فیزیک رنگ در پیگمنت ها (خواص رنگی پیگمنت)

بازدید: ۱۹

فیزیک رنگ در پیگمنت ها (خواص رنگی پیگمنت)

خواص رنگ پیگمنت، توصیف عمل رنگ رسانی پیگمنت و به عبارتی مشخصات دقیق رنگ پس از کاربرد پیگمنت همراه با اثرات  پوششی و تراسپرنتی پیگمنت تولیدی اسشت.

کیفیت های رنگ پیگمنت و رنگ آن پس از کاربرد قابل تشخیص است. این مشخصات به نوع کاربرد بستگی دارد. در گذشته اظهار نظر در رابطه با این مشخصات از طریق چشم کاربر انجام می گرفته است؛ در حال حاضر، اندازه گیری رنگ بر یک پایه علمی بنا نهاده شده و متخصصان رنگ از تئوری های مختلف نوری لایه های پیگمنت بهره می گیرند. در این بخش بعضی از مفاهیمم مهم خواص نوری برای کاربر رنگ مورد بحث قرار می گیرد.

رنگ

رنگ یک شئ، ادراک حسی هر فرد از محرک رنگ است. محرک رنگ (Color Stimulus) عبارت است از: انعکاس تابش نور به شئ. منظور از نور، تابش امواج الکترومگنتیک با طول موج های بین 760 – 380 نانومتر است. نور ناشی از هر منبع نوری را می توان به وسیله انرژی نسبی ای که در هر طول موج ایجاد می کند مشخص کرد. منحنی این انرژی نسبت به طول موج، منحنی توزیع انرژی طیفی منبع نوری نام دارد. ادراک رنگ به توزیع انرژی طیفی نور در طول موج های طیف مرئی نور بستگی دارد.

ادراک رنگ علاوه بر محرک رنگ همچنین به توانایی فرد مشاهده کننده نیز بستگی دارد. تطابق آنی به شرایط روشنایی و ادراک رنگ ها در طیف مرئی از این جمله است.

برخورد اشعه نور (فوتون) به یک فیلم پیگمنت می تواند به سه فرم جذب، پخش و یا عبور اشعه، صورت می گیرد.

در مورد پیگمنت های رنگی، جذب و پخش که با طول موج ارتباط دارد، منبع مطالعات نوری است. تغییر نور به وسیله اشیا را می توان با منحنی انتقال طیفی یا منحنی انعکاس طیفی تبیین کرد. این منحنی ها نشان می دهند چه مقدار نور در هر طول موج به وسیله اشیاء انتقال یا انعکاس پیدا می کند، همان طور که یک منبع نوری را نیز می توان به وسیله منحنی توزیع انرژی طیفی آن تعریف کرد.

انعکاس طیفی (یا انتقالی) یک شئ، رنگ و یا محرک رنگ شئ را مشخص می کند و نمودار منحنی طیفی انعکاس و یا انتقال شئ، می تواند روشی برای اندازه گیری مقداری رنگ نمونه باشد.

مثال: یک شئ قرمز، قرمز دیده می شود زیرا در اثر تابش نور، طول موج های مربوط به قرمز بیشتر از سبز و آبی منعکس ممی شود و طول موج های مربوط به آبی و سبز جذب می گردد.

سیستم بینایی انسان (مشاهده کننده) در ادراک رنگ مؤثر است همچنین نقص بینایی رنگ نیز در ادراک رنگ مؤثر است.

رنگ در ارتباط دو مشخصه یا صفت مورد بحث قرار می گیرد.

الف) مشخصه رنگی، که مربوط به خواصی از قبیل ته رنگ (Hue)، خلوص (Chroma) و یا عمق رنگ (Value) است.

ب) مشخصه هندسی: در رابطه با خواصی از قبیل براقیت (Gloss) ساختار (Texture)، شکل ذرات و زاویه دید بحث می کند.

شکل 1-طول موج نور مرئی، اختلاف رنگ ها

هر دو مشخصه در ادراک بینایی تأثیر گذارند. نور سفید یا مرئی بخشی از طیف وسیع الکترومگنتیک را شامل می شود. مشخصه این نور، شکست آن و ایجاد رنگ های مختلف از قرمز تا بنفش بوسیله ی یک منشور شیشه ای است.

نور مصنوعی نیز می تواند انرژی تابشی را در طیف مرئی ایجاد کند. لامپ روشنایی، لامپ نور روز و یا فلورسنت، نور سفید را به وجود می آورد. طیف الکترومگنتیک شامل نور مرئی و شکل های دیگر انرژی الکترومگنتیک است. اشعه X و انرژی ماوراء بنفش (UV) با طول موج های پایین تر از نور مرئی و اشعه مادون قرمز، مایکرویو، طول موج رادیو – تلوزیون با طول موج های بالاتر، در این طیف قرار دارند.

اگرچه چشم انسان به نور مرئی حساس است ولی حضور فرم های دیگر نور به صورت انرژی الکترومگنتیک در زندگی روزانه قابل حس است. از جمله انرژی مادون قرمز لامپ روشنایی که به صورت گرما ظاهر می گردد و نور ماوراء بنفش که عامل انتشار مجدد نور مرئی است.

خواص نوری سیستم های پیگمنتی

تابش نور روی یک لایه سیستم پیگمنتی (فیلم رنگ، جوهر، پلاستیک رنگی) می تواند به اشکال مختلف انعکاس و جذب داشته باشد (شکل 2) فاکتورهایی که می تواند ایفای نقش نمایند به شرح زیر می باشد:

1-مقادیر ثابت خواص نوری پیگمنت و حامل مثل ضریب انعکاس، ضریب جذب و پخش

2- اندازه ذرات پیگمنت

3- طول موج اشعه تابش

4- ترکیب شیمیایی پیگمنت

5- غلظت پیگمنت در سیستم پیگمنتی

شکل 2- نمایش اثر متقابل شعاع نور تابیده شده و لایه فیلم رنگ در سه وضعیت شعاع نور 1-با زاویه a تابیده و به همان زاویه منعکس می گردد. شعاع نور 2-شعاع نور پس از تغییر جهت توسط پیگمنت جذب می گردد. شعاع نور 3-پس از هر برخورد با ذرات پیگمنت منعکس می گردد.

نوع ماده پوشش داده شده با فیلم رنگ در صورتیکه پوشش کامل نیابد، در رفتار نوری اثر گذار می باشد. حدود 5 تا 10 درصد اشعه های تابیده شده از سطح اول، بدون تغییر منعکس می شود. زاویه ی شعاع تابش با انعکاس برابر است و اشعه انعکاس نیز نور سفید می باشد و به براقیت شئ مرتبط است. در سطوح مات، نور پس از انعکاس در تمام جهات، انعکاس و یا به عبارتی پخش می شود. در پدیده ی پخش، نور وارد ذرات می گردد و سرعت آن کاهش می یابد و سپس جهت آن تغییر می کند و یا شکسته می شود. ضریب شکست شئ، نسبت به هوا، میزان تغییر سرعت را معین می کند. پخش با میزان پوشش شئ ارتباط دارد.

