Barra luminosa
Fuente de luz autónoma de corta duración
  1. La carcasa de plástico cubre el fluido interior.
  2. La cápsula de vidrio cubre la solución.
  3. Solución de oxalato de difenilo y colorante fluorescente
  4. Solución de peróxido de hidrógeno
  5. Después de romper la cápsula de vidrio y mezclar las soluciones, la barra luminosa brilla.
Barras luminosas de diferentes colores diseñadas para usar como pulseras.

Una barra luminosa , también conocida como barra luminosa , luz química , varita luminosa , varilla luminosa y luz rave , es una fuente de luz autónoma y de corta duración. Consiste en un tubo de plástico translúcido que contiene sustancias aisladas que, cuando se combinan, producen luz a través de la quimioluminiscencia . La luz no se puede apagar y solo se puede usar una vez. El tubo usado luego se desecha. Las barras luminosas se usan a menudo para recreación, como para eventos, campamentos, exploración al aire libre y conciertos. Las barras luminosas también se usan para iluminación en aplicaciones militares y de servicios de emergencia . Los usos industriales incluyen la marina, el transporte y la minería.

Historia

El oxalato de bis(2,4,5-tricloro-6-(pentiloxicarbonil)fenilo) , cuya marca registrada es "Cyalume", fue inventado en 1971 por Michael M. Rauhut, [1] de American Cyanamid , basándose en el trabajo de Edwin A. Chandross y David Iba Sr. de Bell Labs . [2] [3]

Otros trabajos tempranos sobre quimioluminiscencia fueron realizados al mismo tiempo por investigadores bajo la dirección de Herbert Richter en el Centro de Armas Navales de China Lake . [4] [5]

En 1973-74 se concedieron varias patentes estadounidenses para dispositivos tipo barra luminosa. [6] [7] [8] Una patente posterior de 1976 [9] recomendaba una única ampolla de vidrio suspendida en una segunda sustancia que, al romperse y mezclarse, proporciona la luz quimioluminiscente. El diseño también incluía un soporte para el dispositivo de señalización, de modo que pudiera lanzarse desde un vehículo en movimiento y permanecer en posición vertical sobre la carretera. La idea era que esto reemplazara a las bengalas de emergencia tradicionales en la carretera y fuera superior, ya que no suponía un peligro de incendio, sería más fácil y seguro de desplegar y no se volvería ineficaz si lo golpeaban los vehículos que pasaban. Este diseño, con su única ampolla de vidrio dentro de un tubo de plástico lleno de una segunda sustancia que, al doblarse, rompe el vidrio y luego se agita para mezclar las sustancias, es el que más se parece a la típica barra luminosa que se vende hoy en día. [ cita requerida ]

A principios de la década de 1980, la mayoría de las barras luminosas se producían en Novato, California, por Omniglow Corp. Omniglow completó una compra apalancada de la división de luz química de American Cyanamid en 1994 y se convirtió en el proveedor líder de barras luminosas en todo el mundo hasta que cerró en 2014. La mayoría de las barras luminosas que se ven hoy en día se fabrican en China. [10]

Desmontaje de una barra luminosa quimioluminiscente, de izquierda a derecha: (1) barra luminosa original intacta; (2) barra luminosa abierta con mezcla de peróxido vertida en un cilindro graduado y ampolla de vidrio con fluoróforo extraída; (3) las tres bajo iluminación UV que muestran fluorescencia del fluoróforo y fluorescencia del recipiente de plástico; (4) quimioluminiscencia de sustancias mezcladas en el cilindro graduado; (5) la mezcla regresó al recipiente de plástico original, mostrando un color de emisión de luz ligeramente diferente (más naranja).

