Radiação ultravioleta – Seus atributos e benefícios

Uma breve história

O físico alemão Johann Wilhelm Ritter descobriu a radiação UV em 1801. Ele observou um escurecimento acelerado do papel embebido em cloreto de prata quando este foi exposto a raios invisíveis logo acima do espectro visível na extremidade violeta. Para distinguir estes raios dos "raios de calor" (IR) descobertos no ano anterior na outra extremidade do espectro visível, ele chamou a radiação UV de "raios oxidantes", o que enfatizava a reatividade química que ele observava. Isto foi rapidamente substituído pelo termo "raios químicos", que permaneceu popular durante o resto do século^XIX. Eventualmente, os termos de raios químicos e de calor foram substituídos pelas agora comuns designações ultravioleta e infravermelha, respectivamente.

O que é UV?

No espectro eletromagnético, a radiação ultravioleta (UV) é classificada como tendo um comprimento de onda de 100 nm a 400 nm. Estes comprimentos de onda são mais curtos do que os da luz visível e mais longos do que os dos raios X. Há três classificações de luz UV: UVA tem comprimentos de onda entre 315 e 400 nm, UVB tem comprimentos de onda entre 280 e 315 nm, e UVC tem comprimentos de onda entre 100 e 280 nm.

Figura 1: Os comprimentos de onda UV são aqueles imediatamente abaixo do que o olho humano pode ver. (Imagem cortesia da W.S. Badger Company, Inc.)

Nosso sol emite radiação UV em todo o espectro de 100 a 400 nm. Na borda da atmosfera terrestre, a luz solar consiste em aproximadamente 50 % de infravermelho (IR), 40 % visível, e 10 % de luz UV. Quando chega à superfície da Terra, com o sol em seu ponto mais alto, a composição da luz solar é de 53 % IR, 44 % visível e 3 % UV. Desse 3 % de UV que chega ao solo, aproximadamente 95 % é UVA e 5 % é UVB. É claro que estas porcentagens variam um pouco com a cobertura de nuvens e outras condições atmosféricas.

Grande parte dos comprimentos de onda UVC é absorvida pelo oxigênio na atmosfera superior, que então gera ozônio na camada de ozônio. A camada de ozônio bloqueia a maior parte da UVB e o restante da UVC ainda não absorvida pelo oxigênio.

Emissores artificiais de UV

O sol não é a única fonte de radiação UV. Há vários dispositivos fabricados pelo homem que também geram estas ondas.

Luzes negras

Os geradores de UV mais familiares às pessoas são as luzes negras (Figura 2). As típicas lâmpadas de luz negra emitem ondas UVA com muito pouca luz visível. Por exemplo, as luzes negras fluorescentes usam uma camada de fósforo no interior do tubo de vidro para emitir ondas UVA em vez de luz visível. Luzes negras de vapor de mercúrio mais poderosas usam o mesmo princípio para emitir radiação UVA em maior escala, principalmente para shows e exibições teatrais.

Figura 2: Luzes negras fluorescentes típicas emitem ondas UVA

As principais aplicações da luz negra são aquelas em que a luz visível externa é indesejável, observando a fluorescência resultante causada quando certas substâncias são expostas à luz UV.

Lâmpadas UV de onda curta

As lâmpadas UV de onda curta consistem em tubos de lâmpadas fluorescentes sem revestimento de fósforo. As luzes UV com picos a 253,7 nm e 185 nm, ambos na faixa UVC, são emitidas principalmente devido ao mercúrio no tubo. Entretanto, apenas a radiação de 253,7 nm passa através do tubo de vidro de quartzo fundido, enquanto o comprimento de onda de 185 nm é completamente bloqueado. A eficiência típica dessas lâmpadas é de 30 % a 40 % e elas têm duas a três vezes a potência UVC das lâmpadas fluorescentes convencionais.

A principal aplicação dessas lâmpadas é a desinfecção das superfícies de laboratório, superfícies de processamento de alimentos e abastecimento de água.

Lâmpadas de descarga de gás UV

As lâmpadas de descarga de gás, que contêm diferentes gases escolhidos para produzir radiação UV em linhas espectrais específicas, são utilizadas em aplicações científicas especializadas. O principal uso dessas lâmpadas é em equipamentos de espectroscopia UV usados em análises químicas.

Lasers

Os lasers podem ser fabricados especificamente para produzir luz UV. Dependendo da tecnologia do laser (lasers a gás, diodos laser ou lasers de estado sólido) e dos materiais utilizados, os lasers podem ser fabricados para cobrir toda a faixa UV.

Há muitas aplicações para lasers UV, incluindo gravação a laser, dermatologia, ceratectomia, química, comunicações, armazenamento óptico e fabricação de circuitos integrados.

Diodos Emissores de Luz

Os diodos emissores de luz (LEDs) estão sendo fabricados especificamente para produzir luz UV. Estes dispositivos estão sendo usados atualmente em aplicações de cura UV, esterilização, terapia da pele e em química para identificar misturas de componentes.

Questões de saúde

A radiação UV tem um impacto sobre a saúde humana, tanto benéfica quanto prejudicial. Demasiada exposição pode ser prejudicial enquanto que uma exposição moderada tem efeitos benéficos.

Efeitos prejudiciais

A radiação UV excessiva (LEDs UVA estão disponíveis na DigiKey) a exposição tem o potencial de causar efeitos nocivos aos olhos, à pele e ao sistema imunológico.

A radiação UVA causa pouca ou nenhuma reação imediata, mas em comprimentos de onda próximos ao início da faixa UVB (315 nm), a fotoceratite (uma condição dolorosa dos olhos) e a vermelhidão da pele (a pele mais clara é mais sensível) começam a ocorrer com danos que aumentam rapidamente à medida que os comprimentos de onda se aproximam de 300 nm. UV na faixa de 265 nm a 275 nm, na faixa UVC, é a mais prejudicial para os olhos e a pele.

A superexposição UVB não só pode causar queimaduras solares, mas também é responsável por algumas formas de câncer de pele.

Efeitos benéficos

Por mais ruim que possa ser a superexposição aos raios UV, há benefícios para a saúde se for possível moderar sua exposição aos raios UV. Os três principais benefícios à saúde da exposição UV são a produção de vitamina D, a melhoria do humor e o aumento da energia.

Vitamina D

A exposição moderada à radiação UV é uma boa fonte de vitamina D. Esta vitamina ajuda na regulação do metabolismo do cálcio, da secreção de insulina, da pressão sanguínea, da imunidade e da propagação celular. Níveis mais altos de vitamina D foram correlacionados com taxas mais baixas de doenças cardíacas, derrames e diabetes, junto com uma tendência à pressão sanguínea mais baixa.

Condições de pele

Existem certas condições de pele que podem ser tratadas com radiação UV. Com a fototerapia moderna, o tratamento bem sucedido do eczema, dermatite, raquitismo, esclerodermia atópica e localizada, icterícia, psoríase e vitiligo é agora possível.

Cardiovascular e hipertensão

Em pacientes com pressão sanguínea alta e deficiência de vitamina D, foi demonstrado que a exposição UVB pode baixar sua pressão sanguínea. Outros testes e estudos médicos demonstraram que a radiação UV, independente da vitamina D, tem benefícios mensuráveis para a saúde.

Serotonina

A criação da serotonina é promovida pela vitamina D e sua produção é diretamente proporcional à exposição do corpo à radiação UV. As mudanças no nível de serotonina afetam o humor e o comportamento. Seu efeito exato sobre o corpo humano não é totalmente conhecido, mas pensa-se que a serotonina proporciona sensações de bem-estar, serenidade e felicidade.

Melanina

A exposição UV moderada aumenta a quantidade de melanina, o pigmento marrom, na pele (também conhecido como um bronzeado). A melanina absorve a radiação UVA e UVB, dissipando-a como calor. Isto protege a pele tanto dos danos diretos quanto indiretos ao DNA.

Aplicações

Há várias aplicações que aproveitam as propriedades da radiação UV e proporcionam muitos benefícios para a saúde e o bem-estar das pessoas. A capacidade das ondas UV de matar micróbios e remover contaminantes é o principal uso hoje em dia.

Purificação do ar

Os contaminantes ambientais internos são basicamente compostos orgânicos à base de carbono que se decompõem com a exposição a UVC de alta intensidade na faixa de 240 nm a 280 nm. Também pode destruir o DNA em microorganismos. Portanto, o ar cíclico passado por um emissor de UVC, como o LED UVC TUD7MF1B UVC LED da SETi/Seoul Viosys (Figura 3), pode ajudar na purificação do ar dentro da sala onde é colocado. Este LED UVC de 275 nm (nominal) está disponível como uma unidade de placa tipo estrela com uma potência radiante típica de 11,5 mW – adequada para muitas aplicações diferentes, incluindo purificação do ar.

Figura 3: Este LED UVC da SETi/Seoul Viosys está disponível como uma unidade da placa tipo estrela para simplificar a engenharia térmica. (Imagem cortesia da SETi/Seoul Viosys)

Esterilização e desinfecção

Os LEDs UVC também podem ser usados para uma variedade de aplicações de esterilização e desinfecção. Em laboratórios médicos e de biologia, a radiação UVC é utilizada, em conjunto com outras técnicas, para esterilizar ferramentas e superfícies do espaço de trabalho.

Outras aplicações comuns para a radiação UVC incluem o tratamento de águas residuais e água potável municipal. É até mesmo utilizada por engarrafadores de água de nascente para esterilizar seu produto. Além disso, a radiação UVC está sendo usada para matar microorganismos na indústria de processamento de alimentos. Por exemplo, os sucos de frutas podem ser pasteurizados por UVC à medida que fluem passando por uma fonte.

Terapia

A radiação UV não é útil apenas para a purificação e esterilização, mas também é um auxiliar de tratamento da pele para condições como psoríase e vitiligo (uma condição em que as manchas cutâneas perdem pigmento). Neste caso, não são as ondas UVC, mas as UVB que são úteis. Aqui os LEDs UVB são ideais para esta aplicação. Estes dispositivos de 280 nm a 315 nm podem ser a base sobre a qual os dispositivos de terapia da pele são projetados. Estes dispositivos estão disponíveis em uma variedade de opções de montagem e saída radiante.

Conclusão

A radiação UV tem tanto efeitos nocivos quanto benéficos para os seres humanos. Com um projeto adequado, os atributos benéficos das ondas UVB e UVC podem ser aproveitados para nos proteger contra infecções e tratar certas condições de pele. Para este fim, a DigiKey oferece LEDs UV que são ideais para estas aplicações e são mais fáceis de projetar do que outras fontes UV.