Radiação ultravioleta

Lâmpada ultravioleta portátil, com emissão de UVA e UVC
Arcos elétricos também produzem radiação UV. Quem trabalha com soldagem a arco precisa usar proteção ocular e cobrir a pele para evitar fotoceratite e queimaduras solares graves.

Radiação ultravioleta, ou UV, também chamada de luz ultravioleta, é uma forma de radiação eletromagnética com comprimentos de onda entre 100 e 400 nanômetros, menores que os da luz visível e maiores que os dos raios X. A faixa entre 10 e 100 nanômetros recebe o nome de ultravioleta extremo e compartilha algumas propriedades com os raios X moles. A radiação UV está presente na luz solar e corresponde a cerca de 10% de toda a radiação eletromagnética emitida pelo Sol. Também é produzida por arcos elétricos, pela radiação Cherenkov e por fontes de luz específicas, como lâmpadas de vapor de mercúrio, lâmpadas de bronzeamento e lâmpadas de luz negra.

Os fótons ultravioletas têm mais energia que os da luz visível, cerca de 3,1 a 12 elétron-volts, próxima da energia mínima necessária para ionizar átomos. A radiação ultravioleta de comprimentos de onda maiores não é ionizante, pois seus fótons não têm energia suficiente para isso. Ainda assim, pode desencadear reações químicas e fazer muitas substâncias emitirem luz por fluorescência. Suas aplicações químicas e biológicas decorrem, em grande parte, da interação da radiação UV com moléculas orgânicas. Essas interações podem excitar elétrons dos orbitais moleculares para estados de maior energia e romper ligações químicas. Radiações infravermelhas excitam sobretudo os estados de vibração ou rotação das moléculas, elevando sua temperatura. O ultravioleta de ondas suficientemente curtas é ionizante. A radiação UV de ondas curtas pode danificar o DNA e desinfetar superfícies irradiadas.

Em seres humanos, o bronzeamento e as queimaduras solares são efeitos familiares da exposição da pele à radiação UV, que também aumenta o risco de câncer de pele. A atmosfera absorve grande parte da radiação ultravioleta solar, reduzindo a exposição dos organismos na superfície. A radiação solar com comprimentos de onda inferiores a aproximadamente 300 nm é absorvida na atmosfera, sobretudo pelo ozônio e pelo oxigênio molecular, antes de chegar ao solo. A radiação UVB também permite a formação de vitamina D na maioria dos vertebrados terrestres, inclusive nos seres humanos. O espectro ultravioleta tem, assim, efeitos benéficos e prejudiciais à vida.

Por convenção, o limite inferior de comprimento de onda do espectro visível é de 400 nm. Embora os seres humanos geralmente não enxerguem raios ultravioletas, esse limite não é abrupto. Nessa região, a visibilidade diminui à medida que o comprimento de onda se torna menor. Insetos, aves e alguns mamíferos enxergam o ultravioleta próximo, ou NUV, pois percebem comprimentos de onda um pouco menores que os visíveis para os seres humanos.

Visibilidade para os seres humanos

O cristalino do olho humano e as lentes implantadas cirurgicamente bloqueiam a maior parte da radiação ultravioleta próxima, na faixa de 300 a 400 nm. A córnea bloqueia os comprimentos de onda menores. Os receptores de cores humanos não têm adaptações específicas para os raios ultravioletas. Os fotorreceptores da retina, porém, são bastante sensíveis aos fótons UVA. Como o cristalino não focaliza essa luz adequadamente, as lâmpadas UVA parecem desfocadas. Pessoas sem cristalino, condição chamada de afacia, percebem UVA como azul-esbranquiçado ou violeta-esbranquiçado. Insetos, alguns mamíferos e algumas aves enxergam a radiação ultravioleta próxima. As aves têm um quarto receptor de cores sensível ao ultravioleta. Esse receptor e estruturas oculares que deixam passar mais radiação UV dão às aves menores uma visão ultravioleta propriamente dita.

História e descoberta

"Ultravioleta" significa "além do violeta", do latim ultra, "além". O violeta é a cor de maior frequência da luz visível. O ultravioleta tem frequência ainda maior e, por isso, comprimento de onda menor.

A radiação UV foi descoberta em fevereiro de 1801, quando o físico alemão Johann Wilhelm Ritter observou que raios invisíveis logo além da extremidade violeta do espectro visível escureciam papel embebido em cloreto de prata mais rapidamente que a própria luz violeta. Ele anunciou a descoberta em uma carta muito breve à revista Annalen der Physik. Depois, chamou esses raios de "desoxidantes", em alemão de-oxidierende Strahlen, para ressaltar sua reatividade química e distingui-los dos "raios de calor", descobertos no ano anterior na outra extremidade do espectro visível. A expressão mais simples "raios químicos" foi adotada pouco depois e permaneceu em uso ao longo do século XIX. Alguns pesquisadores defendiam que essa radiação era inteiramente diferente da luz. John William Draper, por exemplo, deu a ela o nome de "raios titônicos". As expressões "raios químicos" e "raios de calor" foram substituídas por radiação ultravioleta e infravermelha, respectivamente. Em 1878, descobriu-se que a luz de ondas curtas podia matar bactérias e produzir um efeito esterilizante. Em 1903, já se sabia que os comprimentos de onda mais eficazes estavam próximos de 250 nm. O efeito da radiação ultravioleta sobre o DNA foi estabelecido em 1960.

Em 1893, o físico alemão Victor Schumann descobriu a radiação ultravioleta com comprimentos de onda inferiores a 200 nm. Essa faixa recebeu o nome de "ultravioleta de vácuo" por ser fortemente absorvida pelo oxigênio do ar. A divisão do ultravioleta em UVA, UVB e UVC foi aprovada por unanimidade por uma comissão do Segundo Congresso Internacional sobre a Luz, em 17 de agosto de 1932, no Palácio de Christiansborg, em Copenhague.

Subtipos

O espectro eletromagnético da radiação ultravioleta, definido de maneira mais abrangente entre 10 e 400 nanômetros, pode ser subdividido nas faixas recomendadas pela norma ISO 21348.

Nome Sigla Comprimento de onda, em nm Energia do fóton, em eV e aJ Observações e outros nomes
Ultravioleta AUVA315–4003,10–3,94 eV
0,497–0,631 aJ		UV de ondas longas, luz negra, não absorvido pela camada de ozônio. Também chamado de UV mole.
Ultravioleta BUVB280–3153,94–4,43 eV
0,631–0,710 aJ		UV de ondas médias, em grande parte absorvido pela camada de ozônio. Também chamado de UV intermediário ou radiação de Dorno.
Ultravioleta CUVC100–2804,43–12,4 eV
0,710–1,99 aJ		UV de ondas curtas ou germicida. É ionizante nos comprimentos de onda menores e completamente absorvido pela camada de ozônio e pela atmosfera. Também chamado de UV duro.
Ultravioleta próximoNUV300–4003,10–4,13 eV
0,497–0,662 aJ		Visível para aves, insetos e peixes.
Ultravioleta médioMUV200–3004,13–6,20 eV
0,662–0,993 aJ
Ultravioleta distanteFUV122–2006,20–10,16 eV
0,993–1,628 aJ		Ionizante nos comprimentos de onda menores.
Lyman-alfa do hidrogênioH Lyman-α121–12210,16–10,25 eV
1,628–1,642 aJ		Linha espectral em 121,6 nm, com energia de 10,20 eV.
Ultravioleta extremoEUV10–12110,25–124 eV
1,642–19,9 aJ		Inteiramente ionizante em algumas definições. Completamente absorvido pela atmosfera.
UVC distante200–2355,28–6,20 eV
0,846–0,993 aJ		Germicida. Em condições experimentais, uma única exposição apresentou danos mínimos ao DNA, mas exposições repetidas podem trazer riscos.
Ultravioleta de vácuoVUV10–2006,20–124 eV
0,993–19,9 aJ		Fortemente absorvido pelo oxigênio atmosférico. Comprimentos de onda entre 150 e 200 nm podem se propagar pelo nitrogênio.