Usos

Las barras luminosas son impermeables, no utilizan pilas, no consumen oxígeno, no generan calor o generan un calor insignificante, no producen ni chispas ni llamas, pueden tolerar altas presiones como las que se encuentran bajo el agua, son económicas y son razonablemente desechables. Esto las hace ideales como fuentes de luz y marcadores de luz para las fuerzas militares, los campistas , los espeleólogos y los buceadores recreativos . [11]

Entretenimiento

Decoración de fiesta

El glowsticking es el uso de barras luminosas en el baile [12] (como en glow poi y wotagei ). Se utilizan con frecuencia para el entretenimiento en fiestas (en particular raves ), conciertos y clubes de baile . Los directores de bandas de música las utilizan para actuaciones nocturnas; las barras luminosas también se utilizan en festivales y celebraciones en todo el mundo. Las barras luminosas también cumplen múltiples funciones como juguetes, advertencias nocturnas fácilmente visibles para los automovilistas y marcas luminosas que permiten a los padres realizar un seguimiento de sus hijos. Otro uso es para efectos de luz transportados por globos . Las barras luminosas también se utilizan para crear efectos especiales en fotografía y cine con poca luz. [13]

El Libro Guinness de los récords registró que la barra luminosa más grande del mundo se rompió a 150 metros (492 pies 2 pulgadas) de altura. Fue creada por el Departamento de Química de la Universidad de Wisconsin-Whitewater para celebrar el sesquicentenario de la escuela, o el 150.° aniversario en Whitewater, Wisconsin , y se rompió el 9 de septiembre de 2018. [14]

Recreación y supervivencia

Las barras luminosas se utilizan para actividades al aire libre, a menudo se usan por la noche para marcar. Los buceadores usan barras luminosas aptas para buceo para marcarse durante las inmersiones nocturnas y luego pueden apagar las luces de buceo brillantes. Esto se hace para permitir la visibilidad de los organismos marinos bioluminiscentes, que no se pueden ver mientras está encendida una luz de buceo brillante. Las barras luminosas se usan en mochilas, estacas para tiendas de campaña y en chaquetas durante las expediciones de campamento nocturno. A menudo, las barras luminosas se recomiendan como un complemento a los kits de supervivencia .

Industria

Existen usos industriales específicos para las barras luminosas, que suelen emplearse como fuente de luz en circunstancias en las que la iluminación eléctrica y los LED no son los más adecuados. Por ejemplo, en la industria minera, las barras luminosas son necesarias para evacuaciones de emergencia en caso de fuga de gas. El uso de una fuente de luz eléctrica en este caso puede provocar una explosión no intencionada. La quimioluminiscencia, el tipo de luz que se utiliza en las barras luminosas, es una "luz fría" que no utiliza electricidad y no provoca la ignición de una fuga de gas.

Las barras luminosas también se utilizan en todo el mundo en la industria marina, a menudo como señuelos de pesca en la pesca con palangre, recreativa y comercial, así como para la seguridad del personal.

Militar

Las barras luminosas fueron inventadas originalmente por el ejército de los EE. UU. [15] y son una parte esencial de las operaciones militares en tierra y mar, donde se las conoce más a menudo como luces químicas. Las barras luminosas también se utilizan dentro de las unidades tácticas de la policía , como fuentes de luz durante las operaciones nocturnas o el combate cuerpo a cuerpo en áreas oscuras. También se utilizan para marcar áreas seguras u objetos importantes. Cuando se usan, se pueden usar para identificar a soldados amigos durante las operaciones nocturnas. [16] Para las operaciones de búsqueda y rescate, las barras luminosas se utilizan a menudo durante los escenarios de rescate de Hombre al agua para crear una prueba luminosa de regreso a la última ubicación conocida de alguien que está perdido en el mar.

Servicios de emergencia

La policía , los bomberos y los servicios médicos de urgencia utilizan barritas luminosas como fuentes de luz, de forma similar a sus aplicaciones militares. A menudo, los equipos de rescate de emergencia reparten barritas luminosas para seguir la pista de las personas durante la noche, que pueden no tener acceso a su propia iluminación. A veces, las barritas luminosas se colocan en chalecos salvavidas y botes salvavidas en buques de pasajeros y comerciales, para garantizar la visibilidad nocturna.

Las barras luminosas suelen formar parte de los kits de emergencia para proporcionar iluminación básica y facilitar la identificación en áreas oscuras. Se pueden encontrar en kits de iluminación de emergencia en edificios, vehículos de transporte público y estaciones de metro .