انعکاس – براقیت، هیزینگ

نسبت اشعه های تابش یافته که از سطح سیستم های پیگمنتی منعکس می گردد، مربوط به براقیت لایه می باشد. ضریب انعکاس سیستم پیگمنتی، زاویه تابش، شدت تابش و ساختار سطح (میزان صافی سطح)، از جمله عواملی هستند که در میزان براقیت نقش دارند. در صورتی که سطح کاملا ً صاف باشد (سطح ایده آل برای سیستم پیگمنتی)، در این صورت زاویه انعکاس برابر با زاویه تابش می باشد این نوع انعکاس را انعکاس آینه ای (Specular reflection) می نامند. در صورتیکه سطح ناصاف باشد، انعکاس در زوایای مختلف پخش می شود که آنرا انعکاس پخشی (diffuse reflection) می نامند. این سطوح به صورت مات یا نیمه مات دیده می شود. مکانیزم انعکاس و پخش در شکل 3 مشاهده می شود.

شکل 3- انواع انعکاس: a (انعکاس آینه ای)، b (انعکاس پخشی)، c انعکاس پخشی به علت نا همواری های میکروسکوپی

براقیت همچنین به میزان دیسپرشن و توزیع اندازه ذرات پیگمنت بستگی دارد. این دو فاکتور نقش مهمی مخصوصا ً در صورتی که فیلم سیستم پیگمنتی نازک باشد،(مثل چاپ) دارد. برآمدگی های ناشی از تجمع ذرات، عامل کاهش براقیت می باشد. همچنین برای حالاتی که جذب بوسیله ذرات بسیار قوی انجام گیرد. ضرایب جذب در براقیت نقش پیدا می نمایند.

در سنجش براقیت که به صورت فیزیکی انجام می گیرد، نقش فیزیولوژی و روان شناسی لحاظ نمی گردد که در هر دو نقش دارند. در این صورت، ساختار سطح لایه پیگمنتی، نوع ماده زیر لایه، نوع تابش و شدت آن از جمله عواملی هستند که در تعیین براقیت نقش ایفا می نمایند.

اندازه گیری براقیت

از آنجا که میزان براقیت شدیدا ً به زاویه تابش ارتباط دارد، مناسبترین زاویه تابش می بایست انتخاب گردد. سه زاویه مشخص، تمامی تغییرات براقیت را برای سطوح مات مطلق تا براقیت فوق العاده بالا پوشش می دهد. زاویه 20 درجه برای سطوح با براقیت بالا، 60 درجه براقیت متوسط و 85 درجه برای سطوح مات می باشند. دو زاویه دیگر 45 درجه و 75 درجه نیز برای سرامیک، پلاستیک و صنایع کاغذ استاندارد شده اند.

سنجش براقیت از طریق دستگاه اسپکتروفتومتر و یا براقیت سنج های زاویه دار، انجام میگیرد. در اسپکتروفتومتر، تغییرات زاویه تابش به علت وجود دیافراگم در سیستم، محدود به یک زاویه 60 درجه گردیده است. معیار سنجش براقیت در این دستگاه به میزان انعکاس نور در این زاویه می باشد و توزیع نور پخش شده، لحاظ نمی گردد.

استاندارد شامل براقیت بالا، پنل سیاه شیشه ای و عبور اشعه های منعکس شده از دیافراگم می باشد. ضریب شکست پنل سیاه شیشه ای 567/1 می باشد که در این صورت براقیت 100 است. براقیت نمونه درصدی از استاندارد می باشد (شکل 4)، مسیر اشعه تابش یافته در دستگاه ریفلکتومتر را نشان می دهد. سیستم نوری در دستگاه ریفلکتومتر شامل، لامپ، موازی ساز اشعه تابشی و انعکاس و دیافراگم می باشد. اشعه نور لامپ پس از تابش به سطح، بخشی یا تمامی آن منعکس و از طریق نورسنج اندازه گیری می گردد.

شکل 4- مسیر تابش در ریفلکتومتر

مکانیزم براقیت سنج نیز به همین ترتیب است. در براقیت سنج، موازی ساز اشعه برای یک زاویه ثابت نصب گردیده است منتها زاویه موازی سازی مشاهده کننده از صفر تا 75 درجه متغییر است. در براقیت سنج، هر دو مورد شدت انعکاس آینه ای و توزیع نور پخشی، اندازه گیری می گردد. بنابراین میزان براقیت با هر زاویه ای بین صفر تا 75 قابل سنجش است. برآورد شدت توزیع بدین ترتیب می تواند در جهات مختلف روشنایی تعیین و آنرا ترسیم نمود (شکل 5). حداکثر مقدار در منحنی و مقدار نیمه منحنی، معیارهای سنجش براقیت می تواند قرار گیرد.

شکل 5- منحنی شدت نور با تغییر زاویه مشاهده کننده

هیزینگ (Glass hage) 

در مشاهده یک تصویر خیلی براق، گاهی اوقات هاله شبیه ابر روی تصویر دیده می شود که آن را هیزینگ می نامند. در شیدهای رنگی تیره تر، هاله شیری رنگ می باشد. علت آن ناهمواری های میکروسکوپی روی لایه سیستم در اندازه های 2 تا 20 میکرون می باشد که پخش نور در شدت کم را ایجاد می نماید (شکل c 3). به عبارت دیگر، عمده تابش به صورت انعکاس آینه ای می باشد و بقیه در زاویه نزدیک زاویه انعکاس آینه ای می باشد.

ناهمواری های سطح مربوط به تجمع یا فولکوله شدن(به هم چسبیدن) پیگمنت در روی سطح لایه می باشد.

اختلاط افزایشی رنگ

با اختلاط انرژی طول موج های مختلف (یا رنگ)،  پروسه اختلاط رنگ ها قابل مشاهده است. از اختلاط سه رنگ اصلی قرمز، سبز، آبی و با تغییر میزان آن، کلیه رنگ های طیف مرئی قابل تولید است. در صورتیکه میزان اختلاط برابر باشد، رنگ سفید ایجاد می شود. از این پروسه در تلوزیون رنگی استفاده می شود.

مدل دیگر، اختلاط کاهشی است که می توان آن را با استفاده از فیلترهای شیشه ای رنگی ایجاد کرد. شیشه رنگی، طول موج مربوط به رنگ شیشه را با جذب در نور انتشار یافته، کاهش می دهد. تمام اجزای نور سفید در مرکز یعنی در محلی که هر سه شیشه روی هم قرار گرفته جذ ب و در نتیجه سیاه دیده می شود (شکل 1).

تابش نور سفید بر روی هر شئ (مواد رنگی) می تواند به اشکال مختلف انعکاس داشته باشد.

سنجش رنگ

ممنظور از سنجش رنگ، تعیین مقدار مشخصات رنگ است که اولین بار توسط مانسل (Mansell) در سال 1905 از طریق مرتب کردن رنگ ها بر اساس سه مشخصه ته رنگ (Hue)، عممق رنگ (value) و خلوص رنگ (chroma) پایه ریزی شده است. ته رنگ از جمله خواص رنگ است که با کلماتی از قبیل قرمز، زرد و آبی و غیره بیان می شود. ترتیب طبیعی قرار گرفتن ته رنگ، قرمز، زرد، سبز و زرشکی است. در صورتی که رنگ های مجاور به نسبت های مختلف با یکدیگر ممخلوط شوند تغییر رنگ از رنگی به رنگی دیگر به وجود می آید اما اگر این پدیده در مورد تمامی رنگ ها صورت گیرد، دایره ته رنگ مانسل که به فواصل مساوی تقسیم شده قابل مشاهده است.