Na fotodermatologia, também se usam as subdivisões UVA1, para os comprimentos de onda maiores, e UVA2, para os menores, separadas por um limite próximo de 340 nm.

Dispositivos de estado sólido e a vácuo foram investigados para uso em diferentes partes do espectro UV. Muitas dessas abordagens adaptam sensores de luz visível, que podem apresentar respostas indesejadas a essa luz e instabilidades. O ultravioleta pode ser detectado por fotodiodos e fotocátodos ajustados para responder a diferentes regiões do espectro. Também existem fotomultiplicadores sensíveis ao UV. Espectrômetros e radiômetros são usados para medir a radiação ultravioleta. Detectores de silício são empregados em todo o espectro.

Ultravioleta de vácuo

A radiação ultravioleta de vácuo, ou VUV, com comprimentos de onda inferiores a 200 nm, é fortemente absorvida pelo oxigênio molecular do ar. Na faixa de aproximadamente 150 a 200 nm, porém, ela pode se propagar pelo nitrogênio. Instrumentos científicos podem operar nessa região do espectro em uma atmosfera sem oxigênio, composta de nitrogênio puro ou, para comprimentos de onda menores, de argônio, dispensando câmaras de vácuo caras. Entre os exemplos estão os equipamentos de fotolitografia de 193 nm usados na fabricação de semicondutores e os espectrômetros de dicroísmo circular.

Por muitas décadas, a astronomia solar estimulou o desenvolvimento de instrumentos para VUV. Componentes ópticos podem eliminar a luz visível indesejada que contamina as medições, mas a resposta dos detectores à radiação fora da faixa VUV pode limitar seu desempenho. Por isso, o desenvolvimento de dispositivos insensíveis à luz solar recebeu atenção nas pesquisas. Dispositivos de estado sólido com larga banda proibida ou dispositivos a vácuo com fotocátodos de elevado limiar de energia podem ser alternativas aos diodos de silício.

Ultravioleta extremo

O ultravioleta extremo, abreviado como EUV ou XUV, pode ionizar átomos pela absorção de fótons. A interação depende da energia dos fótons e dos níveis eletrônicos de cada elemento, podendo envolver elétrons de valência ou elétrons de camadas internas. Uma linha espectral do He+, em 30,4 nm, é usada em observações solares nessa faixa. A maioria dos materiais conhecidos absorve fortemente essa radiação, mas é possível fabricar componentes ópticos multicamadas que reflitam até cerca de 50% do EUV em incidência normal. Os foguetes de sondagem NIXT e MSSTA usaram essa tecnologia na década de 1990, e ela foi empregada na construção de telescópios para obter imagens solares. O satélite Extreme Ultraviolet Explorer também observou o céu nessa faixa.

Ultravioleta duro e mole

As expressões "UV duro" e "UV mole" distinguem faixas de maior e menor energia. Na astrofísica, por exemplo, a divisão pode ser feita no limite de Lyman, em 91,2 nm, correspondente à energia necessária para ionizar um átomo de hidrogênio em seu estado fundamental. Nesse caso, o UV duro é o mais energético. Esses termos também são usados em áreas como a cosmetologia e a optoeletrônica. O valor adotado como limite não é necessariamente o mesmo, mesmo em áreas científicas próximas. Uma publicação de física aplicada, por exemplo, estabeleceu a separação em 190 nm.

Ultravioleta solar

Concentração de ozônio em diferentes altitudes, em DU/km, e bloqueio das faixas ultravioletas. Praticamente toda a radiação UVC é bloqueada pelo oxigênio diatômico, entre 100 e 200 nm, ou pelo ozônio, oxigênio triatômico, entre 200 e 280 nm. A camada de ozônio também bloqueia a maior parte do UVB. O UVA quase não é afetado pelo ozônio, e a maior parte chega ao solo. Ele compõe quase toda a radiação ultravioleta que atravessa a atmosfera terrestre.

Objetos muito quentes emitem radiação UV, como prevê a radiação de corpo negro. O Sol emite em todos os comprimentos de onda ultravioletas, inclusive no ultravioleta extremo, que chega à faixa dos raios X em 10 nm. Estrelas extremamente quentes, como as dos tipos O e B, emitem proporcionalmente mais UV que o Sol. No espaço, no topo da atmosfera terrestre, a luz solar é composta de aproximadamente 50% de infravermelho, 40% de luz visível e 10% de ultravioleta. A intensidade total é de cerca de 1.400 W/m2 no vácuo, valor relacionado à constante solar.

Quando o Sol está no zênite, a atmosfera bloqueia cerca de 77% de sua radiação ultravioleta, com absorção maior nos comprimentos de onda menores. Ao nível do solo, nessas condições, a luz solar contém 44% de luz visível e 3% de ultravioleta. O restante é infravermelho. Mais de 95% do ultravioleta que chega à superfície terrestre é UVA, de ondas mais longas, e a pequena parcela restante é UVB. Quase nenhuma radiação UVC alcança a superfície. A proporção de UVA e UVB após a passagem pela atmosfera depende bastante da nebulosidade e das condições atmosféricas. Em dias parcialmente nublados, as porções de céu azul entre as nuvens também fornecem UVA e UVB dispersos pelo espalhamento de Rayleigh, o mesmo processo que produz a luz azul visível dessas regiões do céu. O UVB também atua no desenvolvimento vegetal, pois afeta a maioria dos hormônios das plantas. Quando o céu está inteiramente encoberto, a absorção pelas nuvens depende muito de sua espessura e da latitude. Não há uma correspondência simples entre uma dada espessura de nuvens e a absorção de UVA e UVB.

As faixas mais curtas do UVC e a radiação ultravioleta solar ainda mais energética são absorvidas pelo oxigênio e participam da formação do ozônio. Átomos de oxigênio liberados pela fotólise do oxigênio diatômico reagem com outras moléculas desse gás, formando ozônio. A camada de ozônio bloqueia a maior parte do UVB e a parcela de UVC que não foi absorvida pelo oxigênio comum do ar.

Em Belo Horizonte, medições de novembro de 2005 a agosto de 2006 e de setembro a outubro de 2007 encontraram médias mensais dos máximos diários do índice UV na faixa extrema em sete dos doze meses amostrados. Nos demais, essas médias ficaram nas faixas muito alta ou alta. A dose diária de radiação ponderada pela capacidade de causar eritema foi maior no verão e menor no inverno.

Bloqueadores, absorvedores e janelas ópticas

Absorvedores de ultravioleta são moléculas adicionadas a materiais orgânicos, como polímeros e tintas, para absorver radiação UV e reduzir a degradação foto-oxidativa. Esses absorvedores também podem se degradar, o que torna necessário acompanhar sua concentração nos materiais expostos às intempéries.

Nos protetores solares, substâncias como a avobenzona, a oxibenzona e o metoxicinamato de octila absorvem UVA e UVB. São absorvedores ou "bloqueadores" orgânicos. O dióxido de titânio e o óxido de zinco são exemplos de absorvedores inorgânicos.

Nas roupas, o fator de proteção ultravioleta, ou FPU, é a razão entre a radiação UV capaz de causar queimaduras medida sem o tecido e aquela que o atravessa, de modo semelhante ao fator de proteção solar dos protetores. Tecidos leves de verão podem ter FPU próximo de 6, deixando passar cerca de um sexto da radiação UV.

