353 nanómetros es silicato de bario  dopado con plomo ( BaSi2 O5 :Pb +). Las lámparas de "luz negra azul" alcanzan su pico a 365  nm. [ 11 ]

Bombilla fluorescente compacta de luz negra

Los fabricantes utilizan diferentes sistemas de numeración para los tubos de luz negra. El de Philips se está quedando obsoleto (a partir de 2010), mientras que el sistema de Osram (alemán) se está convirtiendo en el dominante fuera de Norteamérica. La siguiente tabla enumera los tubos que generan luz azul, UVA y UVB, en orden decreciente de longitud de onda del pico más intenso. [ a ] ​​Se proporcionan composiciones aproximadas de fósforo, los números de tipo de los principales fabricantes y algunos usos como una descripción general de los tipos disponibles. La posición del "pico" se aproxima al más cercano de 10  nm. El "ancho" es la medida entre los puntos en los hombros del pico que representan el 50 % de intensidad.

Espectro de un tubo fluorescente de luz negra. El ancho de banda espectral FWHM del  pico de 370 nm es de aproximadamente 20  nm. El pequeño pico secundario (2) corresponde a la luz de la línea de vapor de mercurio a 404  nm que se filtra a través del filtro, lo que le confiere a la lámpara su brillo púrpura.

matamoscas eléctricos

Un matamoscas eléctrico

Otro tipo de bombilla fluorescente UV está diseñada para usarse en matamoscas eléctricos . Los insectos son atraídos por la luz UV, que pueden ver, y luego son electrocutados por el dispositivo. Estas bombillas usan la misma mezcla de fósforo emisor de UV-A que la luz negra filtrada, pero como no necesitan suprimir la emisión de luz visible, no usan un material de filtro púrpura en la bombilla. El vidrio simple bloquea menos del espectro de emisión de mercurio visible, lo que hace que parezcan de color azul violeta claro a simple vista. Estas lámparas se denominan "luz negra" o "BL" en algunos catálogos de iluminación norteamericanos. Estos tipos no son adecuados para aplicaciones que requieren la baja emisión de luz visible de las lámparas de tubos "BLB" [ 13 ] .

Incandescente

Bombilla incandescente de luz negra de 100 vatios

También se puede generar luz negra simplemente aplicando un filtro UV, como el vidrio de Wood, a la envoltura de una bombilla incandescente común . Este fue el método utilizado para crear las primeras fuentes de luz negra. Si bien las bombillas incandescentes son una alternativa más económica que los tubos fluorescentes, son excepcionalmente ineficientes para producir luz UV, ya que la mayor parte de la luz emitida por el filamento es luz visible, la cual debe ser bloqueada. Debido a su espectro de cuerpo negro , una bombilla incandescente irradia menos del 0,1 % de su energía como luz UV. Las bombillas UV incandescentes, debido a la necesaria absorción de la luz visible, se calientan mucho durante su uso. De hecho, este calor se ve favorecido en dichas bombillas, ya que un filamento más caliente aumenta la proporción de UVA en la radiación de cuerpo negro emitida. Esta alta temperatura de funcionamiento reduce la vida útil de la lámpara de las típicas 1000 horas a unas 100 horas.

vapor de mercurio

Una lámpara de luz negra de vapor de mercurio de 160 vatios

Las lámparas de luz negra de vapor de mercurio de alta potencia se fabrican con potencias de 100 a 1000 vatios. Estas no utilizan fósforos, sino que se basan en la línea espectral intensificada y ligeramente ensanchada de 350 a 375  nm del mercurio, obtenida mediante descarga a alta presión entre 5 y 10 atmósferas estándar (500 y 1000 kPa) , según el tipo específico. Estas lámparas utilizan envolturas de vidrio de Wood o recubrimientos de filtro óptico similares para bloquear toda la luz visible y también las líneas de longitud de onda corta (UVC) del mercurio a 184,4 y 253,7 nm, que son dañinas para los ojos y la piel. Algunas otras líneas espectrales, que se encuentran dentro de la banda de paso del vidrio de Wood entre 300 y 400 nm, contribuyen a la emisión. Estas lámparas se utilizan principalmente para fines teatrales y espectáculos de conciertos. Son más eficientes en la producción de UVA por unidad de consumo de energía que los tubos fluorescentes.   