عمق رنگ، کیفیتی از رنگ است که با تعابیری چون روشن، تاریک و غیره بیان می شود و رنگ را به یک خاکستری که روشنایی ممشابه دارد مربوط می کند.

مقیاس عمق رنگ از صفر که سیاه خالص است شروع و به 10، برای سفید ختم می گردد. در فاصله این دو حد، رنگ های خاکستری هستند که آن را رنگ های خنثی می نامند و فاقد ته رنگ اند. رنگ هایی که ته رنگ دارند را رنگ های کروماتیک می نامند. عمق رنگ در مورد هر دو نوع کروماتیک خنثی بکار برده می شود. خلوص رنگ (chroma) یعنی فاصله رنگ خنثی تا عمق رنگ مربوط به آن می باشد. خلوص پایین به معنی ضعف رنگ و بالعکس خلوص بالا نشان دهنده قدرت رنگ است. مقیاس اندازه گیری از صفر برای رنگ خنثی شروع می شود اما حد بالای آن قرار دادی است. مولفه های ته رنگ، عمق رنگ و خلوص رنگ برای هر رنگی متفاوت و مستقل است و در یک فضای سه بعدی تعریف می شود. رنگ های خنثی روی خط عمودی ای که سیاه در پایین محور و سفید در بالای محور آن قرار دارد آنرا محور خنثی می نماید واقع شده است ته رنگ های مختلف در زوایای مختلف اطراف دایره ای نمایش داده می شوند و خلوص رنگ بر روی خط عمود بر محور خنثی قرار گرفته است و با افزایش فاصله از مرکز، به میزان آن افزوده می شود. این ترتیب سه بعدی رنگ ها را فضای رنگ مانسل می نامند (شکل 6).

شکل 6- نمایش تغییرات ته رنگ (Hue)، عمق رنگ (Value)، خلوص رنگ (Chroma) در فضای رنگ مانسل

محاسبه مقادیر محرک سه گانه

اساس سیستم سنجش رنگ که بر پایه سیستم CIE می باشد بر نظریه اختلاط افزایشی رنگ (additive color mixing) قرار دارد که در آن رنگ ها در نتیجه اختلاط نورهای رنگی، رنگی واحد و همانند ایجاد می نمایند.

یک محرک رنگ با اختلاط رنگ های طیف می تواند ایجاد گردد و لذا توزیع طیفی دارد. توسط سه نور، نورهای اصلی (primary lights) که نورهای سبز، قرمز و آبی می باشد و تنظیم شدت و اختلاط آنها، نور همانند ایجاد می گردد.

میزان و یا شدت این سه نور اصلی توسط سه عدد بیان گردیده که به آنها مقادیر محرک سه گانه (tristimulus) رنگ می گویند.

محرک سه گانه X، Y، Z به شرح زیر محاسبه می گردد.

برای محاسبه فرمولهای فوق الذکر، طیف مرئی به L قسمت (حداقل 16 قسمت) تقسیم شده است. Jn، شدت نور در فاصله n و Rn فاکتور متوسط انعکاس در این فاصله می باشد. مقادیر Xn و Yn و Zn، مقادیر محرک سه گانه شئی مورد آزمایش که به وسیله لامپ استاندارد انتخابی، بر آنها نور تابانده شده و به وسیله مشاهده کننده نرمال رویت گردیده است، از جدول مربوطه به دست می آید. در صورتی که دو شئ تحت دو روشنایی مشخص همرنگ باشند، لزوما ً این به معنی همرنگی در روشنایی های دیگر نیست.مقادیر برابر Rn برای دو شئ عامل همرنگی می باشد. در صورتیکه دو شئ در بعضی از شرایط نوری با یکدیگر تطابق رنگی داشته باشند، این دو شئ را اصطلاحاً دارای رنگ متاماریزم می نامند.

مشخصه های رنگی X، Y و Z از طریق دستگهای رنگ سنج محاسبه می شوند از اهمیت خاصی برخوردارند، متصور کردن آن در کاربرد علمی با مشکل مواجه است، لذا بدین دلیل و دلایل دیگر، سیستم های دیگری تعریف شده اند. محورهای رنگی سیستم های جدید بر مبنای مشخصه X و Y و Z محاسبه شده اند. یکی از سیستم ها که متناوبا ً بکار برده می شود، به شرح زیر می باشد.

شکل 7- دیاگرام رنگ سی آی ای

دیاگرام رنگ بر پایه محورهای Y و X در شکل 7 مشاهده می شود. نقص این سیستم مشخص نبودن روشنی یا سیسری رنگ است.

سیستم دیگر که اینن نقیصه در آن وجود ندارد سیستم CIELab نام دارد و از مختصات استوانه استفاده شده است. (شکل 9 و 8) خط عمود که از مرکز می گذرد (L*)، روشنایی (Lightnes) را مشخص می نماید، a* (قرمزی در صورت مثبت بودن و سبزی در صورتیکه منفی باشد) و b* (زردی در صورت مثبت بودن و آبی در صورت منفی بودن) را نشان می دهد.

همچنین همین سیستم می تواند بر مبنای h و C* و L* باشد که C* میزان خلوص رنگ و h شید رنگ را تعیین می نماید.

شکل 8- مشخصات رنگ بر پایه سیستم سی آی ای لب

سیستم سی آی ای (CIE System)

سیستم سی آی ای بر اساس فرضیه ترکیب و اثر متقابل انرژی نور، شیء و مشاهده کننده بنا نهاده شده است. در این سیستم با کاربرد یک منبع نوری و مشاهده کننده استاندارد، اعدادی تعریف می گردند که گویای مشخصات رنگ اجسام می باشد. اجرای این سیستم همراه با موارد به شرح زیر می باشد:

-مشاهده کننده استاندارد انسانی معمولی دارای توانایی بینش رنگ

-مشخصات منبع نوری استاندارد برای مقایسه رنگ ها

-محاسبه مقادیر محرک سه گانه رنگ که سیستم بینایی انسان از مشاهده رنگ تشخیص می دهد.

-تبدیل محرکه سه گانه به مولفه ی رنگی ( Y xy رنگ فضایی(

-دیاگرام سی آی ای

دیاگرام رنگ سی آی ای (1931)

دیاگرام رنگ سی آی ای، دارای اطلاعات مهمی است که از جمله به بحث کمیت سنجی منابع نوری کمک می نماید. در صورتیکه تمام حدود ادراک رنگ ها ترسیم گردد، نتیجه شبیه یک نعل اسب می باشد (شکل 7). رنگ های واقع در لبه نمودار دارای بالاترین خلوص و اشباع هستند. مرکز نمودار مشخصات رنگ (ته رنگ و خلوص) و روشنایی را نمایش می دهد. رنگ های نزدیک این مرکز، کمترین خلوص را دارند و به رنگ خنثی نزدیک هستند. از خواص دیگر این نمودار تعیین مشخصات رنگ حاصل از اختلاط و ترکیب دو رنگ می باشد. بدین ترتیب که مشخصات رنگ مخلوط به روی خط مستقیم اتصال نقاط مربوط به مشخصات دو رنگ قرار دارد. این خاصیت پایه تدوین مدل های ریاضی برای تعیین مشخصات رنگ در ترکیب رنگ ها می باشد. (Color match) که در تولید رنگ با یک شید رنگی از پیش تعیین شده قابل استفاده می باشد.

