Дихроматизм (или полихроматизм) является феноменом, когда цвет материала или раствора зависит как от концентрации поглощающего вещества, так и от глубины или толщины пройденной среды. В большинстве веществ, которые не являются дихроматическими, только яркость и насыщенность цвета зависят от их концентрации и толщины слоя.
Примерами дихроматических веществ являются масло семян тыквы, бромфеноловый синий и резазурин. Когда слой масла семян тыквы имеет толщину менее 0,7 мм, масло выглядит ярко-зеленым, а в слое толще, чем это, он выглядит ярко-красным.
Это явление связано как с физико-химическими свойствами вещества, так и с физиологическим ответом зрительной системы человека на цвет. Эта комбинированная физико-химическая-физиологическая основа была впервые объяснена в 2007 году.
Физическое объяснение
Дихроматические свойства можно объяснить законом Бера-Ламберта и характеристиками возбуждения трех типов конических фоторецепторов в сетчатке человека. Дихроматизм потенциально наблюдается в любом веществе, которое имеет спектр поглощения с одним широким, но мелким 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 может не быть узкой. По мере увеличения толщины вещества воспринимаемый оттенок изменяется от положения, 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 мелкий минимум в зеленой области спектра и глубокий локальный минимум в красной области. В тонких слоях поглощение на любой определенной зеленой длине волны не так низко, как для красного минимума, но передается более широкая полоса зеленоватых длин волн, и, следовательно, общий вид зеленый. Эффект усиливается большей чувствительностью к зеленому цвету фоторецепторов в человеческом глазу и сужением полосы красного пропускания на длинноволновом пределе чувствительности фоточувствительного конуса. Согласно закону Бера-Ламберта, при просмотре через окрашенное вещество (и, таким образом, игнорирование отражения) доля света, передаваемого на заданной длине волны, T, экспоненциально уменьшается с толщиной t, T = e-at, где a — поглощение на этой длине волны. Пусть G = e-aGt — зеленый коэффициент пропускания, а R = e-aRt — коэффициент пропускания красного. Тогда отношение двух прошедших интенсивностей будет (G / R) = e (aR-aG) t. Если красная абсорбция меньше, чем зеленая, то при увеличении толщины t также происходит переход красного в зеленый свет, который вызывает видимый оттенок цвета с зеленого на красный.
квантование
Степень дихроматичности материала может быть количественно оценена индексом дихроматичности Крефта (DI). Он определяется как разница в цвете угла (Δhab) между цветом образца при разведении, где цветность (насыщенность цвета) максимальна, а цвет в четыре раза более разведенный (или тоньше) и в четыре раза более концентрированный (или толще). Две разности углов оттенка называются индексом дихроматичности к свету (DRE Kreft) и индексом дихроматичности в сторону более темного (Kreft’s DID) соответственно. Показатель дихроматичности Kreft DIL и DID для масла тыквы, который является одним из самых дихроматических веществ, составляет -9 и -44 соответственно. Это означает, что масло тыквы меняет свой цвет от зелено-желтого до оранжево-красного (при 44 градусах в лабораторном цветовом пространстве), когда толщина наблюдаемого слоя увеличивается от примерно 0,5 мм до 2 мм; и он слегка меняется к зеленому (на 9 градусов), если его толщина уменьшается в 4 раза.
история
Запись Уильяма Гершель (1738-1822) показывает, что он наблюдал дихроматизм с раствором сульфата железа и настойкой орешника в 1801 году при работе на раннем солнечном телескопе, но он не признавал эффект.