CONDUJO

LED UV

Algunos diodos emisores de luz pueden generar luz ultravioleta , pero las longitudes de onda inferiores a 380 nm son poco comunes y los picos de emisión son amplios, por lo que solo se emiten los fotones  UV de energía más baja , dentro de la luz predominantemente no visible.

Seguridad

Aunque las luces negras producen luz en el rango UV, su espectro se limita principalmente a la región UVA de onda larga, es decir, la radiación UV más cercana en longitud de onda a la luz visible, con baja frecuencia y, por lo tanto, energía relativamente baja. Si bien es baja, todavía hay algo de potencia de una luz negra convencional en el rango UVB. [ 14 ] UVA es el más seguro de los tres espectros de luz UV . La energía relativamente baja de la luz UVA no causa quemaduras solares . Puede dañar las fibras de colágeno , por lo que puede acelerar el envejecimiento de la piel y causar arrugas . También puede degradar la vitamina A en la piel.

Se ha demostrado que la luz UVA causa daño al ADN , pero no directamente, como la UVB y la UVC. Debido a su mayor longitud de onda , se absorbe menos y penetra más profundamente en las capas de la piel , donde produce intermediarios químicos reactivos como radicales hidroxilo y oxígeno , que a su vez pueden dañar el ADN y aumentar el riesgo de melanoma . La débil emisión de las luces negras no es suficiente para causar daño al ADN o mutaciones celulares como lo hace la luz solar directa de verano, aunque existen informes de que la sobreexposición al tipo de radiación UV utilizada para crear bronceados artificiales en camas solares puede causar daño al ADN, fotoenvejecimiento (daño a la piel por exposición prolongada a la luz solar), endurecimiento de la piel, supresión del sistema inmunitario, formación de cataratas y cáncer de piel. [ 15 ] [ 16 ]

Los rayos UV-A pueden tener efectos negativos en los ojos tanto a corto como a largo plazo. [ 8 ]

Usos

La radiación ultravioleta es invisible para el ojo humano, pero al iluminar ciertos materiales con ella se produce la emisión de luz visible, lo que hace que estas sustancias brillen con diversos colores. Este fenómeno se denomina fluorescencia y tiene numerosas aplicaciones prácticas. Se necesitan lámparas de luz negra para observar la fluorescencia, ya que otros tipos de lámparas ultravioleta emiten luz visible que enmascara el tenue brillo fluorescente.

Aplicaciones médicas

La lámpara de Wood es una herramienta de diagnóstico utilizada en dermatología que proyecta luz ultravioleta (con una longitud de onda de aproximadamente 365 nanómetros) sobre la piel del paciente; un técnico observa la fluorescencia resultante . Por ejemplo, las porfirinas —asociadas a algunas enfermedades de la piel— presentan fluorescencia rosa. Si bien la técnica para producir una fuente de luz ultravioleta fue ideada por Robert Williams Wood en 1903 utilizando el " vidrio de Wood ", fue en 1925 cuando Margarot y Deveze la emplearon en dermatología para la detección de infecciones fúngicas del cabello. Tiene múltiples usos, tanto para distinguir afecciones fluorescentes de otras como para delimitar con precisión los límites de la afección.

Infecciones fúngicas y bacterianas

También es útil para el diagnóstico:

Intoxicación por etilenglicol

Fluoresceína que brilla bajo luz ultravioleta

Una lámpara de Wood puede utilizarse para evaluar rápidamente si una persona sufre intoxicación por etilenglicol como consecuencia de la ingestión de anticongelante . Los fabricantes de anticongelantes que contienen etilenglicol suelen añadir fluoresceína , que hace que la orina del paciente fluoresca bajo la lámpara de Wood. [ 20 ]

Diagnóstico

La lámpara de Wood es útil para diagnosticar afecciones como la esclerosis tuberosa [ 21 ] y el eritrasma (causado por Corynebacterium minutissimum , véase más arriba). [ 22 ] Además, la detección de la porfiria cutánea tarda a veces se puede realizar cuando la orina se torna rosada al iluminarla con la lámpara de Wood. [ 23 ] Las lámparas de Wood también se han utilizado para diferenciar la hipopigmentación de la despigmentación, como en el caso del vitíligo . La piel de un paciente con vitíligo aparecerá amarillo verdosa o azul bajo la lámpara de Wood. Se ha informado de su uso en la detección del melanoma . [ 24 ]

