Дихроматизм

О дальтонизме см. Дихромазия . Чтобы узнать о диморфной окраске, см. Половой диморфизм .

Дихроматизм (или полихроматизм) — явление, при котором оттенок материала или раствора зависит как от концентрации поглощающего вещества, так и от глубины или толщины проходимой среды. У большинства веществ, не являющихся двухцветными, от их концентрации и толщины слоя зависят только яркость и насыщенность цвета.

Капля тыквенного масла на белой тарелке, показывающая дихроматизм.

Примерами дихроматических веществ являются тыквенное масло , бромфеноловый синий , резазурин .Когда слой тыквенного масла толщиной менее 0,7 мм, масло кажется ярко-зеленым, а в более толстом слое оно кажется ярко-красным.

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

В драгоценных камнях дихроматизм иногда называют «эффектом Усамбары».

Физическое объяснение

Дихроматические свойства можно объяснить законом Бера-Ламберта и характеристиками возбуждения трех типов колбочек фоторецепторов человека в сетчатке . Дихроматизм потенциально можно наблюдать в любом веществе, имеющем 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 меняется от оттенка, 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 зеленой длине волны не так низко, как для красного минимума, но передается более широкий диапазон зеленоватых длин волн, и, следовательно, общий вид выглядит зеленым. Эффект усиливается за счет большей чувствительности фоторецепторов человеческого глаза к зеленому цвету и сужения красной полосы пропускания за счет длинноволнового предела чувствительности колбочек фоторецепторов.Согласно закону Бера-Ламберта, при просмотре через окрашенное вещество (и, следовательно, без учета отражения) доля света, передаваемого на данной длине волны T , экспоненциально уменьшается с толщиной t , T = e ^{− в} , где a — оптическая плотность на этой длине волны. Пусть G = е ^{− а _г т} быть коэффициентом пропускания зеленого цвета и R = e ^{− а _р т} быть красным пропусканием. Тогда соотношение двух передаваемых интенсивностей будет ( G / R ) = e ^{( а _р - а _г ) т} . Если поглощение красного меньше, чем зеленого, то с увеличением толщины t увеличивается и соотношение проходящего света красного и зеленого, что приводит к изменению видимого оттенка цвета с зеленого на красный.

Количественная оценка

Степень дихроматизма материала можно количественно оценить 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 цветом в четыре раза более разбавленным (или более тонким) и в четыре раза более концентрированным ( или толще) образец. Две разницы в углах оттенка называются индексом дихроматичности в сторону более светлого (DI _L Крефта ) и Крефта _{индекс дихроматичности в сторону более темного цвета (DI D} ) соответственно. Индексы дихроматичности Крефта DI _L и DI _D для тыквенного масла, являющегося одним из наиболее дихроматичных веществ, составляют -9 и -44 соответственно. Это означает, что тыквенное масло меняет свой цвет с зелено-желтого на оранжево-красный (на 44 градуса в цветовом пространстве Lab ), когда толщина наблюдаемого слоя увеличивается примерно с 0,5 мм до 2 мм; и слегка меняется в сторону зеленого (на 9 градусов), если уменьшить его толщину в 4 раза.

История

Запись Уильяма Гершеля (1738–1822) показывает, что он наблюдал дихроматизм с раствором сульфата железа и настойкой орехового ореха в 1801 году, когда работал над первым солнечным телескопом , но не распознал этот эффект.

Внешние ссылки

• Крефт Само и Крефт Марко (2007). Физико-химические и физиологические основы двухцветной окраски. Естественные науки, номер документа: 10.1007/s00114-007-0272-9.