Dikromatism

Dikromatism (eller polykromatism) är ett fenomen där ett material eller en lösnings nyans är beroende av både koncentrationen av det absorberande ämnet och djupet eller tjockleken på mediet som passeras. I de flesta ämnen som inte är dikromatiska beror bara färgens ljusstyrka och mättnad på deras koncentration och skikttjocklek.

En droppe pumpafröolja på en vit platta som visar dikromatism

Exempel på dikromatiska ämnen är pumpafröolja , bromfenolblått och resazurin . När lagret av pumpafröolja är mindre än 0,7 mm tjockt ser oljan ljust grön ut och i lager som är tjockare än så ser den ljusröd ut.

Fenomenet är relaterat till både ämnets fysikalisk-kemiska egenskaper och det mänskliga synsystemets fysiologiska reaktion på färg. Denna kombinerade fysikalisk-kemiska-fysiologiska grund förklarades först 2007.

I ädelstenar kallas dikromatism ibland för "Usambara-effekten".

Fysisk förklaring

Dikromatiska egenskaper kan förklaras av Beer-Lambert-lagen och av excitationsegenskaperna hos de tre typerna av konfotoreceptorer i den mänskliga näthinnan . Dikromatism är potentiellt observerbar i alla substanser som har ett absorptionsspektrum med ett brett men ytligt lokalt minimum och ett smalt men djupt lokalt minimum. Den skenbara bredden på det djupa minimumet kan också begränsas av slutet av det synliga området för mänskligt öga; i detta fall behöver den verkliga fulla bredden inte nödvändigtvis vara smal. När tjockleken på ämnet ökar ändras den upplevda nyansen från den som definieras av positionen för det breda men grunda minimumet (i tunna lager) till nyansen för det djupa men smala minimumet (i tjocka lager).

Absorbansspektrumet för pumpafröolja har det breda men grunda minimum i det gröna området av spektrumet och djupt lokalt minimum i det röda området. I tunna lager är absorptionen vid någon specifik grön våglängd inte lika låg som den är för det röda minimumet, men ett bredare band av grönaktiga våglängder överförs, och därför blir det övergripande utseendet grönt. Effekten förstärks av den större känsligheten för grönt hos fotoreceptorerna i det mänskliga ögat, och avsmalningen av det röda transmittansbandet av den långa våglängdsgränsen för konens fotoreceptorkänslighet. Enligt Beer-Lambert-lagen, när man tittar genom det färgade ämnet (och därmed ignorerar reflektion), minskar andelen ljus som sänds ut vid en given våglängd, T , exponentiellt med tjockleken t , T = e ^{− at} , där a är absorbansen vid den våglängden. Låt G = e ^{− a _G t} vara den gröna transmittansen och R = e ^{− a _R t} vara den röda transmittansen. Förhållandet mellan de två överförda intensiteterna är då ( ^{( aR - aG ) t _{. Om den röda absorbansen är mindre än den gröna}_G} / R ) = e , så ökar förhållandet mellan rött och grönt genomsläppt ljus när tjockleken t ökar, vilket gör att färgens skenbara nyans växlar från grönt till rött.

Kvantifiering

Graden av dikromatism av material kan kvantifieras med Krefts dikromaticitetsindex (DI). Den definieras som skillnaden i nyansvinkel (Δh _ab ) mellan färgen på provet vid spädningen, där färgmättnaden (färgmättnad) är maximal och färgen fyra gånger mer utspädd (eller tunnare) och fyra gånger mer koncentrerad ( eller tjockare) prov. De två nyansvinkelskillnaderna kallas dikromaticitetsindex mot ljusare (Krefts DI _{L )} respektive dikromaticitetsindex mot mörkare (Krefts DI _{D ).} Krefts dikromaticitetsindex DI _L och DI _D för pumpaolja, som är ett av de mest dikromatiska ämnena, är −9 respektive −44. Detta innebär att pumpaolja ändrar sin färg från gröngul till orangeröd (för 44 grader i Lab-färgrymden ) när tjockleken på det observerade lagret ökas från ca 0,5 mm till 2 mm; och den ändras något mot grönt (för 9 grader) om dess tjocklek minskas 4 gånger.

Historia

En uppteckning av William Herschel (1738–1822), visar att han observerade dikromatism med en lösning av järnsulfat och tinktur av nötgall 1801 när han arbetade på ett tidigt solteleskop , men han kände inte igen effekten.

externa länkar

Kreft Samo & Kreft Marko (2007). Fysiokemisk och fysiologisk grund för dikromatisk färg. Naturwissenschaften, doi:10.1007/s00114-007-0202-9