Seguridad y autenticación

La luz ultravioleta se utiliza comúnmente para autenticar pinturas al óleo , antigüedades y billetes . También permite diferenciar la moneda auténtica de los billetes falsos , ya que, en muchos países, los billetes legales llevan símbolos fluorescentes que solo se ven bajo luz ultravioleta. Además, el papel utilizado para imprimir billetes no contiene los agentes abrillantadores que hacen que el papel comercial fluoresca bajo luz ultravioleta. Estas dos características facilitan la detección de billetes falsos y dificultan su falsificación. Estas mismas medidas de seguridad se pueden aplicar a documentos de identidad como pasaportes o permisos de conducir .

Otras aplicaciones de seguridad incluyen el uso de bolígrafos con tinta fluorescente, generalmente de punta blanda, que permiten marcar objetos de forma invisible. Si los objetos marcados son robados, se puede usar luz ultravioleta para detectar estas marcas de seguridad. En algunos parques de atracciones , discotecas y otros eventos que duran todo el día (o toda la noche), se estampa una marca fluorescente en la muñeca del visitante, quien puede optar por salir y volver a entrar sin pagar otra entrada.

Biología

Los materiales fluorescentes también se utilizan ampliamente en numerosas aplicaciones de biología molecular, a menudo como "marcadores" que se unen a una sustancia de interés (por ejemplo, el ADN), lo que permite su visualización.

Miles de coleccionistas de polillas e insectos en todo el mundo utilizan diversos tipos de luces ultravioleta para atraer ejemplares con fines fotográficos y de recolección. Es una de las fuentes de luz preferidas para atraer insectos y polillas por la noche. Estas luces pueden iluminar excrementos de animales, como orina y vómito, que no siempre son visibles a simple vista.

Detección de fallos

La luz ultravioleta se utiliza ampliamente en ensayos no destructivos. Se aplican fluidos fluorescentes a las estructuras metálicas y se iluminan, lo que permite detectar fácilmente grietas y otras debilidades.

Si se sospecha una fuga en un refrigerador o un sistema de aire acondicionado , se puede inyectar un colorante fluorescente UV junto con el aceite lubricante del compresor y la mezcla de refrigerante. A continuación, se pone en marcha el sistema para que el colorante circule por las tuberías y los componentes, y luego se examina con una lámpara de luz negra. Cualquier rastro de colorante fluorescente permite identificar la pieza con fugas que necesita ser reemplazada.

Arte y decoración

Pintura corporal fluorescente. Las pinturas y decoraciones que fluorescen bajo luz ultravioleta se utilizan en el teatro y en diversas formas de arte.
El vidrio de uranio brilla bajo la luz ultravioleta.

La luz negra se utiliza para iluminar cuadros pintados con colores fluorescentes, especialmente sobre terciopelo negro , lo que intensifica la ilusión de autoiluminación. El uso de estos materiales, a menudo en forma de baldosas vistas en una sala sensorial bajo luz ultravioleta, es común en el Reino Unido para la educación de estudiantes con dificultades de aprendizaje profundas y múltiples. [ 25 ] Esta fluorescencia de ciertas fibras textiles, especialmente aquellas que contienen residuos de abrillantadores ópticos , también puede utilizarse con fines recreativos, como se ve, por ejemplo, en los créditos iniciales de la película de James Bond Panorama para matar . El teatro de marionetas con luz negra se representa en un teatro de luz negra.

