Дихроматизм

Дихроматизм (или полихроматизм) - это явление, при котором оттенок материала или раствора зависит как от концентрации поглощающего вещества, так и от глубины или толщины пересекаемой среды. ^[1] В большинстве веществ, которые не являются двухцветными, только яркость и насыщенность цвета зависят от их концентрации и толщины слоя.

Капля тыквенного масла на белой тарелке, демонстрирующая дихроматизм

Примерами двухцветных веществ являются масло семян тыквы , бромфеноловый синий и резазурин . Когда слой масла семян тыквы составляет менее 0,7 мм, масло выглядит ярко-зеленым, а в слое более толстом - ярко-красным.

Это явление связано как с физико-химическими свойствами вещества, так и с физиологической реакцией зрительной системы человека на цвет. Эта комбинированная физико-химическая и физиологическая основа впервые была объяснена в 2007 году ^[2].

Физическое объяснение [ править ]

Дихроматические свойства можно объяснить законом Бера-Ламберта и характеристиками возбуждения трех типов фоторецепторов колбочек в сетчатке человека . Дихроматизм потенциально наблюдается в любом веществе, которое имеет спектр поглощения с одним широким, но неглубоким локальным минимумом и одним узким, но глубоким локальным минимумом. Кажущаяся ширина глубокого минимума также может быть ограничена концом видимого диапазона человеческого глаза; в этом случае истинная полная ширина не обязательно может быть узкой. По мере увеличения толщины вещества воспринимаемый оттенок изменяется от цвета, определяемого положением широкого, но мелкого минимума (в тонких слоях), до оттенка глубокого, но узкого минимума (в толстых слоях).

Спектр поглощения масла семян тыквы имеет широкий, но неглубокий минимум в зеленой области спектра и глубокий локальный минимум в красной области. В тонких слоях поглощение на любой конкретной длине зеленой волны не так низко, как для красного минимума, но передается более широкая полоса зеленоватых длин волн, и, следовательно, общий вид зеленый. Эффект усиливается за счет большей чувствительности фоторецепторов человеческого глаза к зеленому цвету и сужения красной полосы пропускания за счет длинноволнового предела чувствительности конических фоторецепторов. Согласно закону Бера-Ламберта, при просмотре через окрашенное вещество (и, таким образом, игнорировании отражения) доля света, прошедшего на данной длине волны, T , экспоненциально уменьшается с увеличением толщины t., T = e ^{- at} , где a - поглощение на этой длине волны. Пусть G = e ^{- a _G t} - коэффициент пропускания зеленого, а R = e ^{- a _R t} - коэффициент пропускания красного. Отношение двух передаваемых интенсивностей тогда ( G / R ) = e ^{( a _R - a _G ) t} . Если оптическая плотность красного меньше, чем зеленого, тогда как толщина t увеличивается, поэтому увеличивается соотношение красного и зеленого проходящего света, что вызывает переключение видимого оттенка цвета с зеленого на красный.

Количественная оценка [ править ]

Степень дихроматизма материала может быть определена количественно с помощью индекса дихроматичности Крефта (DI). Он определяется как разница в угле оттенка (Δh _ab ) между цветом образца при разбавлении, где цветность (насыщенность цвета) максимальна, и цвет в четыре раза более разбавленный (или более тонкий) и в четыре раза более концентрированный ( или толще) образец. Две разности угла тона называются индексом дихроматичности в сторону более светлого (DI _L Крефта ) и индексом дихроматичности в сторону более темного (DI _D Крефта ) соответственно. ^[3] Индекс дихроматичности Крефта DI _L и DI _Dдля тыквенного масла, которое является одним из самых двухцветных веществ, составляют –9 и –44 соответственно. Это означает, что тыквенное масло меняет свой цвет с зелено-желтого на оранжево-красный (для 44 градусов в цветовом пространстве Lab ), когда толщина наблюдаемого слоя увеличивается с примерно 0,5 мм до 2 мм; и он немного меняется в сторону зеленого (на 9 градусов), если его толщина уменьшается в 4 раза.

История [ править ]

Запись Уильяма Гершеля (1738–1822) показывает, что он наблюдал дихроматизм с раствором сульфата железа и настойкой нутгалла в 1801 году при работе над ранним солнечным телескопом , но он не распознал эффект. ^[4]

Веб-ссылки [ править ]

• Крефт Само и Крефт Марко (2007). Физиохимические и физиологические основы двухцветной окраски. Naturwissenschaften, DOI: 10.1007 / s00114-007-0202-9

Ссылки [ править ]