Radiazione ottica
Dell'energia radiante a cui siamo esposti ogni giorno percepiamo soltanto una piccola quantità sotto forma di luce o calore. L'uomo non riesce a rendersi conto della rimanente parte dello spettro elettromagnetico, la più grande, di cui fanno parte anche i raggi UV.
Questi tipi di energia possono essere spiegati tramite un modello che si fonda sulla lunghezza d'onda: le radiazioni si distinguono in base alla loro frequenza. Le onde radio, ad esempio, sono onde lunghe, mentre le radiazioni ottiche appartengono al campo delle onde corte. L'intervallo di frequenza della radiazione UV interessa solo una parte decisamente ridotta dello spettro elettromagnetico.
Radiazione UV
I raggi ultravioletti (UV) sono un tipo di energia ad onde corte, che, insieme alla luce e alla radiazione infrarossa, fanno parte del gruppo delle lunghezze d'onda dello spettro ottico. I raggi UV si lasciano piegare, curvare, diffrangere, assorbire e riflettere.
La denominazione "ultravioletto" (nel senso di "oltre il violetto") si basa sul fatto che lo spettro dei raggi UV inizia con lunghezze d'onda più corte rispetto a quelle che l'occhio umano percepisce come colore violetto. Ne consegue che i raggi UV sono invisibili all'occhio umano.
I raggi UV vengono suddivisi in tre bande:
| UV-A (onde lunghe): UV-B (onde medie): UV-C (onde corte): |
400 - 315 nm 315 - 280 nm 280 - 200 nm |
I raggi UVA ad onda lunga raggiungono la superficie terrestre come parte delle radiazioni solari. Sono all'origine di diversi processi fotochimici, hanno un effetto pigmentante a breve termine (abbronzatura) e possono causare danni indiretti al DNA e melanomi. I raggi UVA attraversano il vetro e le plastiche trasparenti.
I raggi UVB ad onda media mostrano un effetto pigmentante ritardato che si manifesta in un aumento della produzione di melanina. Inoltre possono provocare eritemi cutanei sotto forma di scottature solari.
Gli UVB sono anche responsabili della produzione della previtamina D nel corpo umano. Questa radiazione viene tra l'altro impiegata a scopi terapeutici perché contrasta il rachitismo. Sul livello del mare, la percentuale di raggi UVB è più ridotta che ad alta quota. Già il comune vetro utilizzato per le finestre non può essere attraversato da questi e da raggi UV più corti.
I raggi UVC hanno una lunghezza d'onda più corta e contengono più energia dei raggi UVA e UVB. Comprendono la porzione più ampia dell'intero spettro degli UV e a 260 nm hanno un forte effetto germicida. Analogamente alle lunghezze d'onda della luce, i raggi UVC si muovono soltanto in linea retta e perdono progressivamente di intensità a mano a mano che si allontanano dalla loro sorgente.
Quali raggi hanno un effetto battericida?
Al sole sono attribuiti sin dai tempi più antichi poteri terapeutici. Ciò nonostante fu solo nel 1878 che i ricercatori Arthur Downes e Thomas P. Blunt scoprirono che i microrganismi sottoposti ad un forte irraggiamento solare non si riproducevano più.
Dopo questa scoperta trascorse ancora molto tempo prima che venisse individuata una specifica dipendenza dalla lunghezza d'onda con una reazione massima all'interno della porzione di spettro compresa tra 250 e 270 nm, una parte della radiazione UV appartenente alla banda C ad onda corta (UVC).
Solo a partire dagli anni 50, con la scoperta della struttura a doppia elica del DNA ad opera dei ricercatori James Watson e Francis Crick, si è resa disponibile una chiave di interpretazione.
Perché la radiazione UVC uccide i germi?
La struttura a doppia elica del DNA si basa sull'accoppiamento delle basi purina e pirimidina che sono gli effettivi vettori delle informazioni insieme alle basi dei nucleotididi adenina, timina, guanina e citosina.
Le ricerche svolte negli anni successivi hanno dimostrato che la radiazione UVC, ad onde corte e ricca di energia, provoca principalmente nelle timine un effetto fotochimico. Ne viene infatti causata la dimerizzazione, che significa che due vettori di informazione che si trovano uno vicino all'altro si uniscono o formano una catena.
La modifica molecolare delle basi danneggia il DNA in misura tale che il processo di trascrizione, che è essenziale per la replica del DNA e per la scissione cellulare non può più avere luogo. Una cellula danneggiata in questa maniera finirà con il morire.
Relazione tra dose ed efficacia
L'efficacia di un metodo di disinfezione che utilizzi le radiazioni UVC è direttamente collegata alla dose impiegata (= tempo x energia irradiata / superficie). Elevate intensità per un breve periodo di tempo o intensità ridotte per un intervallo temporale più lungo sono intercambiabili e quasi equivalenti per quanto riguarda l'efficacia della disinfezione. La dose come unità di grandezza indicativa viene espressa in µW*s/cm² spesso anche in J/m².
In linea di principio: Più semplice è la struttura di un microrganismo, maggiore sarà la facilità di inattivarlo tramite la radiazione UV. Ne consegue che è più semplice distruggere i virus, i batteri e le spore batteriche rispetto a microrganismi complessi come ad esempio lieviti e cellule vegetative dei funghi (cellule eucariote). Le spore fungine, il cui DNA è anche protetto da una parete cellulare pigmentata e un citoplasma concentrato, possono essere inattivate solo con l'impiego di dosi di UV più massicce.
Effetti sull'uomo
In dosi elevate i raggi UVC causano nell'uomo irritazioni della cute (eritemi) e infiammazioni oculari dolorose (congiuntivite). Per questo motivo, i valori limite stabiliti dall'Unione europea (Direttiva 2006/25/CE) di 6 mJ/cm² ovvero 60 J/m² di dose di radiazione giornaliera (a 254 nm) non devono essere superati. È quindi necessario proteggersi sempre in maniera adeguata!
Diversamente da quanto accade con i raggi UVA e UVB, la profondità di penetrazione delle radiazioni UVC nella cute umana è molto limitata. Il pericolo di insorgenza del cancro della pelle viene classificato come estremamente ridotto anche nel caso di irraggiamento intenso di UVC (parti del corpo non protette). Non è stato possibile fino ad oggi dimostrare scientificamente che esista una correlazione diretta tra i due fattori.
Utilizzo degli UVC in sicurezza
In linea di principio, i raggi UVC non attraversano alcun materiale solido, neppure il comune vetro per finestre (borosilicato, Duran) né le plastiche trasparenti (vetro acrilico, polistirene, ecc.)
Analogamente alle lunghezze d'onda della luce, i raggi UVC si muovono soltanto in linea retta e perdono di intensità in maniera consistente a mano a mano che si allontanano dalla loro sorgente. Ciò significa che una maggiore lontananza da una sorgente di raggi UV corrisponde a una minore pericolosità della stessa. Da dispositivi che siano dotati di lamelle di protezione ottica o che abbiano un involucro totalmente chiuso non deriverà mai un pericolo immediato.
Nel caso in cui gli occhi o la pelle debbano necessariamente entrare in contatto diretto con una sorgente di raggi UV, misure cautelative di base, come ad esempio occhiali protettivi o creme solari con un elevato fatture di protezione, sono pienamente sufficienti.
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