Nanopartículas suspensas em vidros coloridos podem impedir que os raios UV desencadeiem reações químicas que alterem suas cores. Um conjunto de amostras de vidro colorido foi desenvolvido para calibrar as câmeras coloridas do veículo explorador marciano do programa ExoMars, da ESA. A escolha buscava evitar o desbotamento sob a intensa radiação UV da superfície de Marte.

O vidro sodo-cálcico comum, usado em janelas, é parcialmente transparente ao UVA, mas opaco aos comprimentos de onda menores. Ele transmite cerca de 90% da luz acima de 350 nm e bloqueia mais de 90% da luz abaixo de 300 nm. Em um estudo, vidros de automóveis deixaram passar entre 3 e 4% da radiação UV ambiente, sobretudo acima de 380 nm. Outros tipos de vidro automotivo podem reduzir a transmissão acima de 335 nm. O quartzo fundido, dependendo de sua qualidade, pode transmitir até mesmo o ultravioleta de vácuo. O quartzo cristalino e cristais como CaF2 e MgF2 apresentam boa transmissão até comprimentos de onda de 150 ou 160 nm.

O vidro de Wood é um vidro de silicato de bário e sódio, de cor azul-violeta intensa, com cerca de 9% de óxido de níquel. Foi empregado durante a Primeira Guerra Mundial para bloquear a luz visível em comunicações sigilosas. Seu filtro permite a comunicação infravermelha durante o dia e ultravioleta à noite. Transmite radiação entre 320 e 400 nm, além de comprimentos de onda infravermelhos e do vermelho distante. A transmissão ultravioleta máxima ocorre em 365 nm, uma das linhas de emissão das lâmpadas de mercúrio.

Fontes artificiais

Luz negra

Dois tubos fluorescentes de luz negra em uso. O mais longo é um F15T8/BLB de aproximadamente 46 cm e 15 W, mostrado na imagem inferior em uma luminária fluorescente comum ligada à tomada. O menor é um F8T5/BLB de aproximadamente 30 cm e 8 W, usado em uma lâmpada portátil a pilhas, vendida como detector de urina de animais de estimação.

Uma lâmpada de luz negra emite radiação UVA de ondas longas e pouca luz visível. As lâmpadas fluorescentes de luz negra funcionam de maneira semelhante às demais lâmpadas fluorescentes, mas o material luminescente que reveste a face interna do tubo emite UVA em vez de luz visível. Algumas usam um filtro óptico de vidro de Wood, de cor azul-violeta intensa, que bloqueia quase toda a luz visível acima de 400 nanômetros. O brilho violeta desses tubos não é o próprio ultravioleta, mas a luz visível da linha espectral do mercúrio em 404 nm que atravessa o revestimento. Outras lâmpadas de luz negra usam vidro comum, mais barato que o de Wood, e parecem azul-claras quando acesas.

Também existem lâmpadas incandescentes de luz negra, cujo bulbo recebe um revestimento que absorve luz visível. Elas são mais baratas, mas muito pouco eficientes, pois emitem como UV apenas uma pequena fração de 1% de sua potência. Algumas lâmpadas de luz negra de vapor de mercúrio usam um bulbo de vidro de Wood, que absorve fortemente a luz visível e transmite UVA.

A luz negra é usada quando se deseja reduzir ao mínimo a luz visível indesejada, sobretudo para observar a fluorescência, o brilho colorido emitido por muitas substâncias sob radiação UV. Lâmpadas emissoras de UVA e UVB também são vendidas para finalidades específicas, como bronzeamento e criação de répteis.

Lâmpadas de vapor de mercúrio

Lâmpada UV germicida de 9 W, no formato de uma fluorescente compacta
Lâmpada germicida comercial em um açougue

As lâmpadas de vapor de mercúrio têm tubos de quartzo fundido preenchidos com mercúrio e argônio. Emitem luz ultravioleta com dois picos na faixa UVC, em 253,7 e 185 nm, além de alguma luz visível. Entre 85 e 90% do UV produzido está em 253,7 nm, comprimento de onda com forte ação germicida. A emissão em 185 nm produz ozônio, que também tem efeito germicida. Esses tubos têm potência UVC duas a três vezes maior que a de um tubo fluorescente comum. As lâmpadas de baixa pressão apresentam eficiência típica de aproximadamente 30 a 40%. Para cada 100 W de eletricidade consumida, produzem cerca de 30 a 40 W de radiação UV. Outras linhas espectrais do mercúrio produzem luz visível branco-azulada. Essas lâmpadas germicidas são muito usadas na desinfecção de superfícies em laboratórios e na indústria de processamento de alimentos.

Lâmpadas incandescentes

As lâmpadas incandescentes de luz negra têm um revestimento que absorve a maior parte da luz visível. Lâmpadas halógenas com bulbos de quartzo fundido são usadas como fontes de baixo custo de ultravioleta próximo, entre 400 e 300 nm, em alguns instrumentos científicos. Uma lâmpada de filamento é uma fonte de UV muito pouco eficiente. Seu espectro de corpo negro faz com que apenas uma fração de 1% da energia seja emitida como ultravioleta.

Lâmpadas de descarga em gases

Lâmpadas de descarga em gases específicas para UV contêm gases que emitem em determinadas linhas espectrais e são usadas para fins científicos. Lâmpadas de argônio e deutério fornecem fontes estáveis, sem janela ou com janelas de materiais como o fluoreto de magnésio. Elas são frequentemente usadas como fontes de emissão em equipamentos de espectroscopia UV para análise química.

Outras fontes de espectro mais contínuo são as lâmpadas de arco de xenônio, frequentemente usadas para simular a luz solar, as lâmpadas de deutério, as lâmpadas de arco de mercúrio-xenônio e as lâmpadas de haletos metálicos.

LEDs ultravioletas

Um LED UV de 380 nanômetros faz objetos domésticos emitirem fluorescência.

Diodos emissores de luz, ou LEDs, podem ser fabricados para emitir radiação ultravioleta. Em 2019, após avanços nos cinco anos anteriores, já existiam LEDs UVA de 365 nm ou mais, com eficiência de 50% e potência de saída de 1,0 W. Entre os tipos mais comuns estão os de 395 e 365 nm, na faixa UVA. O comprimento de onda nominal corresponde ao pico de emissão, mas o dispositivo também emite comprimentos de onda maiores e menores.

Os LEDs UV de 395 nm, mais comuns e baratos, ficam próximos do espectro visível e emitem uma cor violeta. LEDs que emitem em regiões mais afastadas do visível produzem menos luz visível. São usados na cura por UV, na iluminação de objetos que brilham no escuro, como pinturas e brinquedos, e na detecção de dinheiro falso e fluidos corporais. Também são empregados na impressão digital e na cura UV em atmosferas inertes. Os avanços de potência e eficiência desde o início dos anos 2000 tornaram os LEDs alternativas às lâmpadas UV tradicionais na cura de materiais. O desenvolvimento de sistemas com LEDs para aplicações de maior intensidade é uma das frentes de pesquisa dessa tecnologia.

Os LEDs UVC têm passado por rápido desenvolvimento, mas sua eficácia na desinfecção precisa ser verificada em cada aplicação. A desinfecção de grandes áreas pode empregar fontes UV convencionais, chamadas de lâmpadas germicidas. LEDs UVC também são usados como fontes de emissão em faixas estreitas para substituir lâmpadas de deutério em instrumentos de cromatografia líquida.