Operación

Las barras luminosas emiten luz cuando se mezclan dos sustancias químicas. La reacción entre las dos sustancias químicas es catalizada por una base, normalmente salicilato de sodio . [17] Las barras luminosas consisten en un pequeño y frágil recipiente dentro de un recipiente exterior flexible. Cada recipiente contiene una solución diferente. Cuando el recipiente exterior se flexiona, el recipiente interior se rompe, lo que permite que las soluciones se combinen y provoquen la reacción química necesaria. Después de romperse, el tubo se agita para mezclar bien los componentes.

La barra luminosa contiene dos sustancias químicas, un catalizador base y un colorante adecuado ( sensibilizador o fluoróforo ). Esto crea una reacción exergónica . Las sustancias químicas dentro del tubo de plástico son una mezcla del colorante, el catalizador base y oxalato de difenilo . La sustancia química en el vial de vidrio es peróxido de hidrógeno. Al mezclar el peróxido con el éster de oxalato de fenilo, se produce una reacción química que produce dos moles de fenol y un mol de éster de peroxiácido ( 1,2-dioxetanodiona ). [18] El peroxiácido se descompone espontáneamente en dióxido de carbono , liberando energía que excita el colorante, que luego se relaja liberando un fotón . La longitud de onda del fotón (el color de la luz emitida) depende de la estructura del colorante. La reacción libera energía principalmente en forma de luz, con muy poco calor. [17] La ​​razón de esto es que la fotocicloadición inversa [2 + 2] de 1,2-dioxetanodiona es una transición prohibida (viola las reglas de Woodward-Hoffmann ) y no puede proceder a través de un mecanismo térmico regular.

Oxidación de un oxalato de difenilo (arriba), descomposición de 1,2-dioxetanodiona (centro), relajación del colorante (abajo)

Al ajustar las concentraciones de los dos productos químicos y la base, los fabricantes pueden producir barras luminosas que brillen intensamente durante un corto período de tiempo o más tenuemente durante un período prolongado. Esto también permite que las barras luminosas funcionen satisfactoriamente en climas cálidos o fríos, al compensar la dependencia de la temperatura de la reacción. En la concentración máxima (que normalmente solo se encuentra en entornos de laboratorio), la mezcla de los productos químicos da como resultado una reacción furiosa, que produce grandes cantidades de luz durante solo unos segundos. El mismo efecto se puede lograr agregando cantidades copiosas de salicilato de sodio u otras bases. Calentar una barra luminosa también hace que la reacción se realice más rápido y que la barra brille más intensamente durante un breve período. Enfriar una barra luminosa ralentiza la reacción un poco y hace que dure más, pero la luz es más tenue. Esto se puede demostrar refrigerando o congelando una barra luminosa activa; cuando se calienta nuevamente, volverá a brillar. Los tintes utilizados en las barras luminosas generalmente exhiben fluorescencia cuando se exponen a la radiación ultravioleta ; por lo tanto, incluso una barra luminosa gastada puede brillar bajo una luz negra .

La intensidad de la luz es alta inmediatamente después de la activación y luego decae exponencialmente. Es posible nivelar esta alta intensidad inicial refrigerando la barra luminosa antes de la activación. [19]

Emisión espectral de quimioluminiscencia (línea verde) de fluoróforo y peróxido mezclados, que se extrajo de una barra luminosa de color naranja, fluorescencia del fluoróforo líquido solo en la ampolla de vidrio (antes de mezclar) mientras estaba bajo luz negra (línea amarilla-naranja), fluorescencia del recipiente exterior de plástico de la barra luminosa de color naranja bajo luz negra (línea roja) y espectro de la barra luminosa quimioluminiscente reensamblada (líquido brillante vertido nuevamente en el frasco de plástico naranja original) (línea naranja más oscura). Este gráfico muestra que la luz naranja de una barra luminosa de color naranja (idéntica a la de la imagen de desmontaje de la barra luminosa anterior) es creada por un líquido quimioluminiscente que emite luz de color amarillo verdoso que induce parcialmente la fluorescencia en (y es filtrado por) un recipiente de plástico naranja.

