Дихроматизм

Дихроматизм (или полихроматизм) — это явление, при котором оттенок материала или раствора зависит как от концентрации поглощающего вещества, так и от глубины или толщины пройденной среды. ^[1] У большинства веществ, не являющихся дихроматическими, от их концентрации и толщины слоя зависят только яркость и насыщенность цвета.

Примерами дихроматических 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 толще этого — ярко-красным.

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

В драгоценных камнях дихроматизм иногда называют «эффектом Усамбара». ^[3]

Дихроматические свойства можно объяснить законом Бера-Ламберта и характеристиками возбуждения трех типов колбочек фоторецепторов в сетчатке человека . Дихроматизм потенциально наблюдается в любом веществе, имеющем спектр поглощения с одним широким, но неглубоким локальным минимумом и одним узким, но глубоким локальным минимумом. Видимая 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 определяемого положением широкого, но неглубокого 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 определенной зеленой длине волны не такое низкое, как для красного минимума, но пропускается более широкая полоса зеленоватых длин волн, и, следовательно, общий вид становится зеленым. Эффект усиливается большей чувствительностью к зеленому цвету фоторецепторов человеческого глаза и сужением красной полосы пропускания длинноволновым пределом чувствительности колбочек фоторецепторов. Согласно закону Бера-Ламберта, при просмотре через окрашенное вещество (и, таким образом, игнорируя отражение), доля света, прошедшего на данной длине волны, T , уменьшается экспоненциально с толщиной t , T = e ^{− at} , где a — поглощение на этой длине волны. Пусть G = e ^{− a _G t} будет пропусканием зеленого цвета, а R = e ^{− a _R t} — пропусканием красного цвета. Отношение двух прошедших интенсивностей тогда равно ( ^{G/R) = e(aR-aG)} t . Если поглощение ^{красного света меньше поглощения _{зеленого} , _то} по мере увеличения толщины t увеличивается и отношение красного к зеленому прошедшему свету, что приводит к изменению видимого оттенка цвета с зеленого на красный.

Степень дихроматизма материала можно количественно оценить с помощью индекса дихроматичности Крефта (DI). Он определяется как разница в угле цветового тона (Δh _ab ) между цветом образца при разбавлении, где цветность (насыщенность цвета) максимальна, и цветом в четыре раза более разбавленного (или более жидкого) и в четыре раза более концентрированного (или более густого) образца. Две разницы в угле цветового тона называются индексом дихроматичности в сторону более светлого (DI _{L Крефта) и индексом дихроматичности в сторону более темного (DI D} Крефта ) соответственно. ^[4] Индексы дихроматичности Крефта DI _L и DI _D для тыквенного масла, которое является одним из самых дихроматических 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 оно немного меняется в сторону зеленого (на 9 градусов), если его толщина уменьшается в 4 раза.

Запись Уильяма Гершеля (1738–1822) показывает, что он наблюдал дихроматизм с раствором сульфата железа и настойкой ореховой галловой кислоты в 1801 году, работая над одним из первых солнечных телескопов , но он не распознал этот эффект. ^[5]

• Крефт Само и Крефт Марко (2007). Физико-химические и физиологические основы дихроматического цвета. Naturwissenschaften, doi: 10.1007/s00114-007-0272-9