کمیت سنجی منبع نور

1- درجه حرارت رنگ

در مرکز هر نمودار سی آی ای، یک منحنی وجود دارد. این منحنی از ناحیه قرمز سیر شروع می شود و به سمت ناحیه روشن پیش می رود و به آبی ختم می گردد. این منحنی را به نام کاشف آن با نام مکان پلانکین و یا جسم سیاه می نامند. (شکل 7).

در سال 1900، پلانک معادله ای را بدست آورد که با تغییر درجه حرارت جسم، مشخصات طیفی نور منتشر شده قابل محاسبه می باشد.

یک میله آهنی در داخل کوره حرارتی، پس از افزایش درجه حرارت ابتدا قرمز تیره و سپس با افزایش درجه حرارت به قرمز متمایل به نارنجی، سفید و در نهایت سفید متمایل به آبی تغییر رنگ می دهد. همچنین قانون پلانگ درجه حرارت رنگ منبع روشنایی را تعیین و با درجه حرارت کلوین مشخص ممی نماید.

2- منابع نوری استاندارد

روشنایی هایی که با حروف A، B، C، D65 بر منحنی جسم سیاه واقع شده است مربوط به منابع نوری استاندارد سی آی ای ممی باشد. این استانداردها مدل های مرجع جهت محاسبات ریاضی در دستگاههای نورسنجی و بصری می باشند. شبیه سازی فیزیکی روشنایی ها، منابع ننوری استاندارد را ایجاد می نماید. روشنایی هایی از قبیل A، B، DSS، D65، D75 نمونه هایی از این شبیه سازی ها هستند که به عنوان منابع نوری استفاده می گردند. تمامی منابع نوری ایجاد روشنایی می نمایند اما تمام روشنایی ها ( مثل C) نمی تواند منابع نوری استاندارد باشند.

3- ضریب دریافت رنگ (CRI)

میزان یا درصد طبیعی دیدن رنگ ها تحت تابش یک منبع نوری، ضریب دریافت رنگ می باشد. حداکثر آن صد، برای فیلامنت تنگستن در درجه حرارت 5000 درجه کلوین می باشد. لامپ هایی با CRI بیش از 90 درصد، مطلوب ارزیابی می گردند. جدول ضرایب CRI برای منابع نوری مختلف در شکل نشان داده شده است.

شکل 9- سیستم CIELab و CIELch در فضای رنگ

4- توزیع انرژی طیفی SPD

تنوع زیاد در نوع لامپ ها وجود دارد که تفاوت آنها در انتشار میزان مختلف انرژی و طول موج می باشد. اندازه گیری توزیع انرژی منابع نوری از طریق دستگاه اسپکترورادیومتر انجام می گیرد. مشخصه هر منبع نوری، منحنی توزیع انرژی طیفی (SPD) آن می باشد.

5- توزیع انرژی طیفی نور روز

توزیع انرژی نور و طیف آن روز به روز و فصل به فصل تغییر می کند. نور روز در شب و یا در فضاهای بسته وجود ندارد از این رو شرکت های مختلف صنعتی تولید منابع روز را طراحی نموده اند که در دستگاههای مختلف بکار می روند. تفاوت این منابع نوری در منحنی SPD آنها است. مثلا ً منبع نوری D75 که میزان انرژی آبی آن بیشتر از D65 می باشد. همچنین D65 که انرژی آن آبی بیشتر از D56 و D50 و انرژی قرمز آن بیشتر از D65 و D75 است. شکل منحنی تمتم فازهای نور روز شبیه همدیگر است. اکثر رنگ سنج ها که با یکی از این سه نوع روشنایی (D75, D65, D50) مورد استفاده کار ممی کند با دو نوع روشنایی دیگر نیز نتایج قابل قبول ارائه می نمایند.

منبع نور روز برای ارزیابی رنگ مناسب ترند. منبع نوری D65 در عین حال که کل طیف مرئی را شامل می باشد، توزیع انرژی برابر نیز دارد. توزیع انرژی برابر یکی از فاکتورهای مهم برای ترجیح نور روز می باشد.

منابع نوری دیگر چنین خصوصیتی را از خود نشان نمی دهند مخفف های D50، D65، D75 فازهای مختلف نور روز هستند که بوسیله CIE شناخته و معرفی شده اند. بهترین روش شبیه سازی نور روز، منبع هالوژن تگستن همراه با فیلتر می باشد. منبع فلورسنت نور روز نیز برای ارزیابی رنگ، طراحی و ممورد استفاده قرار می گیرد.

کمیت سنجی شئ

اساس رنگ سنجی برپایۀ ادراک اثر متقابل شئ و امواج نوری و ارتباط آن با داده های اندازه گیری ممی باشد. ادراک رنگ اشیاء مستقیما ً با خصوصیات طیفی آنها مرتبط است. خصوصیات طیفی، بازتاب طول موج هایی است که از اشیاء خود بیرون می دهند. خصوصیات طیفی یک ماده به منظور اندازه گیری رنگ، مشخصا ً به خود ماده ممربوط است علیرغم تغییر منبع نوری و یا مشاهده کننده داده های طیفی از طریق اسپکتروفتومتر قابل اندازه گیری می باشد.

منحنی انعکاس طیفی

هر رنگی در جذب و پخش انرژی های نور سفید خصوصیات منحصر به فرد خود را دارد و منحنی انعکاس آن بر حسب میزان انعکاس و جذب طیف های مرئی به دست می آید. هر منحنی، برای شناسایی یک رنگ مشخص مورد استفاده قرار می گیرد. سطوح سفید، کل انرژی نور را در حدود طیف های مرئی منعکس می نماید و منحنی آن خط مستقیم با انعکاس 90 تا 100 درصد  می باشد (شکل 10).

سطوح مشکی تقریبا ً انعکاسی برابر صفر دارد. رنگ خاکستری شامل نیمی سفید و نیمی دیگر سیاه است. منحنی آن مستقیم و انعکاس آن تقریبا ً 50 درصد است. در مورد مواد مات انعکاس طیفی اندازه گیری می گردد زیرا نور منعکس یافته همان ادراک چشم می باشد. انعکاس با درصد تعیین می گردد. انعکاس 100 درصد برای اجسامی که کل نور تابش یافته را منعکس می نمایند و صفر درصد برای حالت جذب کل نور می باشد.

یک شئ قرمز براق می تواند انعکاس 75% در ناحیه قرمز طیف مرئی و تنها 10 درصد برای ناحیه آبی و سبز داشته باشد.

کمیت سنجی مشاهده کننده

علاوه بر آنکه منابع می بایست تابع یک استاندارد در سیستم CIE باشند، مشاهده کننده نیز باید تابع همین استاندارد باشد.

1- مشاهده کننده استاندارد سال 1931 (2درجه)

زاویه دید مشاهده کننده 2 درجه می باشد و تصویر در این حالت روی شبکیه و در محل حفره فوویا (Fovea) که دارای بهترین حساسیت رنگ می باشد می افتد.