Lasers ultravioletas

Lasers de excímero que emitem nas faixas ultravioleta e ultravioleta de vácuo são usados em muitos setores industriais. Os lasers de excímero de fluoreto de argônio, que operam em 193 nm, são usados rotineiramente na fabricação de circuitos integrados por fotolitografia. Há fontes coerentes até um limite de aproximadamente 126 nm, comprimento de onda característico do laser de excímero Ar2*.

Existem diodos laser com emissão UV direta em 375 nm. Lasers UV de estado sólido bombeados por diodos foram demonstrados com cristais de fluoreto de lítio, estrôncio e alumínio dopados com cério, ou Ce:LiSAF. O processo foi desenvolvido na década de 1990 no Laboratório Nacional Lawrence Livermore. Lasers de estado sólido bombeados por diodos produzem comercialmente comprimentos de onda inferiores a 325 nm. Lasers ultravioletas também podem ser obtidos por conversão de frequência de lasers de frequência menor.

Esses lasers têm aplicações na indústria, como a gravação a laser, na medicina, em dermatologia e ceratectomia, e na química, como a técnica MALDI. Também são empregados na comunicação óptica em espaço livre, no armazenamento óptico de dados e na fabricação de circuitos integrados.

Ultravioleta de vácuo sintonizável

A faixa de ultravioleta de vácuo entre 100 e 200 nm pode ser gerada por mistura não linear de quatro ondas em gases, mediante a soma ou a diferença das frequências de dois ou mais lasers de comprimentos de onda maiores. O processo costuma usar gases, como criptônio e hidrogênio, que apresentam ressonâncias de dois fótons próximas de 193 nm, ou vapores metálicos, como o de magnésio. Quando um dos lasers é sintonizável, o VUV produzido também pode ser ajustado. A ressonância de um laser com uma transição do gás ou vapor intensifica a produção de VUV. Porém, as ressonâncias também geram dispersão, e o casamento de fase pode limitar a faixa de sintonia da mistura de quatro ondas. A mistura por diferença de frequências, f1 + f2 − f3, tem uma vantagem sobre a soma de frequências, pois o casamento de fase pode permitir uma faixa de ajuste maior.

A mistura por diferença de frequências entre dois fótons de um laser de excímero de ArF, em 193 nm, e um laser sintonizável visível ou no infravermelho próximo, em hidrogênio ou criptônio, produz VUV sintonizável intensificado por ressonância entre 100 e 200 nm. Na prática, a falta de materiais adequados para as janelas das células de gás ou vapor abaixo do limite de transmissão do fluoreto de lítio restringe a sintonia a comprimentos de onda superiores a aproximadamente 110 nm. Configurações sem janelas permitiram obter VUV sintonizável até 75 nm.

Fontes de ultravioleta extremo por plasma e síncrotron

Lasers são usados para gerar indiretamente radiação ultravioleta extrema não coerente em 13,5 nm, empregada na litografia ultravioleta extrema. Essa radiação é emitida por transições eletrônicas em um plasma de estanho ou xenônio extremamente quente, excitado por um laser. A técnica dispensa o síncrotron e pode produzir UV próximo da faixa dos raios X. Fontes de luz síncrotron também produzem todos os comprimentos de onda ultravioletas, inclusive os próximos da fronteira com os raios X, em 10 nm.

Efeitos sobre a saúde humana

Os efeitos da radiação ultravioleta sobre a saúde humana envolvem os riscos e os benefícios da exposição solar e questões como os efeitos das lâmpadas fluorescentes sobre a saúde. A exposição excessiva ao Sol pode ser prejudicial, enquanto a exposição moderada pode trazer benefícios.

Efeitos benéficos

A radiação UVB permite que o organismo produza vitamina D, necessária à vida. A síntese dessa vitamina na pele depende da exposição ao UV. A Academia Americana de Dermatologia não recomenda a exposição intencional ao Sol ou a câmaras de bronzeamento para obter vitamina D, devido ao risco de câncer de pele.

A vitamina D também pode ser obtida pela alimentação e por suplementos. A exposição solar excessiva, porém, causa danos.

Doenças da pele

Raios UV são usados no tratamento de determinadas doenças da pele. A fototerapia ultravioleta pode tratar psoríase, eczema, vitiligo, dermatite atópica e esclerodermia localizada. A icterícia também é tratada por fototerapia, mas com luz visível, especialmente azul. A radiação UVB pode interromper o ciclo celular dos queratinócitos, as células mais abundantes da pele. Por isso, a fototerapia pode ser usada em condições como a psoríase e a queilite esfoliativa, nas quais as células da pele se dividem mais rapidamente que o normal ou o necessário.

Efeitos prejudiciais

O efeito de queimadura solar, quantificado pelo índice UV, resulta do produto do espectro solar, que expressa a intensidade da radiação, pelo espectro de ação eritematosa, que expressa a sensibilidade da pele, ao longo da faixa ultravioleta. Por miliwatt de intensidade, a capacidade de causar queimaduras aumenta quase cem vezes entre 315 e 295 nm, na região UVB.

Em seres humanos, a exposição excessiva ao UV pode causar danos agudos e crônicos aos olhos. O risco aumenta em grandes altitudes. Pessoas que vivem em latitudes elevadas, onde a neve permanece até o início do verão e o Sol fica baixo mesmo ao atingir sua altura máxima no céu, são particularmente vulneráveis. A pele, o sistema circadiano e o sistema imunológico também podem ser afetados.

A variação dos efeitos da luz com o comprimento de onda sobre a córnea e a pele pode ser expressa por espectros de ação, entre eles o espectro de ação eritematosa. A resposta imediata é pequena na faixa UVA, mas a capacidade de provocar fotoceratite e vermelhidão da pele aumenta perto do início da faixa UVB, em 315 nm, e cresce rapidamente até 300 nm. Pessoas de pele clara são mais sensíveis. A pele e os olhos têm grande sensibilidade a danos entre 265 e 275 nm, na faixa UVC. Comprimentos de onda ainda menores também causam danos, mas sua presença na superfície terrestre é reduzida pela absorção atmosférica. O índice ultravioleta, padronizado pela Organização Mundial da Saúde, expressa a intensidade total da radiação UV capaz de causar queimaduras na pele, ponderada pelo espectro de ação em determinado local e momento. Ele dá maior peso aos comprimentos de onda com maior capacidade de produzir eritema.

Danos à pele

Fótons ultravioletas danificam o DNA de diferentes maneiras. Em uma delas, bases de timina vizinhas se ligam entre si, em vez de se ligarem às bases da fita oposta. Esse dímero de timina deforma a molécula e prejudica seu funcionamento.

A exposição excessiva ao UVB pode causar queimaduras solares e algumas formas de câncer de pele. A intensidade da vermelhidão e da irritação ocular, em geral provocadas sobretudo por UVB, não permite prever os efeitos de longo prazo da exposição, embora acompanhe danos provocados pelo ultravioleta.

As faixas ultravioletas podem danificar as fibras de colágeno e acelerar o envelhecimento da pele. Em camundongos sem pelos, a radiação UV também pode reduzir a quantidade de vitamina A na epiderme.

A radiação UVB pode danificar diretamente o DNA. A relação entre esse dano e o câncer é uma das razões para a preocupação com a redução da camada de ozônio e o buraco na camada de ozônio.

O melanoma, a forma mais letal de câncer de pele, tem entre seus fatores de risco a exposição à radiação ultravioleta. Algumas mutações presentes nesses tumores não têm a assinatura típica do dano UV direto. Em um estudo de 2002, isso ocorreu em 92% das mutações de BRAF examinadas em melanomas, porcentagem que se refere às mutações desse gene na amostra, e não a todos os melanomas. A exposição solar intensa e intermitente e as queimaduras solares aumentam o risco de melanoma. O UVC é a faixa de maior energia entre UVA, UVB e UVC, e pode causar efeitos mutagênicos e carcinogênicos.

