Radiação ultravioleta

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Ultravioleta
Ciclos por segundo: 750 THz a 300 PHz Comprimento de onda: 400 nm a 15 nm

A radiação ultravioleta (UV) é a radiação eletromagnética cujo comprimento de onda é menor que o da luz visível e maior que o dos raios X, de 380 nm a 1 nm. O nome significa mais alta que (além do) violeta (do latim ultra), pelo fato de que o violeta é a cor visível com comprimento de onda mais curto e maior frequência.

Imagem de Marte em falsa cor obtida a partir de observações da sonda MAVEN na faixa do ultravioleta

A radiação UV pode ser subdividida em UV próximo (comprimento de onda de 380 até 200 nm - mais próximo da luz visível), UV distante (de 200 até 10 nm) e UV extremo (de 1 a 31 nm).

No que se refere aos efeitos à saúde humana e ao meio ambiente, classifica-se como UVA (400 – 320 nm, também chamada de luz negra ou onda longa), UVB (320–280 nm, também chamada de onda média) e UVC (280 - 100 nm, também chamada de UV curta ou "germicida"). A maior parte da radiação UV emitida pelo sol é absorvida pela atmosfera terrestre. A quase totalidade (99%) dos raios ultravioletas que efetivamente chegam à superfície da Terra são do tipo UV-A. A radiação UV-B é parcialmente absorvida pelo ozônio da atmosfera e sua parcela que chega à Terra é responsável por danos à pele. Já a radiação UV-C é totalmente absorvida pelo oxigênio e o ozônio da atmosfera.

As faixas de radiação não são exatas. Como exemplo, o UVA começa em torno de 410 nm e termina em 315 nm. O UVB começa em 330 nm e termina em 270 nm aproximadamente. Os picos das faixas estão em suas médias.

Seu efeito bactericida a torna utilizável em dispositivos que mantêm a assepsia de certos estabelecimentos.

Outro uso é a aceleração da polimerização de certos compostos. Também é utilizada para apagar dados escritos em uma memória eletrônica EPROM.

Muitas substâncias, quando expostas à radiação UV, se comportam de modo diferente de quando expostas à luz visível, tornando-se fluorescentes. Este fenômeno se dá pela excitação dos elétrons nos átomos e moléculas dessa substância ao absorver a energia da luz invisível. Ao retornar a seus níveis normais (níveis de energia), o excesso de energia é reemitido sob a forma de luz visível.

Subtipos

O espectro eletromagnético da luz ultravioleta pode ser dividido de várias formas. A norma ISO sobre determinação de irradiância solar (ISO-21348:2007) descreve as seguintes faixas de comprimento de onda (nm):

Nome	Abreviação	Faixa de comprimento de onda (nm)
Ultravioleta	UV	100 nm – 400 nm
Ultravioleta de vácuo	VUV	10 nm – 200 nm
Ultravioleta extremo	EUV	10 nm – 121 nm
Ultravioleta longínquo	FUV	122 nm – 200 nm
Ultravioleta C	UVC	100 nm – 280 nm
Ultravioleta médio	MUV	200 nm – 300 nm
Ultravioleta B	UVB	280 nm – 315 nm
Ultravioleta próximo	NUV	300 nm – 400 nm
Ultravioleta A	UVA	315 nm – 400 nm

Uma variedade de dispositivos de estado sólido e de vácuo foi explorada para uso em diferentes partes do espectro UV. Muitas abordagens procuram adaptar dispositivos visíveis para detecção de luz, mas eles podem sofrer resposta indesejada à luz visível e várias instabilidades. Ultravioleta pode ser detectado por adequados fotodiodos e fotocatodos, que podem ser adaptadas para ser sensíveis a diferentes partes do espectro de UV. Fotomultiplicadores ultravioleta sensíveis estão disponíveis. Espectrômetros e radiômetros são feitos para medir a radiação UV. Detectores de silício são usados ​​em todo o espectro.

Níveis de ozônio em várias altitudes ( DU / km) e bloqueio de diferentes faixas de radiação ultravioleta. Em essência, todo o UVC é bloqueado pelo oxigênio diatômico (100–200 nm) ou pelo ozônio (oxigênio triatômico) (200–280 nm) na atmosfera. A camada de ozônio então bloqueia a maior parte do UVB. Enquanto isso, o UVA dificilmente é afetado pelo ozônio, e a maioria atinge o solo. O UVA compõe quase toda a luz UV que penetra na atmosfera da Terra

Comprimentos de onda de vácuo UV, ou VUV, (menores que 200 nm) são fortemente absorvidos pelo oxigênio molecular no ar, embora comprimentos de onda maiores de cerca de 150–200 nm possam se propagar através do nitrogênio. Os instrumentos científicos podem, portanto, utilizar essa faixa espectral operando em uma atmosfera livre de oxigênio (geralmente nitrogênio puro), sem a necessidade de câmaras de vácuo caras. Exemplos significativos incluem equipamentos de fotolitografia de 193 nm (para fabricação de semicondutores) e espectrômetros de dicroísmo circular.