2- مشاهده کننده 10 درجه (استاندارد سال 1964)

از آنجا که اکثر ارزیابی های مرئی با زاویه بیشتر از 2 درجه انجام می گردد بعدا ً ممشخص گردید که زاویه 2 درجه ناظر، با سنجش مقادیر رنگ که توسط دستگاه انجام می شود همخوانی ندارد. اختلاف موجود نسبت به زاویه، بیشتر در طیف و ناحیه آبی – سبز قابل مشاهده است.

در سال 1964، زاویه دید 10 درجه در سیستم CIE تعریف گردید که از آن نتایج بهتری در سنجش بدست آمد و امروزه کاربرد آن در اکثر دستگاههای اندازه گیری متداول می باشد.

شکل 10- منحنی های انعکاس طیفی

متاماریزم دستگاه

اختلاف بین منحنی حساسیت طیفی مشاهده کننده ها، موجب دو دید مختلف برای یک شئ واحد می باشد. همین مورد در مورد دستگاه های مختلف اندازه گیری رنگ می تواند صادق باشد و برای یک نمونه مورد نظر نتایج متفاوتی بدست آید. اختلاف نتایج حاصله، از منابع نوری، فیلترها و دریافت کننده های متفاوت سرچشمه می گیرد زیرا همانند ساختن منحنی های حساسیت برای کالریمترها مختلف بسیار دشوار می باشد.

دستگاه های اندازه گیری رنگ

ارزیابی رنگ از طریق مشاهده با قدرت و یا ضعف بینایی مرتبط است. همچنین نور محیطی که شئ در آن مشاهده می گردد نیز در قضاوت رنگ نقش دارد. موارد فوق همراه با عدم توانایی گفتگو در نوع رنگ سبب می گردد که دستگاههای رنگ سنج در تمامی صنایعی که به نوعی به رنگ ارتباط دارند، از اهمیت خاص برخوردار شوند. این دستگاهها همچنین در فرآوری تولید مواد رنگی برای بدست آوردن رننگ استاندارد و یا افزایش کیفیت، نقش بسزایی یافته اند.

دستگاههای رنگ سنج از حساسترین چشم ها بهتر عمل سنجش را انجام می دهند و در عین حال اختلاف رنگ بسیار کم یک رنگ استاندارد با رنگ مورد سنجش را نشان می دهند.

تنوع وسیعی از دستگاههای رنگ سنج وجود دارد که عمدتا ً به دو صورت کالریمتر و اسپکتروفتومتر در بازار معرفی گردیده است.

دستگاههای رنگ سنجی را نمیتوان جایگزین متخصصین تینت رنگ نمود بلکه این دستگاه ها به رنگساز، در تولید مطابق یک استاندارد از پیش تعیین شده کمک کرده و از دوباره کاری جلوگیری می نماید. در نهایت، هدف تعیین مشخصات کمی رنگ که برای رنگساز ملموس و قابل گفتگو باشد، می باشد.

1- کالریمتر(Colorimeter)

لغت کالریمتر در توصیف هر دستگاه اندازه گیری رنگ بکار برده می شود اما در واقع، کالریمتر شامل یک منبع نور همراه با فیلتر (شیشه یا پلاستیک) و نوریاب (detector) برای تعیین توابع سه مولفه رنگی می باشد. در کالریمتر داده های رنگ بر پایه یک مشاهده کننده (2 یا 10 درجه) و یک روشنایی (C یا D65) طراحی شده است. پدیده متاماریزم در کالریمتر به علت وجود تنها یک روشنایی، قابل ارزیابی نیست.

اگرچه تکنولوژی ساخت کالریمتر پیشرفت زیادی در این سالها داشته است اما وجود فیلتر که با مرور زمان می تواند تغییر و یا از حالت استاندارد خارج گردد و منبع نور تنگستن که از انرژی آبی و سبز خیلی کمی برخوردار است، سبب می گردد که دقت آزمایش در اثر مرور زمان کاهش یابد. ایراد دیگر منابع نوری تنگستن، نیاز به گرم شدن می باشد که این خود عامل افزایش زمان اندازه گیری می باشد. همچنین ممننبع نوری تنگستن ایجاد گرما می کند که برای رنگ های حساس در مقابل حرارت عاملی منفی تلقی می شود.

2- اسپکتروفتومتر

در یک اسپکتروفتومتر، نور به یک طیف تفکیک می گردد و سپس توسط یک شکاف بسیار باریک (چند دهم نانومتر) به یک تک طول مموج (تک رنگ) تبدیل و به نمونه تابانده می گردد. نور جمع کن در اسپکتروفتومترها کروی هستند و همین دقت عمل سنجش رنگ را بیشتر می کند. در مقایسه با کالریمترها که برای اندازه گیری اختلافات کوچک نمونه های رنگی بکار برده می شود، اسپکتروفتومترها را میتوان برای بدست آوردن مقادیر مطلق محورهای رنگ یک نمونه نیز بکار برد.

در اسپکتروفتومتر میزان نور تابش یافته به شئ با نور منعکس یافته برگشتی از آن شئ مقایسه می گردد. نسبت این دو اندازه گیری، درصد نور منعکس یافته از شئ را تعیین می نماید. در اسپکتروفتومتر، این نسبت برای تمام طول موج های طیف مرئی تعیین و برایند آنها، سه مولفه رنگی دیگر را تعیین می نماید. اسپکتروفتومتر شامل منبع نور، فیلتر UV، شبکه انکسار (diffraction grating)، نور یاب (detector) و میکروپروسور می باشد. سیستم تابش نور به شئ در اسپکتروفتومتر به دو صورت کروی و تخت (5/45) انجام می شود.

منبع نور

در اسپکتروفتومترهای توسعه یافته جدید از منابع نور زنون (xenon) به صورت پالس استفاده می گردد. هرپالس نور زنون، قدرتی حدود صد هزار وات دارد که به شئ تابیده می شود. از آنجا که زمان تابش بسیار کوتاه و شدت نور بسیار زیاد می باشد، تغییرات انرژی بسیار کم و قابل اغماض می باشد به صورتی که برای اشیاء تیره نتایج خوب بدست می دهد.

از برتره های دیگر نور زنون، تشابه این نور با نور روز و نتیجا ً مطابقت نتایج در مقایسه مشاهده بصری می باشد. این مورد در اندازه گیری شئ براق یا فلورسنت خیلی مهم است. بالاخره هر لامپ زنون می تواند بیش از یک میلیون تشعشع داشته باشد که این به معنی 5 تا 7 سال تفاوت دوام برای تعویض لامپ می باشد.

فیلتر UV

بعضی از مدلهای اسپکتروفتومترها مجهز به فیلتر UV است که از تابش امواج UV به شئ جلوگیری می کند. در صورتیکه شئ حاوی مواد فلورسنتی باشد، انعکاس نور UV باعث تغییر ظاهری پرتو بازگشته از شئ می گردد. به این منظور برای شناسایی مواد فلورسنتی در شئ اندازه گیری در دو حالت، با فیلتر UV و بدون آن انجام می گیرد. در صورتیکه شئ حاوی مواد فلورسنتی باشد، نتایج اندازه گیری متفاوت خواهد بود. میزان امواج UV در نتایج آزمایش مواد فلورسنتی نقش دارد و لذا دستگاههای مختلف می تواند نتایج مختلفی ایجاد کند.

اختلاف رنگ color Difference

در سنجش رنگ به صورت بصری و یا با دستگاه تقریبا ً همیشه اختلاف رنگ مشاهده می شود که بررسی این اختلاف جزئی اهمیت زیادی در صنایع مختلف دارد. برای اندازه گیری اختلاف رنگ با کالریمتر در سیستم مشخص معمولا ً و اکثرا ً از سی آی ای لب (CIE LAB) استفاده می شود، جمع اختلاف رنگ سه مؤلفه رنگ برای دو نمونه محاسبه و یکی از آنها به عنوان استاندارد در نظر گرفته می شود و با E تعیین و توسط دستگاه محاسبه می گردد (شکل 11).

اختلاف ته رنگ *H

تغییر در زاویه ته رنگ (h) به تنهایی بی معنی است زیرا میزان خلوص در اختلاف ته رنگ نمونه و استاندارد نقش مهمی دارد. برای مثال، تغییر زاویه نسبت به ته رنگ 5 درجه برای رنگ کم رنگ می تواند قابل رویت نباشد اما برای رنگی با خلوص بالا، این تغییر زیاد می باشد. به همین دلیل ته رنگ با *H همراه با قوس خلوص استاندارد بیان می شود.

بدین ترتیب، برای یک تغییر زاویه (مثلا ً 5 درجه)، *H برای رنگی که دورتر از محور خنثی می باشد، بیشتر و برای حالتی که نزدیکتر به محور خنثی است، کمتر است.

تغییر دلتا: تغییرات مؤلفه های رنگ به شرح زیر می باشد:

*L : منفی به معنی تیره شدن و مثبت به معنی روشنتر شدن نمونه نسبت به استاندارد می باشد.

*a : منفی به معنی سبزتر شدن ( و یا قرمز کمتر) و مثبت به معنی قرمز بیشتر (یا سبز کمتر)

*b : منفی به معنی آبی تر شدن (یا زردی کمتر) و مثبت به معنی زردی بیشتر (آبی کمتر)

*c  : منفی به معنی خلوص کمتر و مثبت به معنی خلوص بیشتر

*H : منفی به معنی قرار گرفتن مشخصات نمونه در سمت حرکت عقربه های ساعت نسبت به استاندارد و مثبت به معنی قرار گرفتن نمونه در سمت عکس عقربه های ساعت نسبت به استاندارد می باشد. لذا موقعیت آن بستگی به استاندارد دارد. برای مثال، در صورتی که زاویه ته رنگ (h) استاندارد 90 درجه باشد، *Hمثبت به معنی سبزتر بودن نمونه و *H منفی به معنی قرمز بودن (تفییر مثبت نارنجی)

نمونه نسبت به استاندارد می باشد.

محاسبه اختلاف رنگ

در صورتیکه مشخصات نمونه و استاندارد در مختصات فضایی ترسیم گردد، فاصله بین دو نقطه، اختلاف رنگ بین نمونه و استاندارد می باشد و با E نشان داده می شود. E همیشه مثبت است و منفی ندارد. عدد مربوط به E، جهت تغییر را نشان نمی دهد، لذا دو نمونه نسبت به استانداردهای خود ممکن است مقادیر برابر E نسبت به استاندارد داشته باشند و در عین حال روشنتر با خلوص و ته رنگ درست و دیگری سیرتر با ته رنگ مغایر و خلوص خیلی بالا باشد. فرمول محاسباتی E به شرح زیر می باشد.

که در آن مقادیر l، m، n بستگی به سیستم رنگ فضایی دارد. در سیستم سی آی ای لب مقادیر *L، *a∆، *b∆ جایگزین مقادیر فوق می شوند. در اجرای کنترل کیفیت رنگ، E∆ نقش مهمی در تایید و یا عدم تایید رنگ دارد زیرا یک عدد به عنوان مبنای مقایسه می باشد. به طور کلی، هیچ سیستم رنگ فضایی به صورت کامل با مشاهده از طریق بینائی مطابقت ندارد.

مقادیر * b*a *l در سیستم سی آی ای می تواند در ارتباط با نوع روشنایی، مقادیر متنوعی را ارایه نماید. لذا یک رنگ مشخص مثلا ً قرمز تحت روشنایی های مختلف مثل D65، F2 نتایج مختلف ایجاد می نماید. تحت روشنایی F2 نمونه روشنتر و با قرمزی و زردی کمتر دیده می شود.

شکل 11- اختلاف رنگ

CMC

CMC یک معادله اختلاف رنگ می باشد که بوسیله کمیته اندازه گیری رنگ انجمن رنگرزان و رنگ کاران محاسبه و تدوین گردیده است. معادله اختلاف رنگ CMC از تعدیل معادل سیستم CIElab بدست آمده و برسه مؤلفه: روشنی، خلوص و ته رنگ (h، c و l) پایه گذاری شده است. بر این مبنا، مقدار عددی DEcmc، اختلاف رنگ نمونه با استاندارد مقایسه می گردد. در این سیستم نیز یک عدد مبنای مقایسه می باشد با این تفاوت که مستقل از رنگ استاندارد می باشد. DEcmc، حجم قابل قبول بیضی شکل پیرامون استاندارد را مشخص می نماید، اندازه و شکل بیضی بر حسب موقعیت رنگ در رنگ فضایی تغییر می نماید. معادله این امکان را به کاربر ممی دهد تا با تغییر اندازه بیضی، مطابقت بهتری نسبت به مشاهده از طریق بینایی ایجاد نماید. چشم انسان روشنایی را نسبت به خلوص و ته رنگ بهتر مشاهده می نماید. لذا نسبت C:1 برای ادراک بهتر اختلاف رنگ پیشنهاد می گردد و در عین حال نسبت 2:1 برای رد یا قبول نمونه نسبت به استاندارد متداول است (شکل 12).

شکل 12- نمایش سیستم CMC

ضرایب

تفسیر مختصات رنگی می تواند برای کاربر راحت نباشد. بدین منظور، مولفه های هر یک از مشخصات رنگ که مورد نظر باشد، به صورت مجزا و مستقل اندازه گیری می گردد. اکثر این ضرایب به منظور تعیین یک مشخصه رنگی که با یک عدد نشان داده شده و قابل تغییر می باشد، بدون ارتباط با مختصات مربوط به رنگ، تدوین گردیده اند.

1- ضریب گرایش به زردی

ضریب گرایش به زردی که با استانداردهای مختلف ASTM بیان گردیده است، مربوط به میزان تغییر رنگ سفید به زرد می باشد. عدد حاصل در صورتیکه منفی باشد، به معنی گرایش سفید به آبی می باشد. این ضریب مختص رنگ سفید می باشد. طول موج های مکمل بین 570 تا 580 نانومتر (مربوط به زرد) عامل این زردی می باشند.

عدد صفر برای این ضریب به معنی عدم تغییر و رنگ مطلوب می باشد، مثبت بودن عدد حاکی از گرایش به زردی و منفی بودن، نشان دهنده گرایش به آبی می باشد. استاندارد ASTM شماره 1925، برای تعیین گرایش به زردی پلاستیک، غیر فلورسنت، شفاف بی رنگ و یا سفید غیر شفاف یا تیره، تحت روشنایی نور روز می باشد. این استاندارد برای مواد غیر پلاستیک نیز بکار برده می شود. معادله محاسبه ضریب در این استاندارد به شرح زیر می باشد.

مقادیر Y و Z، مقادیر مولفه های سه گانه با روشنایی C در سیستم CIE می باشند.

استاندارد ASTM شماره 313 E نیز جهت تعیین این ضریب برای مواد مختلف از جمله رنگ، پلاستیک و پارچه بکار برده می شود در این استاندارد، گرایش به زردی با فرمول زیر محاسبه می گردد.

که در آن X، Y و Z مقادیر سه مولفه سیستم CIE با روشنایی C می باشد.

ضریب گرایش به زردی با روش های مختلف دیگری نیز انجام می شود که در مراجع موجود می باشد.

2- ضریب قدرت رنگ دهی Chromatic Strength Index

نسبت K/S نمونه K/S استاندارد برای هر طول مربوط به حداکثر جذب، ضریب قدرت رنگ دهی ممی باشد و با درصد نشان داده شده می شود. محاسبه آن به شرح زیر می باشد.

که در آن R، درصد ضریب انعکاس در طول موج حداکثر جذب (حداقل انعکاس) می باشد.

برای اندازه گیری انتقال، معادله R= log10 (1/T) مبنای محاسبه قرار می گیرد. که در آن T میزان درصد انتقال می باشد.

ضریب بالاتر از 100 به معنی قوی تر بودن نمونه نسبت به استاندارد و ضریب کمتر از 100 نشانه ضعیفتر بودن نمونه نسبت به استاندارد می باشد.

علت اننتخاب انعکاس در حالت حداکثر جذب، اثر گذاری بالای انعکاس در این نقطه جذب برای رنگ می باشد. نوع روشنایی مشاهده کننده در این رابطه مؤثر نیست.

3- ضریب قدرت آشکار Apparent Strength Index

نسبت مجموع مقادیر K/S طول موج های طیف مرئی برای نمونه به مجموع مقادیر K/S طول موج های طیف مرئی استاندارد، ضریب قدرت آشکار نامیده می شود و از طریق زیر محاسبه می گردد.

ضریب قدرت آشکار، اختلاف انعکاس در تمام طول موج ها را برای تعیین قدرت رنگ دهی للحاظ ممی نماید.

خواص نوری پوشش های پیگمنتی

از نظر فیزیکی، نقش پیگمنت ها، اثری است که آن ها بر نور به هنگام تابش می گذارند. پیگمنت ها بخشی از طول موج تابش یافته را جذب و به حرارت تبدیل می نماید و یا جهت انتشار انعکاس و پخش نور تغییر می دهند.

عاملی که سبب می گردد تا جهت انتشار تغییر نماید بستگی دارد به نسبت ابعاد و اندازه ذرات پیگممنت به طول موج، اختلاف ضریب انعکاس بین پیگمنت و حامل و همچنین جهت انتشار. در صورتیکه ابعاد پیگمنت نسبت به طول موج بزرگتر باشد، انعکاس و انکسار با قوانین هندسه نوری قابل تبیین می باشد.

در صورتیکه این دو اندازه قابل مقایسه باشند، نور در جهت های مختلف پخش می شود و این پدیده به طرز پیچیده ای به ابعاد ضریب انعکاس نسبی و قدرت جذب پیگمنت بستگی دارد. در صورتی که ابعاد پیگمنت کوچکتر از طول موج باشد، جهت انتشار تغییر ننمی نماید و عمملکرد پیگمنت کاملا ً جذب می شود.

اختلاط رنگ

جهت تنظیم شید رنگی خاص، چند رنگ ممکن است با یکدیگر مخلوط گردند تا رنگ دلخواه ایجاد شود. اختلاف رنگ ها به دو فرم افزایشی یا کاهشی می تواند باشد. در اختلاف افزایشی از ترکیب سه رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی به میزان مشخص رنگ دلخواه ایجاد می شود.

برای نمونه از اختلاط نورهای قرمز و سبز، نور زرد و از اختلاط سبز و آبی، رنگ فیروزه ای حاصل می شود. سیستم سی آی ای (CIE)، حاصل اختلاط نورهای رنگی می باشد.

نوع دیگر را اختلاط کاهشی می گوینند. در این روش، قسمتی از نور که از یک منبع نوری پخش می شود توسط یک شئ کاهش داده می شود. راه هایی که نور می تواند توسط آن کاهش یابد شامل جذب و انتشار است. حالت جذب ساده را که فاقد انتشار است کاهشی ساده و اختلاط مواد رنگزا را با این روش اختلاط کاهشی می نامیم. نمونه آن اختلاط زرد و فیروزه ای است که رنگ زرد را پدید می آورد. پیش گویی رنگ ها در اختلاط کاهشی پیچیده تر از حالت اختلاط افزایشی می باشد. قانون اساسی اختلاط کاهشی ساده، قانون بی یر (Beer law) نامیده می شود. متداول ترین و در عین حال پیچیده ترین نوع در مورد پیگمنت ها، توان جذب و انتشار می باشد. این نوع اختلاط را کاهشی پیچیده می گویند. تئوری کوبیلکا مانک (Kubelka Munk) این اختلاط را فرموله نموده است که کاربرد وسیعی مخصوصا ً در محاسبه میزان مخلوط چند رنگ جهت کسب رنگ مشخص (Color match) دارد که به وسیله نرم افزار مرتبط با اسپکتروفتومتری محاسبه می گردد.

محاسبه اختلاط رنگ (Color match)

سیستم محاسبه میزان افزایش رنگ ها برای کسب رنگ دلخواه، اولین بار توسط پل کوبیلکا و فرانک مانک در اوایل سال 1930 تدوین گردید. در حقیقت، مدل ریاضی این سیستم قبلا ً برای اندازه گیری فاصله سیارات طراحی گردیده بود که برای تعیین ارتباط بین خواص مولفه های رنگی نوری (به معنی خواص جذب و پخش) بکار برده شد و در آن ذرات جایگزین سیارات و ضخامت فیلم رنگی جایگزین فضای بی نهایت بزرگ گردید.

ناحیه ای که رفتارهای نوری در مدل تئوری کوبیلکا رخ می دهد به یکی از سه شکل زیر می تواند باشد:

نازک: اکثر نورهای پخش شده، تنها یک بار پخش می شوند و نورهای پخش نشده از نمونه خارج می گردند.

متوسط: اکثر نورهای پخش شده، پخش مجدد می گردد و نورهای پخش نشده از نمونه خارج می گردند.

ضخیم: در این حالت تمام نورهای پخش شده مجددا ً پخش می گردند.

ضخامت نوری، ضخامتی که در آن نور پخش شده وجود دارد مورد نظر است و نه از نظر فیزیکی.

تئوری کوبیلکا – مانک

تئوری کوبیلکا – مانک شامل یک مدل ریاضی است که در آن ارتباط ضرایب جذب و پخش (به ترتیب K و S) را با انعکاس یک مؤلفه رنگی در طیف مرئی تعیین می نماید. این مدل برای لایه های نازک (مثل رنگ نساجی) بسیار خوب جوابگو ممی باشد، نسبت K/S، نسبت جذب به پخش می باشد.

در اینجا R͚ انعکاس یک نمونه باضخامت نوری نامحدود یک طول موج مشخص می باشد.

فرمول کوبیلکا – مانک برای نمونه های ضخیم (مثل فیلم رنگ) نیز صادق است. جذب و پخش را همچنین به صورت جداگانه با فرض در نظر گرفتن تمام پخش ها ننسبت به 1 که بالاترین عدد پخش می باشد (معمولا ً اکسید تیتانیومم) به شرح زیر محاسبه می گردد:

Kmix= c1K1 + c2K2 + …+ cnKn

Smix= c1K1 + c2K2 + … +cnSn

در اینجا c1 و c2 و ... و cw نشان دهنده غلظت مؤلفه های رنگی در مخلوط می باشند. به این حالت ((روش دو ثابته)) اطلاق می گردد.

فرضیاتی که می توان در نظر گرفت: صفر در نظر گرفتن پخش ((روش تک ثابته)) و برای حالت دو ثابته، نمونه ها پشت تیره و کدر پوش (opaque) می باشد. هر دو فرض فرقی در عمل ندارند زیرا تمام نمونه ها تا حدودی هم پخش دارند و هم جذب و بنابراین حالت تک ثابته نمی تواند وجود داشته باشد.

این مرتبط می باشد با غیر خطی بودن نسبت بین جذب و پخش و غلظت (شکل 13) که به معنی تغییر رنگ از حالت ایده آل در روش تک ثابته می باشد.

شکل 13- رفتار تئوری و واقعی K/S نسبت به غلظت

به عبارت دیگر روش تک ثابته کوبیلکا – مانک، جواب های خوبی در تغییر رنگ نسبت به ایده ال بدست می آید برای مثال، مرکب چاپ ترانسپرنت با بالا رفتن غلظت، تغییر هیو (Hue) و اشباع رنگ (Color Saturation) ایجاد می شود.

مدل کوبیلکا – مانک محدودیت کاربرد در پشت پوششی کردن و پوشش کامل فیلم رنگ دارد که عملا ً رنگ های شفاف و نیمه شفاف از قبیل لاک صادق نیست. همچنین خواص رنگی بایندر و زیر لایه نیز نقش کلیدی دارد.

مفروضات فوق همچنین امکان محاسبه میزان مطلوب مقدار پیگمنت را در سیستم پیگمنتی از بین می برد. دستورالعملی که طی سالها بکار برده می شود، افزایش پیگمنت تا پوشش کامل برای یک ضخامت مشخص می باشد که کاربرد آن کمتر از میزان مطلوب، غیر اقتصادی و باعث ایجاد متاماریزم ممی گردد. یکی از بحث های اصلی در محاسبه میزان مطلوب پیگمنت در اختلاط رننگ استفاده از نرم افزار اسپکتروفنومتر CMP بوده است.

قدرت رنگ دهی Tinctorial strength

قدرت رنگ دهی پیگمنت بسته به میزان توانایی آن در ایجاد رنگ در حامل است. اندازه گیری میزان رنگ دهی می تواند به صورت مطلق باشد و یا با پیگمنت دیگری به عنوان استاندارد مقایسه گردد.تلاش برای تعیین مقدار مطلق رنگ دهی از طریق بصری دقیق نیستند در حالی که در آزمایش ممقایسه ای، نتایج به صورت بصری قابل استفاده می باشند. بدین منظور یک سری نمونه را که مقادیر مختلف پیگمنت در حامل آنها بکار رفته با یک سری دیگر که مقادیر پیگمنت آنها در حامل استاندارد است مقایسه می کنیم، نتایج آزمایش نمونه ها را نیز با استاندارد که مقادیر برابر پیگمنت در آنها بکار برده شده مقایسه می کنیم تا رنگ دهی نسبی بدین ترتیب تعیین شود.

مشخصات مقایسه ای پیگممنت نمونه و استاندارد در تعیین رنگ دهی مهم است. به همان تعدادی که سیستم های مقایسه ای وجود دارد، مقادیر مختلف رنگ دهی تعیین شود.

در مورد پیگمنت های معدنی، در سیستم سی آی ای، محرک Y (روشنی) را معمولا ً به عنوان قدرت رنگ دهی می توان بکار برد.

مقدار مطلق قدرت رنگ دهی که اختصاص به پیگمنت های آلی دارد، از طریق اندازه گیری (عمق شید) به دست می آید. این روش بر اساس قانون بررسی طیفی پایه ریزی شده است و در آن ارتباط طول موج با ضرایب (l) K و (l) S برای محاسبه و مقایسه استفاده می شود. برای این منظور، نیاز به تهیه نمونه تحت شرایط مشخصی می باشد. تعیین عمق شید برای نمونه ای با مقدار مشخص یک نوع پیگمنت، می تواند اندازه گیری شود و یا برای یک عمق شید از قبل تعیین شده، میزان پیگمنت مصرفی را محاسبه نمود. روش دوم از آنجا که معمولا ً کاربر به دنبال حداکثر عمق شید می باشد، معمول است.

قدرت پوشش Hiding Power

در بحث عملکرد یک پیگمنت توسط حامل (رزین)، تأثیر زیر لایه فیلم رنگ می بایست مورد توجه قرار بگیرد. قدرت پوشش یک پیگمنت ارتباط با توانایی لایه سیستم پیگمنتی (فیلم رنگ) برای پنهان نمودن زیر لایه به صورتیکه دیده نشود، دارد. به بیان دیگر، مقدار مشخصی از پیگمنت در یک سیستم پیگممنتی که روی سطحی پخش شود و آن را پوشش دهدو در عین حال پوشش آن کاهش نیابد. حداقل ضخامت فیلم رنگ برای پوشش کامل معیار دیگر می تواند باشد. لایه فیلم که به صورت موثر زیر لایه را پوشش دهد می بایست قدرت پخش داشته باشد. میزان پخش بستگی دارد به ضخامت لایه، جذب نور در لایه و تفاوت اختلاف رنگ با زیر لایه. جذب کمتر رنگ و یا اختلاف رنگ بیشتر زیر لایه با فیلم رنگ، نیاز به قدرت پخش بیشتر برای پوشش دارد. پوشش همچنین به طول موج اشعه تابشی بستگی دارد. قدرت پوشش پیگمنت های رنگی با توجه به رنگ زیر لایه می تواند متفاوت باشد.

اندازه گیری قدرت پوشش با استفاده از مقوای گلاسه با نوارهای سفید و مشکی استاندارد انجامم می گیرد. استاندارد انعکاس برای نوار سفید 80 درصد و مشکی 5 درصد است.

فیلم رنگ با ضخامت مشخص، با اپلیکاتور، روی نوارها مشکی و سفید پوشش داده می شود مطابق استاندارد ASTM D 2805-76 پوشش نسبت مقادیر Y، مشکی و سفید می باشد. نسبت 98% نشان دهنده پوشش کامل می باشد.

ترانسپرنسی Transparency

بررسی مقدار شفافیت با پوشش فیلم رنگ روی نوار سیاه و اندازه گیری مقدار تفاوت این فیلم رنگ با فیلم حامل (رزین) روی نوار مشکی شفافیت یک پیگمنت را نشان می دهد و E  نشان دهنده حداکثر شفافیت می باشد.

محصولات