O UVA já foi tido como inofensivo ou menos nocivo que o UVB, mas também pode favorecer o câncer de pele por danos indiretos ao DNA, mediados por radicais livres e outras espécies reativas de oxigênio. Ele pode gerar intermediários químicos muito reativos, como radicais hidroxila e de oxigênio, capazes de danificar o DNA. Em experimentos com pele de camundongos, o UVA produziu sobretudo rupturas em uma fita de DNA, enquanto o UVB provocou formação direta de dímeros de timina ou de citosina e rupturas nas duas fitas. O UVA também pode suprimir respostas imunológicas e provocar mutações nos queratinócitos da camada basal da pele.

Os fótons UVB podem causar danos diretos ao DNA ao excitar suas moléculas nas células da pele. Isso favorece ligações covalentes anormais entre bases pirimidínicas vizinhas, formando dímeros. A maioria desses dímeros é removida pelo reparo por excisão de nucleotídeos, que envolve cerca de 30 proteínas diferentes. Os que escapam desse processo podem desencadear a morte celular programada, ou apoptose, ou causar erros de replicação que resultam em mutações.

O UVB também danifica o RNA mensageiro. Esse dano desencadeia uma via rápida de inflamação e queimadura solar. Primeiro, ele é detectado pelos ribossomos, por meio da proteína ZAK-alfa, em uma resposta de vigilância celular chamada de resposta ao estresse ribotóxico. A detecção do RNA danificado ativa a sinalização inflamatória e o recrutamento de células imunológicas. Essa resposta, mais rápida que a detecção de danos ao DNA, participa da inflamação cutânea e da queimadura solar aguda induzidas por UVB.

Como defesa contra a radiação UV, a pele aumenta a quantidade de melanina, um pigmento castanho, quando recebe níveis moderados de radiação, que variam conforme o tipo de pele. Esse escurecimento é o bronzeamento. A melanina absorve UV e dissipa a energia como calor, protegendo a pele de danos diretos e indiretos ao DNA. O UVA escurece rapidamente a melanina já presente e altera sua distribuição a partir dos melanócitos, produzindo um bronzeamento que pode durar dias. O UVB estimula a produção de mais melanina e provoca um bronzeamento que leva aproximadamente dois dias para se desenvolver.

Debate sobre a segurança dos protetores solares

Efeito do protetor solar. À esquerda, uma fotografia comum do rosto. À direita, uma imagem obtida com ultravioleta refletido. O homem passou protetor apenas no lado direito do rosto, que parece mais escuro porque o produto absorve a radiação UV.

Organizações médicas recomendam o uso de protetor solar para reduzir os danos da radiação UV. Experimentos com células vivas mostraram que alguns filtros solares podem produzir substâncias potencialmente nocivas quando irradiados. A penetração desses ingredientes nas camadas inferiores da pele varia com a formulação, mas a absorção, por si só, não comprova que o uso do produto cause danos à saúde.

O protetor solar reduz danos diretos ao DNA ao bloquear UVB. O fator de proteção solar, ou FPS, expressa a proteção contra o eritema causado principalmente por essa radiação e também é chamado de fator de proteção UVB. O FPS, isoladamente, não informa a proteção contra UVA, que pode causar danos mesmo sem produzir queimadura imediata. Estudos publicados nas décadas de 1990 e 2000 discutiram se a ausência de filtros UVA poderia explicar a maior frequência de melanoma observada entre usuários de protetor solar em algumas populações. No acompanhamento de um ensaio clínico randomizado australiano, o grupo orientado a usar protetor diariamente teve menos melanomas invasivos. A diferença no total de melanomas, porém, não atingiu o limiar estatístico convencional de 5%. Protetores com dióxido de titânio, óxido de zinco ou avobenzona podem oferecer proteção contra UVA. A recomendação médica é usar produtos de amplo espectro, que protegem contra UVA e UVB.

As propriedades fotoquímicas da melanina permitem uma fotoproteção eficiente. Certos filtros solares, porém, não dissipam a energia de seus estados excitados com a mesma eficiência. Em condições experimentais, sua penetração em camadas inferiores da pele pode aumentar a formação de espécies reativas de oxigênio. A quantidade que atravessa o estrato córneo e as consequências dessa penetração dependem do produto e das condições de exposição.

Em um experimento publicado em 2006, Kerry Hanson e colaboradores mediram espécies reativas de oxigênio em amostras de pele com e sem protetor solar. Nos primeiros 20 minutos, a película do produto reduziu sua formação. Após 60 minutos, com a penetração dos filtros, a quantidade foi maior nas amostras com protetor do que naquelas sem o produto. Os autores defenderam a reaplicação em até duas horas para restabelecer a película protetora e impedir que a radiação alcançasse células vivas contendo os filtros absorvidos.

Agravamento de doenças da pele

A radiação ultravioleta pode agravar doenças como lúpus eritematoso sistêmico, síndrome de Sjögren, síndrome de Senear-Usher, rosácea, dermatomiosite, doença de Darier, síndrome de Kindler e poroqueratose.

Danos aos olhos

Placas alertam para o risco de fontes intensas de radiação UV.

Os olhos são especialmente sensíveis aos danos da radiação entre 265 e 275 nm, na faixa UVC. Esses comprimentos de onda quase não existem na luz solar que chega à superfície terrestre, mas são emitidos por fontes artificiais, como os arcos elétricos da soldagem a arco. A exposição sem proteção pode causar fotoceratite, chamada de "queimadura de soldador". O UVB solar também pode causar fotoceratite, ou "cegueira da neve". A córnea e o cristalino absorvem o UVB, enquanto uma pequena parcela do UVA pode alcançar a retina. A exposição crônica ao UV aumenta o risco de catarata e pterígio.

A proteção ocular reduz esses riscos. Como a luz pode atingir os olhos pelas laterais, a proteção deve cobrir toda a região quando há maior exposição, como no montanhismo em grandes altitudes. Nessas condições, a filtragem atmosférica é menor e a neve e o gelo refletem a radiação. Óculos comuns, sem tratamento especial, oferecem alguma proteção. A maioria das lentes plásticas protege mais que as de vidro, pois o acrílico comum transmite menos UVA. Alguns materiais, como o policarbonato, bloqueiam naturalmente a maior parte da radiação UV.

Degradação de polímeros, pigmentos e corantes

Corda de polipropileno danificada pelo UV, à esquerda, e uma corda nova, à direita

A degradação por ultravioleta é uma forma de degradação de polímeros que afeta plásticos expostos à luz solar. Pode provocar alteração de cor, desbotamento, fissuras, perda de resistência ou desintegração. Os efeitos aumentam com o tempo de exposição e a intensidade da luz solar. A adição de absorvedores de UV reduz essa degradação.

Espectro infravermelho com absorção de grupos carbonila produzidos pela degradação UV do polietileno

Entre os polímeros sensíveis estão os termoplásticos e fibras especiais, como as aramidas. A absorção de UV provoca rupturas nas cadeias e perda de resistência nos pontos mais sensíveis da estrutura. Cordas de aramida podem receber uma capa termoplástica para protegê-las da radiação e conservar sua resistência.

Muitos pigmentos e corantes absorvem UV e mudam de cor. Por isso, pinturas e tecidos podem precisar de proteção adicional contra a luz solar e as lâmpadas fluorescentes, duas fontes comuns dessa radiação. O vidro de janelas absorve parte do UV, mas objetos valiosos podem exigir proteção maior. Museus, por exemplo, cobrem aquarelas e tecidos antigos com cortinas escuras. Como as aquarelas podem conter concentrações muito baixas de pigmento, precisam de cuidados adicionais. Vidros de proteção para quadros, materiais acrílicos, como o plexiglas, laminados e revestimentos oferecem diferentes graus de proteção contra UV e luz visível.

