Цвет и электронные спектры красителей и пигментов

Для изучения поглощения света веществом, его последовательно подвергают действию световых лучей с изменяющейся длиной волны и через каждые 0,1-5 нм измеряют ослабление светового луча после прохождения через образец, или отражения от красочной поверхности. Получившийся график зависимости доли пропущенного, поглощенного или отраженного света от длины волны называется соответственно спектром пропускания, поглощения или отражения, а прибор, выполняющий эти измерения, называется спектрофотометром. Результат этих измерений отличается от обобщенной информации, получаемой с помощью зрения. Дело в том, что приемники излучения реагируют на его энергию, а человеческий глаз обладает спектральной чувствительностью, которая резко зависит от длины волны. Проще говоря, идентичные спектры по всей видимой области указывают на идентичность цвета, но обратное, вообще говоря, не верно. Глаз выделяет даже из широкого диапазона излучения доминирующую длину волны, а не сканирует смешанное излучение по длинам волн. Доминирующая длина волны адекватна понятию цвет.

Добиваться совпадения спектров, чтобы с гарантией получить нужный цвет и дорого и не всегда нужно. Несколько отличающиеся спектры могут принадлежать красителям совершенно одинакового цвета. Однако в некоторых случаях проблема получения нужного цвета может быть решена только методами спектроскопии. Для этого очень коротко

познакомимся с информацией, которую можно получить из спектров.

По спектру поглощения можно сказать, какого цвета исследуемое вещество. Например, для спектра 1 на рис.3.2, где максимум лежит поглощения при 445 нм, т.е. в синей части спектра, поэтому само вещество будет иметь желтый цвет - дополнительный к ”поглощенному” цвету. Если вещество поглощает красную и синюю части спектра, то само оно будет иметь один из зеленых оттенков (спектр 2). Если максимумы лежат в интервале 400-520 нм, то вещество имеет красный цвет (спектр 3), потому что сине-зеленую часть спектра оно поглощает.

Пигменты не растворимы. Поэтому единственно доступными являются спектры отражения. Так, хромовосвинцовая соль поглощает волны сине-зеленого, синего и фиоле-тового диапазонов; и отражает желто-зеленого, желтого, оранжевого и красно-оранжевого диапазонов. В результате выделения зрением доминирующей длины волны воспринимаемый цвет где-то посередине: желтый (рис. 3.3). Обратите внимание! Этот цвет создается всем диапазоном длин волн от зеленого до красного. Они могут простираться на половину видимой области, вплоть до дополнительных длин волн. Синие цвета тел создаются также диапазоном длин волн от зеленого до фиолетового.

Методы образования цвета: аддитивное и субтрактивное сложение

Результат взаимодействия цветов зависит от способа получения этого результата. Принципиально различными способами являются два: аддитивный и субтрактивный способы получения цвета.

Аддитивное сложение цветов. Почти все цвета можно получить, составляя комбинации из трех удаленных друг от друга в спектре белого света цветов, например, красного, синего и зеленого. Такое смешение можно продемонстрировать, направив на белый экран свет от трех проекционных фонарей со светофильтрами, каждый из которых пропускает только один из этих цветов. Если спроектировать цветовые пятна с некоторым сдвигом относительно друг друга, то можно увидеть места перекрывания цветовых потоков (рис.3.6). Там, где лучи перекрываются попарно, образуются голубой, желтый и пурпурный цвета, а там, куда попадают лучи всех трех цветов - белое пятно. Видно, что белый цвет можно получить, складывая синий с желтым светом, красный с голубым, или зеленый с пурпурным. Иначе говоря, любые два дополнительных цвета дадут в сумме белый, если конечно, у них правильно подобраны интенсивности. При оптическом сложении световых потоков близких в спектре цветов получится промежуточный цвет: красный и желтый в сумме дадут оранжевый, оранжевый и зеленый - желтый, синий и зеленый - голубой. Возникает ощущение, соответствующее смешенному цвету. Такой способ оптического смешения цветов называется аддитивным (слагательным). Именно вследствие аддитивного сложения цветов такими яркими, светлыми и сияющими кажутся краски на полотнах импрессионистов, вышивке и гобелене.

Субтрактивное сложение цветов. Ранее мы знакомились с опытами Ньютона по разложению белого света в спектр с помощью призмы. В результате на экране появлялась радужная полоска, где каждый цвет занимает свое положение. Если поставить между источником и призмой красный светофильтр, то на экране исчезнут все цвета спектра, кроме красного. Следовательно, красный светофильтр пропускает только лучи красного света, а остальные поглощает. Подобный результат получится, если поставить любой другой окрашенный светофильтр: будет пропущен только свет цвета светофильтра.

Теперь можно раскрыть тайну получения зеленого цвета при смешивании синей и желтой красок. Если на пути белого луча поставить друг за другом желтый и синий светофильтры, то на экране будет получено зеленое пятно. Дело в том, что желтый светофильтр пропускает довольно широкую полосу цветов между зеленым и красным (доминирующая длина волны определяет желтый цвет). Синий фильтр пропускает тоже широкую полосу цветов от фиолетового до зеленого включительно (но больше всего синий свет). Поэтому вместе они пропустят только то свет, который они оба пропускают, т.е. зеленый. Остальные лучи фильтры поглотят. Со смесью красок получается аналогично: эта смесь поглощает все цвета спектра, а зеленый отражает.

Следует понимать, что эффект превращения синего с желтым в зеленый наблюдается только у достаточно широкополосных красителей, каковыми большинство из них и являются. Если бы мы взяли нереальные краски, которые пропускают узкий интервал вблизи доминирующей длины волны, то смесь синего с желтым дала бы черный. Если последовательно пропустить белый свет через систему из нескольких светофильтров, то будет получен цвет, который пропустили они все. Через любые два поставленные друг за другом широкополосные светофильтры любой пары дополнительных цветов свет вообще не пройдет. Аналогичным образом образуются цвета при замене светофильтров слоями прозрачных красок, нанесенных на белую бумагу. Такой способ образования цветов путем вычитания из белого света той или иной доли первичных цветов называется субтрактивным синтезом цвета.

Субтрактивный метод образования цвета широко используется в фотографии, полиграфии и в некоторых графических редакторах (CMYK). Вообще, если графический материал предназначен для последующей цветной печати, следует обратить внимание на совместимость методов образования цвета при его создании и у печатающих устройств.