Es simplemente imposible imaginar el examen de documentos sin fuentes de luz ultravioleta: desde los usuarios comunes hasta los peritos forenses en documentos, todos confían en el examen ultravioleta (UV) de documentos o billetes.
Pero, ¿alguna vez ha considerado cómo la elección de la fuente UV puede influir en los resultados?
En este artículo, examinaremos las dos fuentes de luz ultravioleta más comunes — la lámpara UV y el LED UV — y explicaremos las diferencias fundamentales que importan a los especialistas.
Revisemos los detalles paso a paso.
¿Qué es la fluorescencia?
La fluorescencia es un fenómeno físico en el que un material absorbe luz de una longitud de onda más corta (por lo general, ultravioleta) y emite de inmediato luz de una longitud de onda más larga (normalmente visible). Esta luz emitida aparece como un brillo y desaparece instantáneamente cuando se retira la luz de excitación.
Pasaporte de Corea del Sur emitido en 2021 bajo luz blanca y ultravioleta.
En los documentos de identidad, la fluorescencia bajo luz UV es una de las características de seguridad más utilizadas, y funciona en dos rangos principales:
- UV-A de onda larga — 365 nm
- UV-C de onda corta — 254 nm
Con menor frecuencia, pero aún en uso, se utiliza UV-B, que en los documentos de seguridad suele estar representado por longitudes de onda de 308-313 nm, según el fabricante del documento.
Documento de identidad de Polonia emitido en 2021. El patrón UV cambia sus colores de azul bajo una longitud de onda de 365 nm a rosa bajo una longitud de onda de 313 nm.
Para examinar la fluorescencia ultravioleta de los documentos de identidad, los especialistas utilizan dispositivos especiales — lupas, lectores de documentos, dispositivos de control manual o comparadores espectrales de video — equipados con fuentes ultravioleta que utilizan luz de diferentes longitudes de onda.
La fuente en sí puede ser una lámpara UV tradicional o un LED UV. Ambas cumplen el mismo propósito, pero ¿cómo afectan los resultados del examen?
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LED frente a lámparas
Los LED y las lámparas (por ejemplo, las lámparas de mercurio de baja presión) tienen varias diferencias cuando se trata de operar en el rango ultravioleta, especialmente alrededor de 254 nm. Estas son las principales diferencias:
| Parámetro | LED | Lamparas |
|---|---|---|
| Mecanismo de emisión | La emisión se produce debido a la recombinación de electrones y huecos en un material semiconductor. Para los LED UV, se utilizan materiales especiales como nitruros de aluminio y galio. | Emiten luz UV mediante una descarga de mercurio. Los átomos de mercurio se excitan y, cuando regresan al estado fundamental, se emite un fotón de 254 nm. |
| Eficiencia | Por lo general, tienen una alta eficiencia energética porque la mayor parte de la energía se convierte en luz. | La eficiencia puede ser menor debido a las pérdidas de calor y a la necesidad de calentar la lámpara para crear la descarga. |
| Tamaño y forma | Son compactos y fáciles de integrar en diferentes dispositivos. Su forma y tamaño pueden variar ampliamente. | Por lo general, son más voluminosas y requieren un diseño especial para mantener la descarga. |
| Tiempo de encendido | Se encienden casi de inmediato y alcanzan el brillo máximo enseguida. | Pueden necesitar tiempo para calentarse antes de alcanzar el brillo máximo. |
| Vida útil | Por lo general, tienen una larga vida útil, a menudo de más de 10,000 horas de funcionamiento. | La vida útil puede ser mucho más corta y depende de las condiciones de operación. |
| Estabilidad de temperatura | Pueden funcionar en un rango de temperatura más amplio y son menos sensibles a los cambios de temperatura. | Son sensibles a la temperatura ambiente y pueden requerir enfriamiento o calentamiento adicional. |
| Impacto ambiental | No contienen mercurio ni otras sustancias nocivas, por lo que son menos perjudiciales para el medio ambiente. | Contienen mercurio, lo que requiere procedimientos especiales de eliminación. |
Estas diferencias hacen que los LED sean preferibles en muchas aplicaciones, especialmente cuando el tamaño compacto, la larga vida útil, la eficiencia y la seguridad ambiental son importantes. Sin embargo, las lámparas de 254 y 313 nm todavía se utilizan en dispositivos de autenticación de documentos debido a su bajo costo.
Pero las diferencias entre los LED y las lámparas que operan a 254 nm no terminan ahí.
También difieren en:
Ancho de emisión espectral
Pureza espectral
Estabilidad de la longitud de onda
Consideremos cada punto uno por uno.
1. Ancho de emisión espectral
Los LED generalmente emiten luz en un rango de longitud de onda estrecho. Por ejemplo, un LED UV de 254 nm emitirá principalmente dentro de una pequeña banda espectral alrededor de esa longitud de onda, con un ancho típico a mitad de altura (FWHM) del orden de ~15 nm. El espectro de emisión de los LED es muy estrecho, lo que les permite producir luz casi monocromática.
Espectro de emisión de un LED de 254 nm. No hay picos espectrales parásitos medibles en el rango medido.
Espectro de emisión de un LED de 313 nm. No hay picos espectrales parásitos medibles en el rango medido.
Debido a que los LED UV pueden tener emisiones residuales menores en el rango visible, utilizamos filtros ópticos para suprimir la luz visible y mantener la banda de iluminación lo más limpia posible.
Las lámparas de mercurio de baja presión utilizadas para generar radiación UV a 254 nm tienen líneas espectrales relacionadas con transiciones en los átomos de mercurio. La línea principal a 254 nm es bastante estrecha, pero la lámpara también puede emitir otras líneas tanto en el rango UV como en el visible. Las lámparas de mercurio tienen varias líneas discretas en el espectro, lo que hace que su emisión espectral sea más compleja.
Espectro de emisión de una lámpara de 254 nm. Picos espectrales parásitos a longitudes de onda de 313, 365 y 405 nm.
Este gráfico demuestra el espectro de emisión de una lámpara de 313 nm. Picos espectrales parásitos a longitudes de onda de 254, 365 y 405 nm.
Este gráfico muestra el espectro de emisión de una lámpara de 254 nm activada junto con una lámpara cercana de 313 nm que no está encendida. La lámpara de 313 nm, no obstante, presenta una ligera fluorescencia debido a la excitación por la lámpara activa de 254 nm.
Como puede observar, los tres gráficos de lámparas UV muestran el mismo patrón repetitivo: la presencia de picos espectrales parásitos. Para la lámpara UV de 254 nm son 313, 365 y 405 nm, y para la lámpara UV de 313 nm son 254, 365 y 405 nm, respectivamente. Estas emisiones parásitas pueden excitar fluorescencia en otras longitudes de onda.
2. Pureza espectral
Con base en el párrafo anterior, podemos observar que los LED proporcionan una alta pureza espectral y un pico de emisión estrecho, lo que los hace ideales cuando se necesita excitar selectivamente un elemento de seguridad específico y evitar fluorescencia no deseada de bandas vecinas.
Aunque las lámparas de mercurio ofrecen una emisión fuerte a 254 nm (pico estrecho), también pueden emitir longitudes de onda adicionales, lo cual puede ser indeseable en algunas aplicaciones.
3. Estabilidad de la longitud de onda
Los LED tienen una alta estabilidad de la longitud de onda siempre que la corriente y la temperatura se mantengan estables.
Las lámparas de mercurio pueden presentar pequeñas fluctuaciones en la longitud de onda debido a cambios de presión y temperatura dentro de la lámpara.
Ahora, teniendo en cuenta las características y propiedades espectrales de las lámparas UV y los LED UV, vale la pena pasar a un aspecto importante — el objeto de examen, es decir, el material del que está hecho.
¿Por qué el policarbonato y la luz ultravioleta no son compatibles?
La mayoría de los documentos de identidad modernos son completamente de policarbonato (licencias de conducir y tarjetas de identidad) o incorporan una página de datos de policarbonato (pasaportes). La elección a favor del policarbonato se hizo porque es duradero, bastante resistente al calor, la humedad y el estrés mecánico, y permite la integración de elementos de seguridad avanzados, lo que dificulta significativamente la falsificación.
Pero, debido a su composición, el policarbonato absorbe fuertemente el UV profundo; por debajo de ~300 nm (especialmente a 254 nm), la transmisión es extremadamente baja. La luz simplemente no puede penetrar las capas del documento para excitar tintas fluorescentes o fibras en su interior. Por lo tanto, incluso si un documento contiene patrones impresos con tintas ultravioletas que brillan bajo una longitud de onda de 254 nm, estos no se activarán debido al policarbonato.
Pasaporte de Georgia emitido en 2025. El documento brilla bajo los rangos espectrales UV-A y UV-B, pero no muestra fluorescencia bajo UV-C.
Como resultado, los documentos de identidad — ya sea que contengan un inserto de policarbonato o estén hechos completamente de policarbonato — no pueden presentar patrones luminosos visibles bajo luz ultravioleta a 254 nm. Todos los elementos de seguridad reactivos a UV en dichos documentos están diseñados para responder únicamente a luz UV-A y UV-B, alrededor de 365 y 313 nm.
Luz ultravioleta engañosa
Pero imaginemos que Usted encuentra una imagen de un documento moderno de policarbonato fotografiado bajo luz UV-A, UV-B y UV-C —algo que parece contradecir todo lo que acabamos de explicar. ¿Cómo puede ser posible, si el policarbonato no transmite en absoluto la luz UV-C?
Realizamos un experimento con una tarjeta de muestra de tinta de pantalla QFX, que está hecha de papel y contiene tintas aplicadas que reaccionan a UV de 365 nm (azul), UV de 313 nm (rojo) y UV de 254 nm (amarillo).
En la primera fase, capturamos la tarjeta de muestra tal como está utilizando luces ultravioleta LED.
Imágenes tomadas con el comparador espectral de video Regula 4306. La fluorescencia se comporta como lo describe el fabricante.
Luego, cubrimos la tarjeta de muestra con una película de policarbonato de 200 micras de espesor.
Imágenes tomadas con el comparador espectral de video Regula 4306. La fluorescencia a la longitud de onda de 254 nm desaparece, ya que la película actúa como un filtro de corte para todas las longitudes de onda por debajo de 300 nm.
Luego repetimos los mismos procedimientos, pero utilizando lámparas ultravioletas.
En la primera fila se muestran imágenes tomadas bajo lámparas ultravioletas de diferentes longitudes de onda.
La fluorescencia de la tarjeta de muestra de papel sin cubrir en diferentes rangos UV es igual a la obtenida con LED.
Ahora veamos la tarjeta de muestra cubierta con una película de policarbonato de 200 micras de espesor.
A una longitud de onda de 254 nm, la imagen UV es visible debido a la radiación no monocromática de la lámpara. La imagen aparece como una reacción a la radiación de 313 y 365 nm.
Nuestros experimentos muestran que bajo iluminación UV de 254 nm producida por una fuente LED, no se observa fluorescencia en tintas UV cubiertas con policarbonato. Sin embargo, cuando se utilizan lámparas UV, se detecta una fluorescencia débil pero aún distinguible.
Para explicar este fenómeno, fue necesario crear un gráfico que demuestra el espectro de transmisión del policarbonato de 200 micras de espesor.
El espectro de transmisión del policarbonato muestra que actúa eficazmente como un filtro, bloqueando la radiación UV-C. El límite de transmisión puede estar alrededor de 280 nm (dependiendo del fabricante del policarbonato).
En otras palabras, si un objeto impreso con tintas diseñadas para emitir luminiscencia bajo 254 nm está cubierto con un laminado de policarbonato, la radiación de excitación no alcanzará las tintas: será absorbida dentro de la capa de policarbonato.
Como se señaló anteriormente, existen picos espectrales parásitos a 313, 365 y 405 nm en el gráfico del espectro de emisión de una lámpara de 254 nm. Dado que el policarbonato no transmite radiación ultravioleta por debajo de 280 nm, pero sí permite el paso de longitudes de onda por encima de este umbral, los patrones ultravioletas ajustados a las bandas de 313 nm y 365 nm aún pueden activarse y brillar. Este efecto puede crear la falsa impresión de fluorescencia inducida por luz UV-C, cuando en realidad es causada por estas emisiones parásitas de mayor longitud de onda.
Y, de hecho, si combinamos una imagen bajo 365 nm, que brilla en azul, y una imagen bajo 313 nm, que es predominantemente roja, obtenemos una respuesta mixta (brillo púrpura) impulsada por las líneas parásitas de 313 nm y 365 nm de la lámpara (azul + rojo = púrpura). Esto confirma aún más que, en el ejemplo que estamos considerando, estamos observando un brillo falso bajo 254 nm, que en realidad es un brillo débil de las tintas UV-A y UV-B excitadas.
¿Qué conclusión podemos obtener?
El espectro de emisión de los LED es muy estrecho, lo que significa que no excitan longitudes de onda vecinas. En contraste, las lámparas ultravioletas de 254 nm tienen una salida no monocromática debido a líneas espectrales adicionales, lo que puede provocar una excitación “falsa” de la fluorescencia UV en longitudes de onda superiores a 300 nm. Esto es importante porque la fluorescencia ultravioleta “real” a 254 nm es imposible de observar cuando se trabaja con materiales de policarbonato, ya que el sustrato no transmite luz en ese rango.
Conclusiones clave
Los LED UV proporcionan iluminación de banda estrecha con alta pureza espectral.
Las lámparas UV pueden emitir líneas espectrales adicionales que excitan involuntariamente características UV-A/UV-B.
Para documentos de policarbonato, la aparente “fluorescencia a 254 nm” puede ser un efecto falso causado por emisiones parásitas por encima del límite de corte.
Por qué Regula cree en los LED
Regula ha estado integrando fuentes de luz LED en soluciones de hardware forense desde 1998, adoptando iluminadores LED para nuevos rangos espectrales tan pronto como estuvieron disponibles. En 2024, la empresa implementó su transición más reciente hacia LED en todos los comparadores, reemplazando las lámparas tradicionales UV-B y UV-C por fuentes LED.
Como resultado, el comparador espectral de video Regula 4306 ahora está completamente equipado con iluminadores LED, y el 99% de las fuentes de luz en otros comparadores de Regula también utilizan tecnología LED.
Aunque los diodos LED son más costosos, Regula los integra porque considera que ofrecen un rendimiento superior, proporcionan resultados más confiables y son más respetuosos con el medio ambiente.