Aplicações

A capacidade de provocar reações químicas e excitar a fluorescência permite muitos usos da radiação ultravioleta. Algumas aplicações das diferentes faixas são apresentadas a seguir.

Fotografia

Retrato obtido apenas com luz ultravioleta entre 335 e 365 nanômetros

O filme fotográfico responde à radiação ultravioleta, mas as lentes de vidro das câmeras geralmente bloqueiam comprimentos de onda inferiores a 350 nm. Filtros UV levemente amarelados são usados na fotografia ao ar livre para evitar tons azulados indesejados e superexposição. A fotografia no ultravioleta próximo pode usar filtros especiais. Abaixo de 350 nm, são necessárias lentes de quartzo que não absorvam a radiação. Sensores de câmeras digitais podem ter filtros internos que bloqueiam UV para melhorar a reprodução das cores. Em alguns casos, esses filtros podem ser removidos ou não estão presentes, e um filtro externo que bloqueia a luz visível permite fotografar no ultravioleta próximo. Algumas câmeras são projetadas especificamente para UV.

A fotografia por ultravioleta refletido é útil em investigações médicas, científicas e forenses, como a detecção de hematomas, alterações em documentos e intervenções de restauro em pinturas. Já a fotografia da fluorescência produzida pela iluminação ultravioleta registra luz visível.

Aurora no polo norte de Júpiter, observada em ultravioleta pelo Telescópio Espacial Hubble

Na astronomia ultravioleta, as medições permitem determinar a composição química do meio interestelar e a temperatura e composição das estrelas. Como a camada de ozônio impede que muitas frequências UV alcancem telescópios na superfície terrestre, a maior parte das observações é feita a partir do espaço.

Marte em ultravioleta, fotografado pela sonda MAVEN em 13 de julho de 2016. Na imagem em cores falsas, a região magenta junto ao polo sul corresponde à absorção de UV pelo ozônio atmosférico.

Indústria elétrica e eletrônica

O efeito corona em equipamentos elétricos pode ser detectado por suas emissões ultravioletas. Essas descargas degradam o isolamento elétrico e produzem ozônio e óxidos de nitrogênio.

Memórias EPROM, programáveis e apagáveis, são apagadas por exposição à radiação UV. Esses componentes têm uma janela transparente de quartzo sobre o chip, que permite a entrada da radiação.

Uso de corantes fluorescentes

Corantes fluorescentes incolores que emitem luz azul sob UV são adicionados ao papel e aos tecidos como branqueadores ópticos. Essa luz compensa tonalidades amareladas e faz os brancos parecerem mais brancos e as cores mais vivas.

Corantes fluorescentes que emitem nas cores primárias são usados em tintas, papéis e tecidos para intensificar as cores sob a luz do dia ou produzir efeitos especiais sob lâmpadas UV. Tintas de luz negra, com corantes que brilham sob ultravioleta, têm aplicações artísticas e decorativas.

Uma ave se torna visível em muitos cartões Visa quando iluminados por uma fonte UV.

Para dificultar a falsificação de dinheiro e de documentos, como carteiras de motorista e passaportes, o papel pode conter uma marca-d'água UV ou fibras fluorescentes multicoloridas visíveis sob ultravioleta. Selos postais recebem faixas de material luminescente que brilham sob UV e permitem sua detecção automática e a orientação das cartas nas máquinas de triagem.

Corantes fluorescentes UV são usados em áreas como a bioquímica e a ciência forense. Algumas marcas de spray de pimenta deixam no agressor um corante UV invisível e difícil de remover, que pode facilitar sua identificação posterior pela polícia.

Em certos ensaios não destrutivos, o UV excita corantes fluorescentes para tornar visíveis defeitos em materiais. Esses corantes podem penetrar por capilaridade em fissuras abertas à superfície, no ensaio por líquido penetrante, ou aderir a partículas de ferrita acumuladas em campos de fuga magnética de materiais ferrosos, no ensaio por partículas magnéticas.

Usos analíticos

Ciência forense

O ultravioleta auxilia a investigação de locais de crime ao permitir localizar e examinar fluidos corporais, como sêmen, sangue e saliva. Fontes UV de alta potência, por exemplo, podem revelar fluidos ejaculatórios e saliva em superfícies de diferentes texturas e cores. A microespectroscopia UV-visível também é usada para analisar vestígios, como fibras têxteis e fragmentos de tinta, e documentos questionados.

Outras aplicações são a autenticação de objetos de coleção e obras de arte e a detecção de dinheiro falso. Mesmo materiais sem corantes sensíveis ao UV podem apresentar fluorescência característica ou respostas diferentes ao ultravioleta de ondas curtas e longas.

Aumento do contraste da tinta

O imageamento multiespectral permite ler papiros ilegíveis, como os carbonizados da Vila dos Papiros, os de Oxirrinco e o palimpsesto de Arquimedes. A técnica fotografa o documento com filtros infravermelhos ou ultravioletas ajustados para captar determinados comprimentos de onda. Isso permite encontrar a faixa em que o contraste entre a tinta e o suporte é maior.

Fontes simples de ultravioleta próximo podem tornar mais visível a tinta ferrosa desbotada em velino.

Verificação de higiene

Pessoa com equipamento de proteção completo, brilhando sob luz ultravioleta
Após um treinamento com fluidos corporais simulados, o equipamento de proteção individual de um profissional de saúde é examinado sob ultravioleta para encontrar gotas invisíveis. Em uma situação real, esses fluidos poderiam conter vírus letais ou outros contaminantes.

O ultravioleta ajuda a detectar resíduos orgânicos em superfícies onde a limpeza e a desinfecção periódicas foram insuficientes. É usado na hotelaria, na indústria e em outras atividades que verificam níveis de limpeza ou contaminação.

Reportagens televisivas também usam dispositivos semelhantes para mostrar condições insalubres em hotéis, banheiros públicos, corrimãos e outros locais.

Química

A espectroscopia UV-visível é muito usada em química para analisar estruturas químicas, especialmente sistemas conjugados. A radiação UV pode excitar uma amostra, cuja emissão fluorescente é medida por um espectrofluorímetro. Em pesquisas biológicas, é usada na quantificação de ácidos nucleicos e proteínas. Na química ambiental, também permite detectar contaminantes de preocupação emergente em amostras de água.

No controle da poluição, analisadores ultravioletas detectam emissões de óxidos de nitrogênio, compostos de enxofre, mercúrio e amônia, por exemplo nos gases de combustão de usinas termelétricas a combustíveis fósseis. Películas finas de petróleo derramado sobre a água podem ser detectadas pela elevada refletividade em UV, pela fluorescência de seus compostos ou pela absorção da radiação UV gerada pelo espalhamento Raman na água. A absorbância UV também permite quantificar contaminantes em águas residuais. A medição em 254 nm é frequentemente usada como indicador indireto da matéria orgânica natural. Outra técnica emprega uma matriz de excitação-emissão para detectar e distinguir contaminantes por suas propriedades fluorescentes. Essa matriz permite diferenciar grupos de matéria orgânica natural pela excitação e emissão de seus fluoróforos. Determinadas estruturas moleculares apresentam fluorescência em extensas faixas de excitação e emissão. Lâmpadas ultravioletas também são usadas na análise de alguns minerais e gemas.

Usos na ciência dos materiais

Detecção de incêndios

Amostras minerais emitem fluorescência intensa em diferentes comprimentos de onda sob irradiação UV.

Detectores de ultravioleta geralmente usam um dispositivo de estado sólido, como um sensor de carbeto de silício ou nitreto de alumínio, ou um tubo preenchido com gás. Detectores sensíveis a regiões do espectro presentes na luz solar e na iluminação artificial também respondem a essas fontes. Uma chama de hidrogênio emite intensamente entre 185 e 260 nanômetros e muito pouco no infravermelho. Já a combustão do carvão emite pouco UV e muito infravermelho. Por isso, a combinação de sensores UV e infravermelhos pode ser mais confiável que um detector UV isolado. Praticamente todos os incêndios emitem alguma radiação UVC, enquanto a atmosfera terrestre absorve a emissão solar nessa faixa. Um detector UVC pode, assim, ser insensível ao Sol e operar em ambientes internos e externos sem disparar por causa da luz solar.

Detectores UV respondem à combustão de hidrocarbonetos, metais, enxofre, hidrogênio, hidrazina e amônia. Soldagem a arco, arcos elétricos, relâmpagos, materiais radioativos e, embora com baixa probabilidade, equipamentos de raios X usados em ensaios não destrutivos de metais podem ativá-los. Gases e vapores que absorvem UV reduzem a radiação que chega de uma chama e prejudicam a detecção. Névoa de óleo no ar ou uma película de óleo sobre a janela do sensor têm o mesmo efeito.

Fotolitografia

A radiação ultravioleta é usada na fotolitografia de alta resolução. Nesse processo, uma substância fotossensível chamada fotorresiste é exposta ao UV que atravessou uma máscara. A exposição provoca reações químicas no material. Após a remoção das partes indesejadas do fotorresiste, o padrão da máscara permanece na amostra. As áreas descobertas podem então ser corroídas, receber depósitos ou passar por outras modificações.

A fotolitografia é empregada na fabricação de semicondutores, componentes de circuitos integrados e placas de circuito impresso. A produção de circuitos integrados usa UV em 193 nm e ultravioleta extremo em 13,5 nm.

Polímeros

Componentes eletrônicos que precisam transmitir luz, como painéis fotovoltaicos e sensores, podem ser encapsulados em resinas acrílicas curadas por UV. O processo oferece cura rápida e baixa emissão de compostos orgânicos voláteis.

Efeitos do UV sobre superfícies acabadas após 0, 20 e 43 horas

Certas tintas, revestimentos e adesivos contêm fotoiniciadores e resinas. A exposição ao UV provoca polimerização, que endurece ou cura o adesivo, geralmente em poucos segundos. As aplicações abrangem a união de vidro e plástico, o revestimento de fibras ópticas e pisos, os revestimentos UV e acabamentos de papel na impressão offset, restaurações dentárias, adesivos hidrofóbicos ativados por luz e géis decorativos para unhas.

As fontes para cura incluem lâmpadas UV, LEDs e lâmpadas de flash de excímero. Processos rápidos, como impressão flexográfica e offset, exigem luz intensa concentrada por refletores sobre um substrato em movimento. Para isso, usam lâmpadas de média ou alta pressão de mercúrio, ou dopadas com ferro, excitadas por arcos elétricos ou micro-ondas. Lâmpadas fluorescentes e LEDs de menor potência podem ser usados em aplicações estáticas. Lâmpadas pequenas de alta pressão permitem focalizar a luz e conduzi-la até a área de trabalho por guias preenchidos com líquido ou por fibras ópticas.

O UV também altera a rugosidade e a hidrofobicidade de superfícies poliméricas. Uma superfície de poli(metacrilato de metila), por exemplo, pode ser alisada por ultravioleta de vácuo.

A radiação UV é útil no preparo de polímeros de baixa energia superficial para receber adesivos. A exposição promove oxidação e eleva essa energia, fortalecendo a união entre o polímero e o adesivo.

Usos biológicos

Purificação do ar

A radiação UVC é usada em sistemas de ar-condicionado para melhorar a qualidade do ar interno por desinfecção e controle do crescimento microbiano. Pode matar ou inativar bactérias, vírus e fungos. As lâmpadas costumam ser instaladas na unidade de tratamento de ar ou perto da serpentina do evaporador. A irradiação do fluxo de ar busca inativar os microrganismos antes que sejam recirculados. A eficácia depende da intensidade da radiação, do tempo de exposição, da velocidade do ar e da limpeza dos componentes.

A fotocatálise com dióxido de titânio e radiação UVC promove a oxidação da matéria orgânica, podendo decompor patógenos, pólen e esporos de fungos em produtos finais inertes. O processo, porém, envolve muitas reações intermediárias e pode formar formaldeído, outros aldeídos e compostos orgânicos voláteis antes de chegar à etapa final. Seu funcionamento exige controle das condições de operação. Muitos contaminantes do ar interno são compostos orgânicos à base de carbono que podem se decompor sob UV intenso entre 240 e 280 nm. A radiação de ondas curtas também pode destruir o DNA de microrganismos. A eficácia germicida do UVC depende diretamente da intensidade e do tempo de exposição.

O ultravioleta também pode reduzir contaminantes gasosos, como monóxido de carbono e compostos orgânicos voláteis. Lâmpadas com emissão em 184 e 254 nm podem remover baixas concentrações de hidrocarbonetos e monóxido de carbono quando o ar circula repetidamente entre o ambiente e a câmara de irradiação. O sistema precisa impedir que o ozônio produzido seja devolvido ao ambiente. Outra configuração faz o ar passar por uma fonte de 184 nm e depois por um material catalítico que remove o ozônio.

Esterilização e desinfecção

Um tubo de descarga de vapor de mercúrio de baixa pressão ilumina o interior de uma cabine fora de uso com UV de ondas curtas, reduzindo a contaminação microbiológica das superfícies irradiadas.

Lâmpadas ultravioletas são usadas para desinfetar superfícies e equipamentos em laboratórios de biologia e instalações médicas. Lâmpadas comerciais de vapor de mercúrio de baixa pressão concentram sua emissão em aproximadamente 254 nm, na faixa de maior eficácia germicida, entre 240 e 280 nm. Nesses comprimentos de onda, o UV danifica os ácidos nucleicos dos microrganismos e impede sua reprodução. A eficácia depende da dose, do microrganismo e das condições da superfície. Pequenas fendas, matéria orgânica e áreas sombreadas podem proteger os microrganismos, por isso a irradiação não garante, por si só, a esterilização.

LEDs UVC foram incorporados a sistemas comerciais de desinfecção. Sua emissão ocupa uma faixa estreita, mas não é estritamente monocromática. Dispositivos estudados apresentaram largura espectral à meia altura de aproximadamente 10 a 12 nm. A escolha do comprimento de onda é útil porque os patógenos têm sensibilidades diferentes ao UV. Esses LEDs não contêm mercúrio, podem ser ligados e desligados imediatamente e permitem ciclos frequentes de operação ao longo do dia.

A desinfecção por UV é comum no tratamento de águas residuais e também é empregada no tratamento de água potável municipal. Muitas empresas que engarrafam água de nascente usam equipamentos UV para desinfetá-la. A desinfecção solar da água é estudada como método de baixo custo para tratar água contaminada com luz solar. A radiação UVA e o aumento da temperatura inativam organismos presentes na água.

Na indústria de alimentos, o ultravioleta é usado para eliminar microrganismos indesejados. Sucos de frutas podem ser pasteurizados ao passar por uma fonte ultravioleta de alta intensidade. A eficácia depende da absorbância UV do suco.