A tecnologia para instrumentação VUV foi amplamente impulsionada pela astronomia solar por muitas décadas. Embora a óptica possa ser usada para remover a luz visível indesejada que contamina o VUV, em geral, os detectores podem ser limitados por sua resposta à radiação não-VUV, e o desenvolvimento de dispositivos "cegos ao sol" tem sido uma área importante de pesquisa. Dispositivos de estado sólido com espaço amplo ou dispositivos de vácuo com fotocatodos de alto corte podem ser atraentes em comparação com os diodos de silício.

O UV extremo (EUV ou às vezes XUV) é caracterizado por uma transição na física da interação com a matéria. Comprimentos de onda maiores que cerca de 30 nm interagem principalmente com os elétrons de valência externa dos átomos, enquanto comprimentos de onda menores que este interagem principalmente com elétrons da camada interna e núcleo. O extremo longo do espectro EUV é definido por uma linha espectral He + proeminente a 30,4 nm. O EUV é fortemente absorvido pela maioria dos materiais conhecidos, mas é possível sintetizar um revestimento óptico que reflete até cerca de 50% da radiação do EUV na incidência normal. Essa tecnologia foi pioneira no NIXT e MSSTA (cargas úteis de foguetes de sondagem nos anos 90), e tem sido usado para fabricar telescópios para imagens solares. Veja também o satélite Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE) .

Algumas fontes usam a distinção de "UV rígido" e "UV suave" - ​​no caso da astrofísica, o limite pode estar no Limite de Lyman, ou seja, comprimento de onda 91,2 nm, sendo o "UV rígido" mais energético. Os mesmos termos também podem ser usados ​​em outros campos, como cosmetologia, optoeletrônica, etc. - o valor numérico da fronteira entre rígido / suave, mesmo dentro de campos científicos semelhantes, não necessariamente coincide; por exemplo, uma publicação de física aplicada usava um limite de 190 nm entre regiões do UV rígido e suave.

Luz negra

Ver artigo principal: Luz negra

Arte com materiais fluorescentes. (Artista: Beo Beyond)

Dois tubos de lâmpadas fluorecentes em uso. O tubo mais longo é de F15T8/BLB 18 polegadas, 15 watt, mostrado na imagem inferior em um assessório padrão plug-in. O mais curto tem F8T5/BLB 12 polegadas, 8 watt, usado em uma luz negra movida a bateria portátil, vendida como detector de urina de animal de estimação

Existem certas lâmpadas ultravioleta que emitem comprimentos de onda próximos à luz visível entre 380 e 420 nm. Estas são chamadas de lâmpadas de "luz negra".

O UV destas lâmpadas é obtido principalmente através de uma lâmpada fluorescente sem a proteção do componente (fósforo) que a faz emitir luz visível.

Dentro da lâmpada há um vapor (mercúrio) que, na passagem de elétrons, emite radiação no comprimento de onda do ultravioleta. Esta radiação liberada "bate" na borda da lâmpada que é revestida internamente por fósforo. O fósforo excitado com a energia recebida reemite a energia em comprimentos de onda do visível (branco).

A diferença para a luz negra, é que esta não possui o revestimento de fósforo, deixando, assim, passar toda a radiação ultravioleta.

Algumas lâmpadas usam um filtro óptico de vidro de Wood roxo-azulado profundo que bloqueia quase toda a luz visível com comprimentos de onda superiores a 400 nanômetros. Outros usam vidro comum em vez do vidro de Wood mais caro, de modo que eles parecem azul-claros para os olhos ao operar. Também são produzidas luzes negras incandescentes, usando um revestimento de filtro no envelope de uma lâmpada incandescente que absorve a luz visível. Estes são mais baratos, mas muito ineficientes, emitindo apenas uma fração de um por cento de sua potência como UV.

Luzes negras com vapor de mercúrio em potências de até 1 kW com fósforo emissor de UV e um envelope de vidro de Wood são usadas para exibições teatrais e de shows. Luzes negras são usadas em aplicações em que a luz visível externa deve ser minimizada; principalmente para observar a fluorescência, o brilho colorido que muitas substâncias emitem quando expostas à luz UV. As lâmpadas emissoras de UVA / UVB também são vendidas para outros fins especiais, como lâmpadas de bronzeamento e manutenção de répteis. Este tipo de luz é usada em aparelhos elétricos para atrair insetos e eletrocutá-los. Outros tipos de uso são para identificar dinheiro falso, decoração, boates e tuning.

Fontes de RUV

A principal fonte de RUV é o sol, mas ainda há outras fontes importantes tais como lâmpadas de descarga de mercúrio (Hg) que são muito utilizadas em hospitais para fins de esterilização e em clínicas de bronzeamento artificial. As lâmpadas fluorescentes utilizadas em casas e escritórios são lâmpadas de descarga com parte interna do tubo feita com vidro coberta com um fósforo. Esse material, quando excitado por fótons, reemite a energia absorvida em forma de luminescência, que pode ser fluorescência ou fosforescência.

