Luce Ultravioletta: lampade e filtri

Le lampade ultraviolette fanno parte dell’equipaggiamento fondamentale per i collezionisti di minerali fluorescenti. Queste lampade vengono utilizzate sia sul campo, sia nelle collezioni a casa o nei musei. La luce ultravioletta (UV) è quella porzione dello spettro elettromagnetico che si trova oltre il viola dello spettro visibile e ha lunghezze d’onda comprese tra 200nm e 400nm. La luce visibile ha lunghezze d’onda da 400nm a 760nm, con il viola tra 400nm e 450m, seguito dal blu (450-500nm), quindi verde (500-570nm), giallo (570-591nm), arancione (591-610nm) e, infine, rosso (610-760nm).

Così come la luce visibile si divide in colori, anche la luce ultravioletta si divide in fasce di lunghezze d’onda. Per il collettore di minerali fluorescenti, le fasce più importanti sono tre: onda lunga (inglese longwave) abbreviata LW or UVA, onda media (inglese midwave) abbreviata MW or UVB, e onda corta (inglese shortwave) abbreviata SW or UVC. La corrispondenza LW, MW, SW con UVA, UVB e UVC non è strettamente corretta. UVA/B/C sono definite in standard internazionali, in particolare UVA è definita come luce UV tra 315nm e 400nm, UVB tra 280nm e 315nm, e UVC tra 200nm e 280nm. LW, MW e SW sono invece “definiti” dal tipo di lampade che, storicamente, erano più facilmente disponibili e quindi sono state adottate da questo hobby: le lampade a vapori di mercurio a bassa pressione. Queste lampade contengono una piccola quantità di mercurio, meno di una goccia. Facendo passare una scarica elettrica il mercurio emette nell’UVC, UVA e nel visibile. L’emissione più importante è quella nell’UVC, a 254nm, il che la rende la lampada di riferimento SW per osservare la fluorescenza dei minerali nell’UVC. Per creare lampade che emettono nell’UVA o UVB il “trucco” è di riciclare le lampade a mercurio SW e aggiungere, sul vetro interno del bulbo, una sostanza fluorescente, chiamata usualmente “fosforo”, che assorbe la luce UVC e riemette luce nell’UVA o nell’UVB. Ci sono diversi fosfori che emettono a lunghezze d’onda diverse. Tipicamente una lampada LW emette luce UVA a 365nm, mentre una lampada MW emette luce UVB a 310nm. [Va da sé che si può utilizzare anche un fosforo che emette luce nello spettro visibile: in questo modo si ottengono le lampade fluorescenti comunemente utilizzate per la normale illuminazione delle case.]

È importante distinguere quale luce UV si sta usando per osservare la fluorescenza poiché, mentre alcuni minerali emettono fluorescenza dello stesso colore in tutte le lunghezze d’onda, altri emettono fluorescenza in una sola lunghezza d’onda e altri ancora emettono fluorescenza di colori diversi in diverse lunghezze d’onda.

La differenza fra UVA/B/C e LW/MW/SW sta diventando più e più rilevante in questi anni dato lo sviluppo di altri tipi di tecnologie che emettono luce UV, in particolare luci utilizzanti LED. Ad esempio, è ingannevole descrivere some SW un led che emette nell’UVC a 275nm. Si è visto che alcuni minerali reagiscono diversamente con una lampada a mercurio che emette a 254nm ed un LED che emette a 275nm. Entrambi sono UVC, solo la lampada a mercurio è SW. Quando descrivete la fluorescenza dei vostri minerali siate chiari su che tipo di lampada utilizzate.

Di seguito sono descritti un po’ più nei dettagli le lampade che emettono in UVA, UVB e UVC, facendo attenzione anche a che tipi di filtri sono necessari: tutte le luci UV emettono più o meno luce visibile. È quindi necessario usare dei filtri che lasciano passare la luce UV e bloccano la luce visibile.

Un’ultima nota. La luce UV è dannosa per l’uomo. Prima di tutto per gli occhi: usate sempre occhiali protettivi. Secondo per la pelle: la luce UV causa scottature. Proteggetevi sempre quando usate lampade UV.

UVC – Ultravioletto ad onda corta.