A luz pulsada elimina microrganismos de superfícies por pulsos intensos de amplo espectro, com emissão UVC entre 200 e 280 nm. Lâmpadas de flash de xenônio podem produzir esses pulsos muitas vezes por segundo. Robôs de desinfecção também empregam UV pulsado.

O UVC distante filtrado em 222 nm foi estudado para o controle de doenças transmitidas pelo ar. Experimentos com bactérias e fungos mostraram inibição de patógenos e examinaram seu potencial para desinfecção em hospitais e instituições de cuidados prolongados, com menores danos aos tecidos nas condições testadas. A radiação UVC também inativa o SARS-CoV-2.

Biologia

A maioria das aves, dos répteis e dos insetos, como as abelhas, e alguns mamíferos, como camundongos, renas, cães e gatos, percebem comprimentos de onda do ultravioleta próximo. Muitos frutos, flores e sementes se distinguem mais nitidamente do fundo sob UV que na visão de cores humana. Escorpiões emitem fluorescência amarela a verde, o que facilita sua localização e controle. Estomatópodes como Neogonodactylus oerstedii percebem ultravioleta, usado em atividades como a caça. Muitas aves têm padrões na plumagem invisíveis aos olhos humanos, mas perceptíveis em UV. Urina e outras secreções de cães, gatos e seres humanos também são mais fáceis de localizar sob essa iluminação. Rastros de urina de roedores podem ajudar profissionais de controle de pragas a examinar imóveis infestados.

Nas renas do Ártico, a córnea e o cristalino deixam passar parte do ultravioleta, ao qual os bastonetes e os cones da retina respondem mesmo sob baixa intensidade luminosa. Essa sensibilidade amplia a faixa de luz disponível à visão durante os longos crepúsculos da primavera e do outono.

Borboletas usam o ultravioleta na comunicação, no reconhecimento do sexo e no acasalamento. Em Colias eurytheme, por exemplo, os machos usam sinais visuais para localizar e reconhecer as fêmeas. A cor das asas posteriores das fêmeas, que reflete UV, os atrai durante a procura por parceiras, sem depender apenas de estímulos químicos. Em Pieris napi, fêmeas do norte da Finlândia, onde há menos radiação UV no ambiente, apresentaram sinais ultravioletas mais fortes que as do sul. Os pesquisadores interpretaram essa diferença como resultado de uma maior dificuldade evolutiva em aumentar a sensibilidade UV dos olhos dos machos do que em intensificar os sinais emitidos pelas fêmeas.

Muitos insetos usam a radiação ultravioleta de objetos celestes como referência de orientação durante o voo. Uma fonte local de UV pode perturbar essa orientação e atrair o inseto.

Entomologista usa uma lâmpada UV para coletar besouros no Chaco, no Paraguai.

A proteína verde fluorescente, ou GFP, é muito usada como marcador em genética. Substâncias como as proteínas têm bandas intensas de absorção ultravioleta de interesse para a bioquímica e áreas próximas. Espectrofotômetros capazes de medir UV são comuns nesses laboratórios.

Armadilhas elétricas atraem pequenos insetos voadores com ultravioleta e os matam por choque ou os prendem ao contato com o dispositivo. Outros modelos de armadilhas UV são usados por entomologistas na coleta de insetos noturnos para levantamentos faunísticos.

Terapia

A radiação ultravioleta é usada no tratamento de doenças da pele, como psoríase e vitiligo. A exposição ao UVA após a administração de psoralenos, que tornam a pele mais sensível à luz, pode tratar a psoríase. Na terapia PUVA, a exposição acumulada é limitada e acompanhada clinicamente, em razão de riscos como câncer de pele e possíveis efeitos dos psoralenos sobre o fígado.

A fototerapia UVB pode produzir benefício terapêutico sem medicamentos adicionais ou preparações tópicas. Também pode ser combinada com antralina, alcatrão de hulha e derivados das vitaminas A e D, ou com tratamentos sistêmicos, como metotrexato e acitretina.

Herpetologia

A radiação UVB permite a síntese cutânea de vitamina D em répteis. O colecalciferol, ou vitamina D3, participa do metabolismo do cálcio necessário aos ossos e aos ovos, além de funções celulares e neuromusculares. Muitos répteis também enxergam UVA, que pode participar da comunicação visual entre indivíduos. Em cativeiro, a iluminação precisa corresponder à ecologia da espécie, com intensidade, espectro e áreas de sombra adequados. Espécies que se aquecem ao Sol exigem condições diferentes das que permanecem à sombra.

A suplementação com vitamina D3 não reproduz todos os efeitos da iluminação ultravioleta e pode causar intoxicação quando excessiva. Na pele, o UVB converte o 7-desidrocolesterol em pré-vitamina D3, que se transforma em vitamina D3 pelo calor. Outras reações fotoquímicas limitam seu acúmulo, uma regulação que não ocorre da mesma forma com suplementos orais. A luz solar natural pode fornecer a combinação adequada de radiação e calor, mas nem sempre está disponível nas condições de criação.

Fontes artificiais com espectro inadequado ou instaladas muito perto do animal podem lesar a pele e os olhos, inclusive causar fotoceratite. Há lâmpadas que combinam calor e UV, mas a proporção entre UVA, UVB e calor varia entre os modelos e pode não atender a uma espécie. O uso de fontes separadas de calor e UV permite ajustar sua posição e intensidade com maior independência. A escolha e a instalação precisam considerar o gradiente de exposição e permitir que o animal se afaste da radiação.

Efeitos nos ecossistemas aquáticos

A radiação ultravioleta pode reduzir a fotossíntese do fitoplâncton e afetar organismos em diferentes níveis das cadeias alimentares aquáticas. A exposição depende da profundidade, da mistura da água e da quantidade de matéria orgânica dissolvida e de partículas, que absorvem UV. A cobertura de neve e gelo também limita a entrada dessa radiação. Organismos aquáticos reduzem os danos por mecanismos de reparo do DNA, substâncias fotoprotetoras ou deslocamento para regiões menos iluminadas.

O UV solar também inativa parasitas e outros agentes patogênicos nas águas superficiais. O aumento da matéria orgânica dissolvida escurece a água, reduz a penetração da radiação e enfraquece essa desinfecção natural. Os efeitos sobre outros organismos dependem de sua sensibilidade e da de seus predadores e competidores.

Relações com a evolução

A radiação ultravioleta integra hipóteses sobre a origem evolutiva de proteínas e enzimas envolvidas na reprodução. O UVB pode unir bases de timina vizinhas no DNA em dímeros de timina, que dificultam sua cópia pelas enzimas de replicação. Essas lesões podem provocar mudanças na fase de leitura durante a replicação genética e a síntese proteica, frequentemente fatais para a célula. Na hipótese apresentada por Lynn Margulis e Dorion Sagan, antes da formação da camada de ozônio, os primeiros procariontes que se aproximavam da superfície do oceano ficavam expostos a doses letais de UV. A seleção teria favorecido organismos com enzimas capazes de examinar o material genético e remover dímeros por reparo por excisão de nucleotídeos. A semelhança entre enzimas de reparo e proteínas da mitose e da meiose fundamenta a hipótese de que parte da maquinaria reprodutiva tenha evoluído a partir de mecanismos de reparo do DNA danificado por UV.

Níveis elevados de radiação ultravioleta, especialmente UVB, também foram propostos como uma possível causa de extinções em massa no registro fóssil.

Fotobiologia

A fotobiologia estuda os efeitos da radiação ultravioleta, da luz visível e da radiação infravermelha sobre os seres vivos e o ambiente. Ela abrange as interações benéficas e prejudiciais dessas radiações com os organismos.

Ver também

Referências

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Bibliografia complementar

Ligações externas

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