Se puede utilizar una combinación de dos fluoróforos, uno en la solución y otro incorporado a las paredes del recipiente. Esto es ventajoso cuando el segundo fluoróforo se degradaría en solución o sería atacado por los productos químicos. El espectro de emisión del primer fluoróforo y el espectro de absorción del segundo tienen que superponerse en gran medida, y el primero tiene que emitir a una longitud de onda más corta que el segundo. Es posible una conversión descendente de ultravioleta a visible, así como la conversión entre longitudes de onda visibles (por ejemplo, verde a naranja) o visible a infrarrojo cercano. El cambio puede ser de hasta 200 nm, pero por lo general el rango es de unos 20 a 100 nm más largo que el espectro de absorción. [20] Las barras luminosas que utilizan este enfoque tienden a tener contenedores de colores, debido al tinte incrustado en el plástico. Las barras luminosas infrarrojas pueden parecer de color rojo oscuro a negro, ya que los tintes absorben la luz visible producida dentro del contenedor y reemiten infrarrojo cercano.

Luz emitida por una barra luminosa blanca. Se observan cuatro o cinco picos en el espectro, lo que sugiere la presencia de cuatro o cinco fluoróforos diferentes en la barra luminosa.

Por otra parte, también se pueden lograr varios colores simplemente mezclando varios fluoróforos dentro de la solución para lograr el efecto deseado. [17] [21] Estos diversos colores se pueden lograr debido a los principios del color aditivo . Por ejemplo, se utiliza una combinación de fluoróforos rojos, amarillos y verdes en las barras de luz naranjas, [17] y una combinación de varios fluorescentes se utiliza en las barras de luz blancas. [21]

Fluoróforos utilizados

  • El 9,10-difenilantraceno (DPA) emite luz azul
  • El 9-(2-fenilenil) antraceno emite una luz verde azulada
  • El 1-cloro-9,10-difenilantraceno (1-cloro(DPA)) y el 2-cloro-9,10-difenilantraceno (2-cloro(DPA)) emiten luz azul-verde de manera más eficiente que el DPA no sustituido.
  • El 9,10-bis(feniletinil)antraceno (BPEA) emite luz verde con un máximo a 486 nm
  • El 1-cloro-9,10-bis(feniletinil)antraceno emite una luz verde amarillenta y se utiliza en barras Cyalume de alta intensidad de 30 minutos.
  • El 2-cloro-9,10-bis(feniletinil)antraceno emite luz verde y se utiliza en barras Cyalume de baja intensidad de 12 horas
  • El 1,8-dicloro-9,10-bis(feniletinil)antraceno emite luz amarilla y se utiliza en barras de Cyalume
  • El rubreno emite un color amarillo anaranjado a 550 nm.
  • La 2,4-di-terc-butilfenil 1,4,5,8-tetracarboxinaftaleno diamida emite una luz roja intensa y, junto con el DPA, se utiliza para producir luz blanca o rosa fuerte, según su proporción.
  • La rodamina B emite luz roja. Se utiliza muy poco, ya que se descompone en contacto con CPPO , acortando la vida útil de la mezcla.
  • El 5,12-bis(feniletinil)naftaceno emite luz naranja
  • La violantrona emite luz naranja a 630 nm
  • La 16,17-(1,2-etilendioxi)violantrona emite luz roja a 680 nm
  • La 16,17-dihexiloxiviolantrona emite rayos infrarrojos a 725 nm [22]
  • La 16,17-butiloxiviolantrona emite rayos infrarrojos [23]
  • La N,N′-Bis(2,5,-di-terc-butilfenil)-3,4,9,10-perilendicarboximida emite rojo [23]
  • El 1-(N,N-dibutilamino)antraceno emite rayos infrarrojos [23]
  • El yoduro de 6-metilacridinio emite rayos infrarrojos [23]

Advertencias y cuestiones de seguridad para el consumidor

Toxicidad

En las barras luminosas, el fenol se produce como subproducto. Es aconsejable mantener la mezcla alejada de la piel y evitar la ingestión accidental si la carcasa de la barra luminosa se parte o se rompe. Si se derrama sobre la piel, los productos químicos pueden causar irritación cutánea, hinchazón o, en circunstancias extremas, vómitos y náuseas. Algunos de los productos químicos utilizados en las barras luminosas más antiguas son cancerígenos . [24] Los sensibilizadores utilizados son hidrocarburos aromáticos polinucleares , una clase de compuestos conocidos por sus propiedades cancerígenas.