Com relação ao sol, grande parte da RUV por ele emitida e que chega à Terra é UVA, seguida respectivamente pelas radiações UVB e UVC. Entretanto, 38,9% da radiação que chega do sol é na faixa do visível, enquanto que 52,8% é infravermelho (IV).

Efeitos biológicos

Quanto aos efeitos biológicos causados pela radiação UV, é possível dividi-los em duas categorias: efeitos biológicos agudos ou imediatos e efeitos biológicos crônicos ou tardios.

Efeitos biológicos agudos ou imediatos

Os principais efeitos imediatos são eritema (ou queimadura de pele), bronzeamento, produção de vitamina D e imunodepressão.

A radiação UVB causa eritema, que é a queimadura de pele. Ela também lesa as células epiteliais, altera o DNA e libera substancias orgânicas que promovem a inflamação e dilatação dos vasos. As queimaduras de pele surgem em decorrência de um extravasamento de plasma da derme ou epiderme e com essas queimaduras surge um avermelhamento acompanhado de aumento de espessura da pele.

Um efeito imediato importante é o bronzeamento, que é o aumento da pigmentação da pele pela ação da RUV e consequentes alterações que ocorrem nos melanócitos. O bronzeamento pode também ser imediato ou tardio. O imediato surge minutos após exposição solar em indivíduos morenos ou pardos e desaparece gradualmente nas horas subsequentes, enquanto que o tardio, que também ocorre em indivíduos morenos, aparece a partir do terceiro dia de exposição e está relacionado principalmente à UVA e à luz visível.

A radiação UV tem "efeito hormese", ou seja, em baixa dosagem ela é benéfica para o ser humano, sendo essencial para a produção de vitamina D e também usada como método auxiliar no tratamento de várias doenças, como o raquitismo, a psoríase e a eczema, enquanto que em alta dosagem pode ser perigosa e ter efeitos danosos, como o câncer de pele.

Exposições prolongadas do homem ao sol podem resultar em efeitos crônicos para a saúde da pele e do olho. A queimadura de sol e o bronzeamento são os efeitos mais conhecidos.

Efeitos biológicos crônicos ou tardios

A longo prazo, a radiação pode induzir alterações degenerativas nas células, tecidos fibrosos e vasos sanguíneos, causar reações inflamatórias nos olhos e levar ao envelhecimento prematuro da pele, destacando-se como efeitos crônicos o câncer e a catarata. São descobertos anualmente entre 2 e 3 milhões de novos casos de câncer de pele não-melanoma e mais de 130 mil casos de melanoma em todo o mundo.

A radiação UVA é sobretudo responsável pela deterioração dos componentes dérmicos, causando também alterações das fibras elásticas, desarranjo das fibras colágenas, dilatação dos vasos sanguíneos e aumento do numero de células inflamatórias. Os queratinócitos perdem sua orientação, há distribuição irregular dos melanócitos e diminuição do número das células de Langerhans. Assim há a indução do fotoenvelhecimento com o passar do tempo, ou seja, a pele torna-se enrugada, seca, de cor amarelada, com menor elasticidade e maior flacidez, surgindo ainda manchas brancas e pigmentadas. O fotoenvelhecimento aumenta a propensão do desenvolvimento de câncer cutâneo. Lâmpadas UVA são utilizadas por dermatologistas para auxiliar no diagnóstico de doenças, uma vez que essa é a RUV com maior poder de penetração.

Os tipos de câncer induzidos pela RUV são divididos em:

Não-melanoma que é, na maioria dos casos, carcinoma espinocelular, carcinoma de células basais ou carcinoma de células escamosas, raramente fatais, mas cujos tratamentos cirúrgicos são dolorosos e muitas vezes desfigurantes, aparecendo com mais frequência em regiões comumente expostas ao sol, como orelhas, rosto, pescoço e antebraço.

Melanoma, que não depende da ação cumulativa de UVB, mas de uma exposição intermitente que possa causar queimadura solar. Embora muito menos prevalente que os não-melanomas, é a causa principal de morte por câncer de pele.

Outros efeitos

Danos nos olhos podem ser divididos em dois tipos distintos de acordo com a forma de exposição: os de curtas exposições e alta intensidade e os de longa exposição e baixa intensidade de radiação. No primeiro caso, é a córnea que mais sofre os efeitos. As manifestações são agudas e surgem após um período de latência; no outro caso, o cristalino e a retina são os mais afetados.

Doses elevadas de radiação UV produzem fotoconjuntivite (inflamação da conjuntiva) e fotoqueratite (inflamação da córnea). As prolongadas exposições, mesmo com baixas intensidades, podem produzir cataratas, pterígio ou alguns tipos de carcinoma, que podem ser irreversíveis ou exigir uma intervenção cirúrgica.

Bibliografia

• Francis Rouessac and Annick Rouessac; Chemical Analysis, Modern Instrumentation Methods and Techniques; John Wiley & Sons, 2000, p189.
• Emico Okuno e Maria A. Constantino Vilela: Radiação Ultravioleta: Características e efeitos. Temas atuais de Física/SBF, editora livraria da física, 1a. Edição, 2005.