Colorazione, trattamenti e protezione con lenti oftalmiche, Roma Tre Università

La Radiazione Elettromagnetica

Colorazione - Trattamenti - Protezione
con lenti oftalmiche
Lezione 5
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDILa Radiazione Elettromagnetica

Tipo di radiazione e lunghezza d'onda

M
Tipo di radiazione Radio
Lunghezza d'onda (m)
103
Microonde
10-2
Infrarosso
10-5
Visibile
0.5×10-6
Ultravioletto Raggi X Raggi Gamma
10-8
10-10
10-12
Scala approssimativa
della lunghezza d'onda
Edifici
Esseri umani Farfalle
Punta di
un ago
Protozoi
Molecole
Atomi
Nuclei atomici
Frequenza (Hz)
104
108
1012
1015
1016
1018
1020

Spettro visibile e frequenze

4
300
Violetto
668-789 THZ
380-450 nm
350
UV
400
Blu
631-668 THz
450-475 nm
460
500
Ciano
606-631 THZ
476-495 nm
nm
VIS
600
65
Giallo
508-526 THz
570-590 nm
700
750
IR
Arancione
484-508 THz
590-620 nm
800
Rosso
400-484 THz
620-750 nm
Colore
Frequenza
Lunghezza d'onda
Verde
526-606 THZ
495-570 nm
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDISpettro della radiazione solare

Percezione dei colori e irradianza spettrale

Percezione dei colori dall'occhio umano
350
400
450
500
550
600
650
700
Lunghezza d'onda (miliardesimi di metro)
Irradianza spettrale (W/m /nm)
1,0-
0,5-
UV
visibile
infrarosso
2 × 10-7
6 x 10-7
1 x 10-6 1.4 x 10-6 1.8 x 10-6 2.2 x 10-6 2.6 x 10-6 3 x 10-6
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI
La radiazione a bassa lunghezza
d'onda ha un'elevata energia che
risulta dannosa

Spettro solare e radiazioni ottiche

2,0-
Spettro solare fuori dall'atmosfera
Spettro solare al livello del mare
1,5-Radiazione ottiche di nostro interesse
UV C: 100-280 nm
UV B: 280-315 nm
UV A: 315-400 nm
Radiazione Visibile 380 - 780 nm
IR C: 3,0 - 1000 um
IR B: 1,4 - 3,0 um
IR A: 0,7 - 1,4 um
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDIOcchio e assorbimento della radiazione luminosa

Assorbimento della radiazione luminosa nell'occhio

UV-B
280 nm -
315 nm
UV-C
100 nm -
280 nm
UV-A
315 nm -
380 nm
VIS
380 nm -
780 nm
IR A (NIR)
780 nm -
1400 nm
IR B
1,4 um -
3um
IR C
3 um -
1mm
200 nm
400 nm
600 nm
800 nm
1000 nm
100 nm
300 nm
500 nm
700 nm
900 nm
ROMA
TRE
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3 um
10 umFin dall'antichità (385 a.C.) ed esattamente con
abbiamo delle
FEDONE 386 - 385 a.C.
La prima pubblicazione scientifica sui danni da esposizione diretta dell'occhio alla luce
solare, è di Dr.
--
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI.
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDIEffetti dannosi da Radiazione Luminosa

Effetti dannosi della radiazione luminosa su occhio e pelle

Lunghezza
d'onda (nm)
Tipo
Occhio
Pelle
100 - 280
UV C
Fotocheratite
Eritema Scottatura
della pelle
Tumori cutanei
280 - 315
UV B
Fotocongiuntivite
315 - 400
UVA
Cataratta fotochimica
Processo
accelerato di
invecchiamento
della pelle
400 - 780
Visibile
Lesione fotochimica e
termica della retina
780 - 1400
IR A
Cataratta
Bruciatura della retina
Reazione di foto
sensibilizzazione
1400 - 3000
IR B
Cataratta
Bruciatura della cornea
Bruciatura della
pelle
3000 - 106
IR C
Bruciatura della cornea
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDIQuali sono le sorgenti luminose di nostro interesse?