El ftalato de dibutilo , un plastificante que se utiliza a veces en las barras luminosas (y en muchos plásticos), ha suscitado algunas preocupaciones sanitarias. En 2006, se lo incluyó en la lista de teratógenos sospechosos de California . [25] El líquido de las barras luminosas contiene ingredientes que pueden actuar como plastificantes, ablandando los plásticos sobre los que se filtra. [26] El oxalato de difenilo puede picar y quemar los ojos, irritar y picar la piel y puede quemar la boca y la garganta si se ingiere.

En Brasil, los investigadores, preocupados por los desechos de las barras luminosas utilizadas en la pesca en su país, publicaron un estudio en 2014 sobre este tema. [27] En él se midieron las reacciones secundarias que continúan dentro de las barras luminosas usadas, la toxicidad para las células en cultivo y las reacciones químicas con el ADN in vitro. Los autores encontraron una alta toxicidad de las soluciones de las barras luminosas y evidencia de reactividad con el ADN. Concluyeron que las soluciones de las barras luminosas "son peligrosas y que los riesgos para la salud asociados con la exposición aún no se han evaluado adecuadamente".

Muchas barras luminosas utilizan el químico TCPO, o triclorofenol, que es altamente tóxico si se inhala o se ingiere y es tóxico para los órganos si se ingiere o se expone a él de otra manera [28].

Un informe del Ministerio de Medio Ambiente de Dinamarca investigó las barras luminosas disponibles comercialmente y encontró evidencia de que contenían ftalato de dibutilo, y concluyó que esto viola la ley. [29] Del informe se desprende que "esa sustancia no debe usarse en juguetes o artículos de broma ya que, según la clasificación, puede dañar la fertilidad o al feto. El riesgo surge después de una exposición repetida o prolongada". En una investigación de consumidores, se observó que ciertos envases de barras luminosas presentaban imágenes de niños en el frente, mientras que en la parte posterior llevaban una etiqueta de advertencia que decía "no apto para niños". Esta inconsistencia puede generar confusión en el consumidor y plantea preguntas sobre la comercialización adecuada del producto y la comunicación de seguridad. [30] Los productos en Amazon pueden comercializarse como seguros para los niños y no tóxicos, pero estas afirmaciones no están validadas.


Plásticos de un solo uso

Las barras luminosas también contribuyen al problema de los residuos plásticos , ya que son artículos de un solo uso y están hechas de plástico. Además, dado que el frasco interior suele estar hecho de vidrio y los productos químicos que contienen son peligrosos si se manipulan de forma inadecuada, los servicios de reciclaje no pueden recuperar el plástico utilizado para las barras luminosas, por lo que se clasifican como residuos no reciclables.

Las hojas de datos de seguridad de los componentes individuales de las fórmulas de las barras luminosas recomiendan absorberlas con aserrín u otro material absorbente y, en particular, destacan la importancia de mantener los desechos alejados de las fuentes de agua. No arroje el líquido de las barras luminosas usadas por el desagüe.

Mejoras de seguridad

En la década de 2020, se estaba trabajando para crear barras luminosas y alternativas más seguras. La empresa canadiense Lux Bio desarrolló alternativas a las barras luminosas, como Light Wand, que es biodegradable y funciona con bioluminiscencia , en lugar de quimioluminiscencia [31] [32] y LÜMI, que es una alternativa reutilizable y no tóxica que brilla con fosforescencia [33] y es química y biológicamente inerte.

Véase también

Referencias

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