L’ultravioletto UVC (a onde corte) è emesso dal sole, ma viene fermato negli strati superiori dell’atmosfera dallo strato di ozono. L’UVC è il più pericoloso per l’uomo: provoca scottature ritardate della pelle e degli occhi, il bruciore può comparire ore dopo l’esposizione. Per questo motivo l’esposizione, anche indiretta, deve essere ridotta al minimo, specialmente quando si usano lampade ad alta potenza. L’UVC è bloccato dalla maggior parte dei vetri o delle plastiche. Quarzo o vetri speciali devono essere utilizzati nelle lampade UVC per far fuoriuscire i raggi UV.

L’UVC è il più popolare per vedere la fluorescenza nei minerali. Il numero di minerali che emettono fluorescenza sotto UVC supera di gran lunga quelli che emettono fluorescenza sotto UVA o UVB. Ma le lampade e filtri necessarie per l’illuminazione UVC sono notevolmente più costose.

Lampada a mercurio ad onda corta – shortwave (SW).

Come detto sopra, la lampada di riferimento per l’UVC è la lampada a mercurio che emette principalmente a 254nm. Queste lampade però emettono anche luce nello spettro visibile, che interferirebbe nel vedere la fluorescenza. Queste lampade devono quindi essere dotate di un filtro – di colore nero – che lascia passare l’UVC, ma blocca la luce visibile. I filtri sono generalmente il componente più costoso, ma sono indispensabili. Oltre ad essere costosi, col tempo l’UVC annebbia i filtri, fenomeno chiamato solarizzazione. Un buon filtro deve quindi avere una buona trasmissione della luce a 254nm, e deve solarizzarsi il più lentamente possibile. Il filtro di riferimento è l’U325C prodotto da Hoya Optics. Questo è ad oggi il filtro che resiste meglio alla solarizzazione ed ha una percentuale di trasmissione nell’UVC più alta. La lampada a mercurio con filtro U325C è chiamata lampada a onde corte (shortwave, SW) ed è la lampada comunemente usata per l’UVC.

Alcune lampade a onde corte producono quantità significative di ozono e sono utilizzate principalmente per la sterilizzazione. L’ozono ha quell’odore di “temporale” di mezza estate e può essere irritante e dannoso in quantità. Peggio ancora, poiché si accumula all’interno della lampada, può bloccare i raggi UV (l’ozono nell’atmosfera è ciò che blocca i raggi UVC provenienti dal sole – ricordate il buco dell’ozono?). Esistono due tipi di lampade UVC: che generano ozono od a bassa produzione di ozono (“no ozono”). L’odore di ozono è percepibile da entrambi i bulbi. Non utilizzate lampade destinate a produrre ozono.

LED UVC.

La nuova tecnologia che si sta lentamente sviluppando è quella dei LED ad emissione nell’UVC. Questi esistono e si possono comprare, ma hanno due problemi principali: primo sono costosi, secondo hanno una intensità di emissione praticamente ridicola. Una lampada SW con una potenza di 25W emette più o meno 8W effettivi a 254nm (circa il 30%). Un led UVC oggi emette in media 10-15mW, ovvero 0.010-0.015W. Un’altra caratteristica a cui fare attenzione è la lunghezza d’onda del picco di emissione di questi led. Ci sono led che emettono da più o meno 250nm in su, e più si va verso lunghezze d’onda corte più l’efficienza è bassa ed i costi sono alti. Oggi i led a 250nm sono rari e costosi. Quelli più diffusi sono forse quelli tra i 270nm e i 280nm.

Nonostante queste limitazioni, i led UVC sono sicuramente interessanti. Per esempio, si è osservato che alcuni minerali rispondono meglio a 275nm rispetto ai 254nm di una lampada SW. Sono però un aspetto più “avanzato” di questo hobby.

UVA – Ultravioletto ad onda lunga.

L’ultravioletto a onde lunghe (UVA) è il più vicino alla luce visibile ed è il tipo di luce UV che la maggior parte delle persone conosce: tutti hanno visto almeno una volta le “lampade di Wood” o a “luce nera” usate nelle discoteche o per illuminare i poster. Questa luce passa facilmente attraverso la maggior parte dei tipi di vetro e plastica. Pertanto, le lampade a onde lunghe sono abbastanza economiche rispetto alle lampade UVC, così come i filtri necessari.

Rispetto all’UVC, meno minerali sono fluorescenti con luci nell’UVA. In alcuni casi, si può osservare una differenza significativa nel colore della fluorescenza tra i due.

Le lampade UVA solitamente emettono UV a 365nm. Questa è la lunghezza d’onda standard. Alcune emettono luce di lunghezza d’onda un po’ più breve o un po’ più lunga, ma sempre fra i 350nm e i 370nm. Non ci sono molte lampade che emettono luce UVA sotto i 350nm (sotto i 320 si parla di UVB), mentre lampade che emettono sopra i 370nm (per esempio i comuni led a 380nm o 395nm) spesso causano una fluorescenza più debole ed emettono troppa luce visibile, il che le rende quasi inutili.

Lampada a mercurio ad onda lunga – longwave (LW).

Storicamente, le lampade UVA utilizzate per osservare la fluorescenza dei minerali sono lampade a mercurio con un fosforo che converte l’emissione del mercurio a 254nm ad una lunghezza d’onda nell’UVA, tipicamente 365nm, ma anche 350nm o 370nm. Anche queste lampade hanno bisogno di un filtro che blocchi la luce visibile. Tipicamente viene utilizzato il vetro di Wood, dal nome dell’ideatore. Spesso, il filtro è direttamente applicato sulla parte esterna del bulbo, creando quelle che sono spesso chiamate lampade di Wood, lampade a luce nera, o “blacklight blue” (BLB). Queste lampade funzionano bene, sono poco costose e facilmente reperibili. Il filtro tende a solarizzare, ma molto più lentamente che nelle lampade UVC e di solito non è un problema. Queste lampade sono chiamate ad onda lunga, longwave, abbreviato LW.

Ad oggi, queste lampade UVA stanno lentamente perdendo terreno, e si preferisce comprare lampade a LED.

LED UVA.

Non so esattamente quando i LED UVA hanno cominciato ad essere competitivi con le lampade a mercurio ad onda lunga, ma oggi sono decisamente la scelta più popolare. I LED UVA sono efficienti, constano poco, occupano meno spazio di una lampada a mercurio, ed emettono a 365nm, tale e quale alle lampade LW. Sono spesso incorporati in lampade portatili che vanno a batteria in formati simili alle torce elettriche. Forse il primo modello divenuto popolare è quello chiamato “Convoy S2”. Più recenti sono la “FYRFLY” o “Convoy C8”, più potenti con una superficie di emissione più ampia. Questi sono solo alcuni nomi. Sul mercato di oggi ci sono svariati modelli con led più o meno potenti.

L’unico “inghippo” di queste lampade è che anche a loro serve un filtro per bloccare la luce visibile, così come serve un filtro per le lampade ad onda lunga. In questo caso il filtro di riferimento è lo “ZWB2”. Sia le lampade a LED, che questi filtri sono relativamente poco costosi. Non comprate lampade senza filtro. Un filtro alternativo è lo ZWB1: molto simile allo ZWB2, lascia passare un po’ meno luce visibile, blocca un po’ più di UV e costa un po’ di più.

UVB – Ultravioletto ad onda media

Lo spettro ultravioletto delle onde medie – UVB – si trova, come dice il nome, tra le onde lunghe e le onde corte. Anche l’UVB fa parte della luce solare: il corpo produce vitamina D utilizzando i raggi UVB, ma gli UVB sono anche noti per causare scottature alla pelle. Le onde UVB, specialmente quelle a lunghezza d’onda più corte, sono quasi completamente bloccate dal vetro comune.

Alcuni minerali che non mostrano una forte fluorescenza sotto UVA o UVC possono essere fortemente fluorescenti sotto l’UVB, forse l’esempio più caratteristico è la fluorescenza rosa dell’agrellite. Occasionalmente può verificarsi un cambiamento di colore, come in alcune calciti, o si può vedere la fluorescenza dove non è stata osservata con le altre due lampade.

La lampada di riferimento è la lampada a mercurio con un fosforo che emette nell’UVB. Anche in questo caso serve un filtro. La solarizzazione non dovrebbe essere un problema: si può usare sia un filtro Hoya U325C, sia i meno costosi ZWB1 e ZWB2. Ci si riferisce a queste lampade col termine midwave (MW).

Ci sono alcuni LED che emettono nell’UVB (di solito a 300nm), ma, come per l’UVC, sono poco potenti e tendenzialmente costosi.

Bibliographia

• “UV Topics” su naturesrainbow.com
• “Ultraviolet Spectrum” su uvminerals.org

Immagine di copertina: Willemite e dolomite da Aroona Zinc Mine, South Australia foto di ChrisClemens.