Sorgenti luminose di interesse

O
O
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDISpettri di emissione a confronto:
illuminazione ambiente a LED rispetto
illuminazione a fluorescenza (Neon)

Spettri di emissione: LED vs Fluorescenza

Illuminazione LED standard
=
-
Luci a fluorescenza standard
Le sorgenti LED
emettono
grandi quantità
di luce blu.
Le luci a fluorescenza
emettono grandi quantità di luce
ad una determinata
lunghezza d'onda.
380
420
460
500
540
580
620
660
700
740
780
Luce blu
Lunghezza d'onda (nm)
Monitor LED
TV a tubo catodico
I monitor LED
emettono
grandi quantità
di luce blu.
La TV a tubo catodico
emette grandi quantità di luce
ad una determinata
lunghezza d'onda.
380
420
460
500
540
580
620
660
700
740
780
Luce blu
Lunghezza d'onda (nm)
Spettri di emissione a confronto:
luce emessa da Monitor a LED
rispetto un sistema a tubo
catodico.
https://www.tokai-italia.it/trattamenti/tokai-blue-coat/
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDISpettro di emissione del display di alcuni tablet

Spettro di emissione dei display tablet

1.5
Picco di emissione nel BLU
iPad 2
Motorola Xoom
Asus Transformer
Galaxy S OLED
1.0
0.5
0.0
400
500
800
700
Wavelengthinm)
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ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDILuce blu e sue interazioni

Interazioni della luce blu

Interazione
fotochimica
· formazione di radicali liberi.
· energia assorbita = potenza x tempo di esposizione.
Interazione
fototermica
· fenomeni coagulativi e di denaturazione proteica.
· soglia termica 45℃
· Retina: effetti sulla Rodopsina.
Danneggiamenti
· Epitelio pigmentato retinico:
· Ruolo della lipofuscina (A2E) e della melanina.
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDIRitmo
Circadiano

Luce blu e ritmo circadiano

· Influenza sulla produzione di Melatonina
· Disturbi del sonno.
Rischio
insorgenza
gravi patologie
· Cancro - Diabete - Obesità
Melatonin
HHHO
CHỊO
-C-C-N-C-CH,
HH
H
3
- Pineal gland
Inhibition
Stimulation
Retino-hypothalamic
tract
Suprachiasmatic
nucleus (SCN)
Superior cervical
ganglion -O
Influenza della luce Blu sul ciclo circadiano
1.0
Circadian Sensitivity
0.8
Photopic Sensitivity
Relative Sensitivity
Blue-Rich LED
0.6
0.4
0.2
-
0
400
450
500
550
600
650
700
750
Wavelength (nm)
Violet
Blue
Green Yellow Orange
Red
https://www.researchgate.net/publication/337421682
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDICiclo Circadiano

Fasi del ciclo circadiano

Noon
12:00
High alertness
10:00
Best coordination
14:30
Highest testosterone secretion
09:00
Fastest reaction time
15:30
Bowel movement likely 08:30
Melatonin secretion stops
07:30
Light-Dark cycle
Greatest cardiovascular efficiency
and muscle strength
17:00
snarpest rise
in blood pressure 06:45
06:00
18:00
18:30 Highest blood pressure
19:00 Highest body temperature
Lowest body temperature 04:307
V21:00 Melatonin secretion starts
02:00
Deepest sleep
22:30
00:00
Midnight
Bowel movements suppressed
https://it.wikipedia.org/wiki/Ritmo_circadiano
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDILenti come filtri assorbenti e protettivi

Lenti come filtri protettivi

.... e
00
.....
Irraggiamento Solare al livello del mare
Source: P. Moon, Journal of the Franklin Institute, vol 230, no.5, 1940, pp 583-617
1400
1200
1000
E (10^6W.M^~3)
800
600
400
200
0
300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
Lunghezza d'onda (nm)
Young, R.W. 1994, The Family of Sunlight-Related Eye Diseases. Optom. Vision Sci., 71: 125-144
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDITrattamento filtrante della luce Blu

Trattamento filtrante della luce blu: confronto trasmittanza

Confronto Trasmittanza Lenti
100
80 -
Trasmittanza %
60 -
40
20 -
0 -
300
400
500
600
700
800
nm
Tabella di trasmittanza che confronta una lente
standard rispetto una con trattamento BluControl
Come si nota la trasmissione delle lunghezze
d'onda inferiori a 400 nm è bloccata.
CURVA DI TRASMITTANZA DI TOKAI BLUE COAT:
100
90
80
70
Trasmittanza(%)
60
RIDUZIONE
FING AL 15%
50
40
30
20
10
0
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
Lunghezza d'onda (nm)
* La curva di trasmittanza può variare a seconda del materiale.
Curva di trasmittanza di una lente
della TOKAI con trattamento Blue
Coat.
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDIColorazioni Lenti Oftalmiche