Identificación de minerales

Las luces negras son una herramienta común para la búsqueda de rocas y la identificación de minerales por su fluorescencia. Los minerales y rocas más comunes que brillan bajo luz ultravioleta son la fluorita, la calcita, la aragonita, el ópalo, la apatita, la calcedonia, el corindón (rubí y zafiro), la scheelita, la selenita, la smithsonita, la esfalerita y la sodalita. La primera persona en observar la fluorescencia en minerales fue George Stokes en 1852. Observó la capacidad de la fluorita para producir un brillo azul al ser iluminada con luz ultravioleta y denominó a este fenómeno "fluorescencia" en honor al mineral fluorita. Las lámparas utilizadas para visualizar vetas de fluorita y otros minerales fluorescentes se usan comúnmente en minas, pero suelen ser a escala industrial. Para que sean útiles para este propósito, las lámparas deben ser de longitud de onda corta y de grado científico. La gama de lámparas UV portátiles UVP es ideal para este fin y los geólogos las utilizan para identificar las mejores fuentes de fluorita en minas o posibles nuevas minas. Algunos cristales transparentes de selenita exhiben un patrón en forma de reloj de arena bajo luz ultravioleta, invisible a la luz natural. Estos cristales también son fosforescentes. La caliza, el mármol y el travertino pueden brillar debido a la presencia de calcita. El granito, la sienita y las rocas pegmatitas graníticas también pueden brillar.

Resinas de curado

La luz ultravioleta (UV) se puede utilizar para endurecer ciertos adhesivos, resinas y tintas mediante una reacción fotoquímica en su interior. Este proceso de endurecimiento se denomina curado. El curado UV es adaptable a la impresión, el recubrimiento, la decoración, la estereolitografía y el ensamblaje de diversos productos y materiales. En comparación con otras tecnologías, el curado con energía UV se considera un proceso de baja temperatura, alta velocidad y sin disolventes, ya que se produce por polimerización directa en lugar de por evaporación. Introducida originalmente en la década de 1960, esta tecnología ha optimizado y aumentado la automatización en muchas industrias del sector manufacturero. Una ventaja principal del curado con luz ultravioleta es la velocidad de procesamiento de los materiales. Acelerar la etapa de curado o secado reduce los defectos y errores al disminuir el tiempo de contacto de la tinta o el recubrimiento con el producto. Esto mejora la calidad del producto final y permite una mayor consistencia. Otra ventaja de la reducción del tiempo de fabricación es la menor necesidad de espacio para almacenar los artículos que no se pueden utilizar hasta que finalice el secado. Debido a que la energía UV interactúa de forma única con muchos materiales diferentes, el curado UV permite crear productos con características imposibles de lograr por otros medios. Esto ha hecho que el curado UV sea fundamental en muchos campos de la fabricación y la tecnología, donde se requieren cambios en la resistencia, la dureza, la durabilidad, la resistencia química y muchas otras propiedades.

Iluminación de la cabina, pruebas de LSD y bronceado

Una de las innovaciones para el vuelo nocturno y en cualquier condición meteorológica empleadas por Estados Unidos, Reino Unido, Japón y Alemania durante la Segunda Guerra Mundial fue el uso de iluminación interior ultravioleta para iluminar el panel de instrumentos, lo que proporcionó una alternativa más segura a las esferas y agujas de los instrumentos pintadas con radio , y una intensidad que podía variarse fácilmente y sin iluminación visible que revelara la posición de la aeronave. Esto llegó incluso a incluir la impresión de cartas náuticas marcadas con tintas fluorescentes ultravioleta y el suministro de lápices y reglas de cálculo visibles bajo luz ultravioleta, como la E6B .

También pueden utilizarse para detectar LSD , que fluoresce bajo luz negra mientras que los sustitutos comunes como el 25I-NBOMe no lo hacen. [ 26 ]

En las camas de bronceado se utilizan fuentes potentes de luz ultravioleta de onda larga . [ 3 ]

Véase también

Notas a pie de página

  1. 1 2 Compilado a partir de varios catálogos de iluminación de Philips, Osram y Sylvania.
  2. 1 2 Las lámparas fluorescentes BLB tienden a funcionar con eficiencias en el rango del 25%, siendo un ejemplo una lámpara Phillips 40 W BLB T12 que emite 9,8 W de UVA con una entrada de potencia de 39 vatios. [ 12 ]
  3. 1 2 Los tubos de vidrio de Wood fabricados por Osram utilizan un fósforo emisor de banda bastante estrecha, piroborato de estroncio activado con europio ( SrB4 O7 :Eu) con un pico alrededor de 370 nm, mientras que los tubos de vidrio de North American y Philips Wood utilizanmetasilicato de calcio, que emite una banda más ancha con un pico de longitud de onda más corta alrededor de 350 nm. Estos dos tipos parecen ser los más utilizados. Los distintos fabricantes ofrecen uno u otro, y a veces ambos.

Referencias

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