Colorazioni delle lenti oftalmiche

.
.
.
I
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDIUV
visibile
infrarossi
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
7% 0
400
500
600
700
1000
1400
1800
2200
2600
3000
2. nm
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDIUV
visibile
infrarossi
100
90
80
70
60
).
50
0
40
30
20
10
1% 0
400
500
600
700
1000
1400
1800 2200 2600 3000
2 nm
UV
visibile
infrarossi
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
7% 0
400
500
600
700
800
900
1000
A nm
(marinai, saldatori, sciatori, Afachici ... )
n
Devono presentare una buona valutazione
cromatica per l'identificazione dei segnali di
pericolo e temperature delle fornaci.
Devono rispettare le norme EN 171.
Esempio di filtro con 25 strati depositati.
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDILenti alla Melanina

Lenti alla melanina

Melanina + V(I)
100
-Melanina
-V(I)
80
60
%T
40
20
0
300
400
500
600
700
800
Wavelenght (nm)
=
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDILenti Fotocromatiche

Proprietà e storia delle lenti fotocromatiche

Il Fotocromatismo è la proprietà di un vetro di modificare in modo reversibile la sua capacità di
assorbimento in funzione dell'intensità dell'irraggiamento luminoso cui è sottoposto.
I primi vetri fotocromatici furono prodotti nel 1964 basandosi su studi effettuati negli anni 40 dallo
scienziato americano S. Donald Stookey della Corning Glass Works.
Al vetro base vengono aggiunti degli additivi speciali, quali alogenuri di argento e rame sotto forma di
nitrati o cloruri.
UV
Ag
+
e
Ag
Stato chiaro
Stato scuro
Reazione di scurimento
In presenza dei raggi UV (aumento di energia)
gli atomi modificano la loro struttura
elettronica esterna perdendo o acquistando
elettroni liberi presenti nella struttura del
vetro.
Cuº+ UV = Cu+ e Ag+ + e = Agº
si formano agglomerati di Agº (neutro) di varie dimensioni che assorbono la luce incidente dello
spettro visibile.
Colorazione tipica è grigia.
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDIReazione di schiarimento:

Reazione di schiarimento e trasmittanza

Agº - UV = Ag+ e Cu++ e = Cuº
ritorna allo stato di ione Agte gli agglomerati non assorbono più luce.
I cristalli di Alogenuro di Argento non subiscono alterazioni in queste reazioni per cui il processo può
essere ripetuto all'infinito.
Una lente colorata ha una sola curva di trasmittanza alle diverse lunghezze d'onda.
La trasmittanza di una lente fotocromatica è invece una funzione ambientale, ovvero è legata alla
quantità di luce presente.
Curve di trasmittanza spettrale
%
DO
Prima
dell'oscuramento
GRIGIO
50
Dopo
l'oscuramento
MARRONE
0
300
400
500
600
700
800(nm)
Lente fotocromatica con colorazioni
finali in grigio e marrone
Trasmittanza senza UV
T = 90% a 550nm per entrambe.
Trasmittanza con UV
Mod. Grigio T., = 20 %
Mod. Marrone T% = 28%
https://www.tokai-italia.it/materiali/lenti-fotocromatiche-e-Transitions/
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TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDILenti Fotocromatiche Organiche

Lenti fotocromatiche organiche: struttura e funzionamento

In anni recenti sono state realizzate lenti fotocromatiche in materiale organico.
Il fotocromatismo organico si basa sulle variazioni di struttura della macromolecola ISN
(indolinospiro-naftossazina) e di alcuni isomeri eterociclici esa-atomici chiamati Oxazine
Chiara
Scura
CH: CH,
UV
Apertura legami
-N
CH: CH
N ..
NO
CHI
-N
Radiazione visibile
+ calore
In presenza di UV, alcuni legami si aprono e la nuova conformazione è quella di un isomero a catena
aperta che presenta un forte assorbimento della banda del visibile, con un picco a 600 nm circa.
Il materiale assume un colore grigio-blu.
Con la diminuzione dell'irraggiamento i legami si richiudono e la lente si schiarisce.
Spessore del trattamento è di circa 150 um.
E' presente, in questo tipo di lenti, il fenomeno dell' affaticamento (vita media circa 3 anni), ovvero il
ciclo di scurimento e di schiarimento non è illimitato nel tempo come per i vetri minerali.
ROMA
TRE
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI