Спектральное и дополнительное излучение видимого света
С.В. Бронников
Цветоведение и колористика
Лекции для заочников
Санкт-Петербург
Введение
Цветоведение – учение о природе света и цвета; физических, химических, физиологических, психологических, эмоциональных и эстетических основах восприятия цвета. Колористика – наука о взаимоотношении цветов, а также методах количественного измерения и воспроизведения цвета.
Физическая природа света
Одним из важнейших способов познания окружающей действительности с помощью органов чувств является зрительное восприятие. Проблемы зрительного восприятия предметов на физическом уровне решаются оптикой.
Оптика (греч. “орtos” – видимый, зримый) – раздел физики, в котором изучаются оптическое излучение(свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества.
Первые представления о природе света были сделаны древними греками. Согласно Пифагору (6 в. до н.э.) тела становятся видимыми благодаря попаданию в глаз человека частиц, вылетающих из тел. Эти частицы Демокрит (460-370 гг. до н.э.) назвал атомами. Идеи Демокрита получила в теории И. Ньютона (1643-1727 гг.), который впервые обнаружил явление дисперсии света, т.е. его разложение на составляющие (монохроматические) цвета, которое он объяснил с помощью корпускулярной теории. Согласно И. Ньютону, цвет определяется размерами излучаемых корпускул (частиц): красному цвету соответствуют корпускулы наибольшего размера, фиолетовому – наименьшего.
В противоположность Пифагору, Аристотель (384-322 гг. до н.э.) полагал, что свет, передаваясь через прозрачную среду, расположенную между объектом и глазом, вызывает зрительное действие. Эта идея положила начало учению об эфире. Аристотель выдвинул также гипотезу о наличии трех основных (первичных) цветов: красный, зеленый, фиолетовый. Последователь идей Аристотеля, Х. Гюйгенс (1629 – 1695 гг.), опираясь на аналогию оптических и акустических явлений, выдвинул волновую теорию света. Согласно Х. Гюйгенсу, свет представляет упругие импульсы, распространяющиеся в эфире. Волновая теория света была подтверждена опытами Т. Юнга и О.-Ж. Френеля, изучавшими дифракцию, поляризацию и интерференцию света. Значительным шагом в развитии волновых представлений о свете явилась созданная во второй половине XIX в. электромагнитная теория Максвелла. Согласно Дж. К. Максвеллу (1831-1879 гг.), световые волны представляют собой электромагнитные волны высокой частоты.
Лишь в начале ХХ века представления И. Ньютона и Х. Гюйгенса сумел объединить Л. де Бройль (1892-1987 гг.), создав теорию корпускулярно-волновых свойств света.
Характеристикой электромагнитного излучения (в частности, светового потока) является длина волны l [м], связанная с частотой n [Гц = 1/с] соотношением
l = с/n,
где с = 3×108 м/с – скорость света.
В зависимости от длины волны электромагнитные волны принято делить на несколько видов. Шкала (спектр) электромагнитных волн, охватывает диапазон от 10-12 до 103 м и приведена на рис. 1.
Рис. 1. Шкала электромагнитных волн
Участок спектра электромагнитных волн в диапазоне от 380 до 780 нм относится к видимому свету (видимая часть спектра). Электромагнитные волны такой длины воспринимаются органами зрения человека.
Основы цветности
Физические основы цветности
И. Ньютон впервые установил, что при прохождении видимого света через стеклянную трехгранную призму происходит его разложение на цветные лучи (полосы): красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый, совокупность которых называется спектром. Схема опыта И. Ньютона представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема спектрального разложения видимого света
Разложение видимого (белого) света на его составляющие обусловлено зависимостью угла преломления луча от длины волны и называется дисперсией. Излучение одной длины волны называется монохроматическим. Раздельное действие монохроматических излучений вызывает ощущение окрашенного света, причем характер окраски (цвет) зависит от длины волны (табл. 1). Так, свет с длиной волны 500-560 нм воспринимаются как зеленый, а свет с длиной волны 470 нм – как синий. Лучи света могут складываться и вычитаться: если из белого света удалить фиолетовые лучи, то световой поток будет восприниматься желтым и т. п.
Физической основой определения цвета предмета является его способность определенным образом сортировать падающие на него лучи видимого света, то есть в определенном соотношении поглощать, преломлять и отражать их. Обычно имеют место все три явления одновременно, но соотношения между ними при различных длинах волн света различны.
Таблица 1
Химические основы цветности
Цвет тела, возникающий в результате его взаимодействия с потоком видимого света, определяется химической природой составляющих его элементов – молекул и атомов, а также типом химических связей между ними.
Красители и пигменты
Вещества, придающие окраску или служащие для окрашивания материалов, называют колорантами; их подразделяют на красители и пигменты.
Красители — окрашенные химические соединения, растворимые в среде, в которую они помещены. Под окрашиванием понимают процесс нанесения красителя на объекты, при котором последние не только изменяют свой цвет, но и прочно удерживают краситель.
Пигменты — окрашенные химические соединения, диспергированные в виде тонко измельченных порошков в красках, лаках, бумаге, пластмассе и т.п. Классификация пигментов представлена в табл. 2.
Таблица 2
Классификация пигментов
ПИГМЕНТЫ
    ПРИРОДНЫЕ | СИНТЕТИЧЕСКИЕ | ||
| НЕОРГАНИЧЕСКИЕ | ОРГАНИЧЕСКИЕ | НЕОРГАНИЧЕСКИЕ | ОРГАНИЧЕСКИЕ |
| -охра -мумия -умбра -сурик -киноварь -лазурь | -индиго -кармин -пурпур -ольха -крапива -грецкий орех | -зелень изумрудная (хромпик) -белила титановые (TiO2) -белила цинковые (ZnO) -лазурь берлинская | -азо-пигменты -полициклические |
История использования пигментов начинается с наскальных картин, которые дают представление об использовании крови, охры, красно-коричневой железной руды и др. минеральных пигментов более 7000 лет назад.
Неорганические пигменты – киноварь, лазурь, малахит и ляпис лазурит –использовали уже в 3-м тысячелетии до н.э. в Китае и Египте.
Органические (природные) красители, добываемые из растений и животных, были известны уже в Индии и Египте более 4000 лет назад. Краситель синего цвета – индиго – добывали из тропического растения индигофера, а позже в Англии из местного растения вайда. Краситель алого цвета – кармин – добывали из высушенных телец самок кошенили – насекомых, обитающих в Алжире, Мексике и др. Красно-фиолетовый краситель – пурпур – добывали из моллюсков, обитающих в Средиземном море.
Органические красители и пигменты широко использовались в Античности не только для окрашивания тканей, но также, благодаря их способности адсорбироваться на минеральной основе (мел, глина) как водоусточивые покрытия для декоративных целей. Такие вещества впоследствии стали называть тонерами.
Первый неорганический пигмент – берлинская лазурь – был синтезирован в 1704 г. Байером.
В настоящее время наиболее распространены синтетические органические пигменты, подразделяющиеся на азо- и полициклические пигменты.
Азо-пигменты содержат азо-группу –N=N–. Синтез азо-пигментов является экологически перспективным, дает широкий набор цветов. Полициклическиепигменты содержат ароматические и гетероциклические кольца. Они обладают хорошей световой и атмосферной стойкостью, хорошо растворимы в различных растворителях, однако, более дороги.
Краска представляет собою смесь красителя или пигмента со связующими веществами, которые удерживают колорант на поверхности окрашиваемого материала, и различными вспомогательными веществами: растворителями, загустителями и др.
2.3. Физиологические основы восприятия цвета
Орган зрения человека состоит из трех отделов: периферического (глаз), проводникового (зрительный нерв) и центрального (зрительная зона коры головного мозга).
Глаз человека, разрез которого приведен на рис. 5, представляет собой шарообразное тело с твердой и непрозрачной внешней оболочкой (склера). Свет входит в глаз через его переднюю прозрачную и более выпуклую стенку – роговицу. За роговой оболочкой находится передняя камера глаза, заполненная прозрачной жидкостью и отделенная хрусталиком от задней камеры, занятой стекловидным телом. Спереди поверхность хрусталика прикрыта радужной оболочкой с круглым отверстием в центре (зрачок глаза). Мускулы, к которым прикреплен хрусталик, рефлекторно (т. е. без участия сознания) фокусируют глаз, создавая на его дне наиболее четкое изображение предмета. Так же рефлекторно действуют и те мускулы, которые определяют диаметр зрачка глаза, расширяя его, когда света становится мало, и сужая его при избытке света.
Изображения предметов фиксируются на сетчатой оболочке (сетчатка или ретина), выстилающей изнутри дно глазного яблока (рис. 6). В сетчатке находятся светочувствительные клетки: палочки и колбочки (рис. 6, б и в). Палочки представляют аппарат сумеречного (бесцветного) зрения, а колбочки, требующие для своей работы большего количества света, функционируют днем и дают возможность различать цвета предметов. За слоем палочек и колбочек находится слой темного пигмента, зерна которого проникают между светочувствительными элементами. Они защищают колбочки и палочки от действия избыточного освещения.
Рис. 5. Горизонтальный разрез глаза человека
Рис. 6. Сетчатая оболочка глаза (ретина)
а) 1– пигментный слой, 2 – слой палочек и колбочек, 3 – наружная пограничная перепонка, 4 – внешний зернистый слой, 5 – внешний межзернистый слой, 6 – внутренний зернистый слой, 7 – внутренний межзернистый спой, 8 – ганглиозные клетки зрительного нерва, 9 – волокна зрительного нерва, 10 – внутренняя пограничная перепонка; б) палочка; в) колбочка
Сетчатка содержит около 7 миллионов колбочек и примерно 130 миллионов палочек, которые связаны с волокнами зрительного нерва. Последние собираются в один ствол (зрительный нерв), связывающий глаз с головным мозгом. Зрительный канал получения информации обладает наибольшей пропускной способностью: 106 бит/с (для сравнения: слуховой канал – 104 бит/с, вкусовой – 103 бит/с).
Световое возбуждение колбочек обусловлено фотодиссоциацией светочувствительных пигментов, заключенных в рецепторах, т.е. обратимым процессом распада их молекул под действием света на заряженные частицы – ионы. По мере распада молекул накапливается электрический заряд; при достижении его порогового значения в нервном волокне возникает импульс, передаваемый в зрительную зону коры головного мозга. Частота передаваемых в мозг электрических импульсов увеличивается с ростом освещенности сетчатки.
Различают три группы рецепторов цветного зрения (колбочек): первые чувствительны к излучениям с длинами волн 400-500 нм (синий цвет), вторые – 500-600 нм (зеленый цвет), третьи – 600-700 нм (красный цвет). Реакция рецепторов каждого вида вызывает ощущение определенного цвета (основные ощущения); они складываются в единое ощущение, зависящее от соотношения основных.
Психология восприятия цвета
Под психологическим восприятием цвета понимают собственные или объективные качества цвета, которые можно характеризовать численно. Несобственные или субъективные качества цвета возникают как следствие эмоциональной реакции на цветовое восприятие.
Собственные качества цвета
Прежде всего, все цвета разделим на две группы: 1) хроматические, характеризуемые определенной длиной волны в спектре, и 2) ахроматические: белый, серый и черный, которых нет в спектре, причем последние воспринимаются как результат одновременного раздражения всех трех цветовых рецепторов: красного, зеленого и синего.
Основными собственными качествами цвета являются: светлота, насыщенность и цветовой тон.
Светлота характеризует яркость хроматического цвета в сопоставлении с белым (ахроматическим) цветом. С увеличением длины волны в спектре светлота увеличивается: желтый цвет всегда светлее синего, оранжевый светлее красного. Наибольшей светлотой обладает порошок сульфата бария (BaSO4), на основе которого получают “самую белую” краску; наименьшей светлотой обладает цвет черного бархата.
Насыщенностьхарактеризует степень отличия хроматического цвета от равного ему по светлоте ахроматического, т.е. увеличение насыщенности ассоциируется с добавлением к спектральному цвету ахроматического черного, а уменьшение насыщенности – с добавлением белого. Например, бордо характеризуется высокой насыщенностью (более “далекий” от белого), а розовый – низкой насыщенностью. На практике малонасыщенные цвета получают добавлением к краске спектрального цвета белой краски, высоконасыщенные цвета – добавлением черной краски.
Цветовой тон определяется тождественным ему спектральным цветом. Например, бордо и розовый цвет характеризуются одинаковым – красным –цветовым тоном.
Таблица 3
Смешение цветов
Получение нового цвета в результате смешения излучений или окрашенных сред называется смешением цветов. Получение заданного цвета смешением других цветов называется его синтезом.
Смешение окрашенных световых излучений и смешение окрашенных сред приводят к разным эффектам, поскольку в основе этих процессов лежат разные физические явления. В связи с этим различают два типа смешения цветов: аддитивное(слагательное, оптическое) – смешение излучений и субтрактивное (вычитательное, механическое) – смешение сред.
Законы аддитивного смешения
Закон 1. Всякий цвет имеет дополнительный, дающий при аддитивном смешении ахроматический (белый, серый или черный)цвет.
Взаимно-дополнительными являются следующие пары цветов:
красный— голубовато-зеленый;
оранжевый— голубой;
желтый— синий;
желто-зеленый— фиолетовый;
зеленый— пурпурный.
Следствие: Два одновременно воспринимаемых взаимно-дополнительных цвета не дают нового цвета.
Закон 2. Смешиваемые недополнительные цвета вызывают ощущение нового цвета, лежащего между смешиваемыми цветами. Так, смесь красного с желтым дает оранжевый, красного с фиолетовым – пурпурный.
4.2. Субтрактивное смешение окрашенных сред
Субтрактивное смешение возникает, когда световое излучение избирательно поглощается смесью двух и более материалов (красок). Этот способ синтеза цвета практически реализуется при смешении красок на палитре, смешении красильных растворов и наложении прозрачных красочных слоев друг на друга (лессировка). В результате такого смешения возникает новый цвет, т.к. глаз регистрирует вычитание из видимого света тех лучей, которые поглощаются частицами пигментов смешиваемых красок.
Пример. Видимый свет проходит через смесь желтой и синей красок. При этом частицы желтого пигмента поглощают из проходящего видимого света фиолетовые, синие и голубые лучи, а частицы синего пигмента – красные, оранжевые и желтые лучи. Непоглощенными остаются зеленые лучи, которые регистрируются сетчаткой глаза.
Этот вид смешения имеет, помимо живописи, широкое применение в полиграфической промышленности и текстильном производстве при печатании краски на краску, а также в аэрографии – получении рисунка распылением красок. Такой способ смешения позволяет получить многокрасочные эффекты, используя ограниченное количество красок: максимальный цветовой охват достигается при использовании голубого (циан), пурпурного (фуксин) и желтого красителей.
Рис. 14. Шестисекторный круг И.В. Гёте
Имеющиеся в шестисекторном цветовом круге цвета можно гармонизировать различными способами в зависимости от их сочетаний:
1. Гармония контрастных цветов возникает при парном сочетании цветов по концам диаметров цветового круга(красный и зеленый, желтый и фиолетовый, синий и красный). В представленных парах первый цвет является основным, а второй – дополнительным. Такие сочетания приводит к цветовому контрасту. Располагаясь рядом, контрастные цвета усиливают яркость друг друга, а при смешении дают ахроматический цвет, т.е. самоуничтожаются.
2. Гармония родственных цветов обнаруживается при парном сочетании соседних цветов цветового круга (красный и оранжевый, оранжевый и желтый, желтый и зеленый и т.д.). Такое сочетание приводит к цветовому нюансу. В соседних цветах ощущается присутствие обоих составляющих цветов, создавая ощущение близости, единства колористических элементов.
3. Гармония родственно-контрастных цветов возникает при парном сочетании цветов через один (красный и желтый, желтый и синий, синий и красный, красный и зеленый, зеленый и фиолетовый, фиолетовый и красный). Такие сочетания не дают нового типа цветовых отношений, т.к. первые три пары дают сочетание по типу контраста, а последние три пары – по типу нюанса.
4. Гармония триады при сочетании соседних цветов цветового круга (красный, оранжевый и желтый; зеленый, синий и фиолетовый). Такое сочетание позволяет выделить теплые (первая триада) и холодные (вторая триада) цвета. В каждой триаде цвета сочетаются по типу нюанса (гармония родственных цветов).
5. Гармония триады при сочетании цветов через один (красный, желтый и синий; оранжевый, зеленый и фиолетовый). Заметим, что первая триада содержит основные цвета цветового круга, а вторая – дополнительные. В обеих триадах наблюдается закономерность: один из цветов противопоставляет себя оставшейся паре: синий «холоднее» остальных в первой триаде, а оранжевый – «теплее» остальных во второй. Таким образом, триады обладают контрастом, но тяготеют к нюансу, т.е. триады – промежуточный тип цветовых отношений – образуют гармонию родственно-контрастных цветов.
С.В. Бронников
Цветоведение и колористика
Лекции для заочников
Санкт-Петербург
Введение
Цветоведение – учение о природе света и цвета; физических, химических, физиологических, психологических, эмоциональных и эстетических основах восприятия цвета. Колористика – наука о взаимоотношении цветов, а также методах количественного измерения и воспроизведения цвета.
Физическая природа света
Одним из важнейших способов познания окружающей действительности с помощью органов чувств является зрительное восприятие. Проблемы зрительного восприятия предметов на физическом уровне решаются оптикой.
Оптика (греч. “орtos” – видимый, зримый) – раздел физики, в котором изучаются оптическое излучение(свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества.
Первые представления о природе света были сделаны древними греками. Согласно Пифагору (6 в. до н.э.) тела становятся видимыми благодаря попаданию в глаз человека частиц, вылетающих из тел. Эти частицы Демокрит (460-370 гг. до н.э.) назвал атомами. Идеи Демокрита получила в теории И. Ньютона (1643-1727 гг.), который впервые обнаружил явление дисперсии света, т.е. его разложение на составляющие (монохроматические) цвета, которое он объяснил с помощью корпускулярной теории. Согласно И. Ньютону, цвет определяется размерами излучаемых корпускул (частиц): красному цвету соответствуют корпускулы наибольшего размера, фиолетовому – наименьшего.
В противоположность Пифагору, Аристотель (384-322 гг. до н.э.) полагал, что свет, передаваясь через прозрачную среду, расположенную между объектом и глазом, вызывает зрительное действие. Эта идея положила начало учению об эфире. Аристотель выдвинул также гипотезу о наличии трех основных (первичных) цветов: красный, зеленый, фиолетовый. Последователь идей Аристотеля, Х. Гюйгенс (1629 – 1695 гг.), опираясь на аналогию оптических и акустических явлений, выдвинул волновую теорию света. Согласно Х. Гюйгенсу, свет представляет упругие импульсы, распространяющиеся в эфире. Волновая теория света была подтверждена опытами Т. Юнга и О.-Ж. Френеля, изучавшими дифракцию, поляризацию и интерференцию света. Значительным шагом в развитии волновых представлений о свете явилась созданная во второй половине XIX в. электромагнитная теория Максвелла. Согласно Дж. К. Максвеллу (1831-1879 гг.), световые волны представляют собой электромагнитные волны высокой частоты.
Лишь в начале ХХ века представления И. Ньютона и Х. Гюйгенса сумел объединить Л. де Бройль (1892-1987 гг.), создав теорию корпускулярно-волновых свойств света.
Характеристикой электромагнитного излучения (в частности, светового потока) является длина волны l [м], связанная с частотой n [Гц = 1/с] соотношением
l = с/n,
где с = 3×108 м/с – скорость света.
В зависимости от длины волны электромагнитные волны принято делить на несколько видов. Шкала (спектр) электромагнитных волн, охватывает диапазон от 10-12 до 103 м и приведена на рис. 1.
Рис. 1. Шкала электромагнитных волн
Участок спектра электромагнитных волн в диапазоне от 380 до 780 нм относится к видимому свету (видимая часть спектра). Электромагнитные волны такой длины воспринимаются органами зрения человека.
Основы цветности
Физические основы цветности
И. Ньютон впервые установил, что при прохождении видимого света через стеклянную трехгранную призму происходит его разложение на цветные лучи (полосы): красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый, совокупность которых называется спектром. Схема опыта И. Ньютона представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема спектрального разложения видимого света
Разложение видимого (белого) света на его составляющие обусловлено зависимостью угла преломления луча от длины волны и называется дисперсией. Излучение одной длины волны называется монохроматическим. Раздельное действие монохроматических излучений вызывает ощущение окрашенного света, причем характер окраски (цвет) зависит от длины волны (табл. 1). Так, свет с длиной волны 500-560 нм воспринимаются как зеленый, а свет с длиной волны 470 нм – как синий. Лучи света могут складываться и вычитаться: если из белого света удалить фиолетовые лучи, то световой поток будет восприниматься желтым и т. п.
Физической основой определения цвета предмета является его способность определенным образом сортировать падающие на него лучи видимого света, то есть в определенном соотношении поглощать, преломлять и отражать их. Обычно имеют место все три явления одновременно, но соотношения между ними при различных длинах волн света различны.
Таблица 1
Спектральное и дополнительное излучение видимого света
| Длина волны, нм | Спектральный цвет (поглощенное излучение) | Цвет тела (отраженное излучение, дополнительное) |
| 400 - 435 | Фиолетовый | Зеленовато-желтый |
| 435 - 480 | Синий | Желтый |
| 480 - 490 | Зеленовато-синий | Оранжевый |
| 490 - 500 | Синевато-зеленый | Красный |
| 500 - 560 | Зеленый | Пурпурный |
| 560 - 580 | Желтовато-зеленый | Фиолетовый |
| 580 - 595 | Желтый | Синий |
| 595 - 605 | Оранжевый | Зеленовато-синий |
| 605 - 730 | Красный | Синевато-зеленый |
| 730 - 760 | Пурпурный | Зеленый |
Из закона сохранения энергии следует, что для каждой длины волны интенсивность падающего света I0 равна сумме отраженной IR, поглощенной IA и преломленной IT интенсивностей энергии:
I0 = IA + IR + IT.
При взаимодействии света с телами могут происходить различные явления, обуславливающие их цвет и прозрачность. Ряд примеров, приведенных на рис. 4, позволяют заключить, что цвет прозрачного тела определяют в основном те лучи, которыеим пропускаются, а цвет непрозрачного тела – главным образом, отраженными лучами.
Человеческий глаз фиксирует отраженный от поверхности тела световой поток, т.е. видимый свет, за вычетом поглощенных и преломленных лучей. Поглощенное телом излучение называют его спектральным цветом, а отраженное – дополнительным излучением (т.к. дополняет спектральное излучение до белого света) или цветом тела. Соотношения между спектральным цветом и цветом тела в зависимости от длин волн поглощенного излучения представлены в табл. 1.
 |  | |
| I0 = IT; IA = IR = 0 | I0 = IR; IA = IT = 0 | |
| а) прозрачное бесцветное тело | б) непрозрачное бесцветное тело | |
 |  |  |
| I0 = IA; IR = IT = 0 | I0 = IA + IT; IR = 0 | I0 = IA + IR; IT = 0 |
| в) непрозрачное черное тело | г) прозрачное окрашенное тело | д) непрозрачное окрашенное тело |
Рис. 4. Схема взаимодействия света с веществом. n1 и n2 – показатели преломления, соответственно, воздушной среды и вещества
Химические основы цветности
Цвет тела, возникающий в результате его взаимодействия с потоком видимого света, определяется химической природой составляющих его элементов – молекул и атомов, а также типом химических связей между ними.
Красители и пигменты
Вещества, придающие окраску или служащие для окрашивания материалов, называют колорантами; их подразделяют на красители и пигменты.
Красители — окрашенные химические соединения, растворимые в среде, в которую они помещены. Под окрашиванием понимают процесс нанесения красителя на объекты, при котором последние не только изменяют свой цвет, но и прочно удерживают краситель.
Пигменты — окрашенные химические соединения, диспергированные в виде тонко измельченных порошков в красках, лаках, бумаге, пластмассе и т.п. Классификация пигментов представлена в табл. 2.
Таблица 2
Классификация пигментов
ПИГМЕНТЫ
| ПРИРОДНЫЕ | СИНТЕТИЧЕСКИЕ | ||
| НЕОРГАНИЧЕСКИЕ | ОРГАНИЧЕСКИЕ | НЕОРГАНИЧЕСКИЕ | ОРГАНИЧЕСКИЕ |
| -охра -мумия -умбра -сурик -киноварь -лазурь | -индиго -кармин -пурпур -ольха -крапива -грецкий орех | -зелень изумрудная (хромпик) -белила титановые (TiO2) -белила цинковые (ZnO) -лазурь берлинская | -азо-пигменты -полициклические |
История использования пигментов начинается с наскальных картин, которые дают представление об использовании крови, охры, красно-коричневой железной руды и др. минеральных пигментов более 7000 лет назад.
Неорганические пигменты – киноварь, лазурь, малахит и ляпис лазурит –использовали уже в 3-м тысячелетии до н.э. в Китае и Египте.
Органические (природные) красители, добываемые из растений и животных, были известны уже в Индии и Египте более 4000 лет назад. Краситель синего цвета – индиго – добывали из тропического растения индигофера, а позже в Англии из местного растения вайда. Краситель алого цвета – кармин – добывали из высушенных телец самок кошенили – насекомых, обитающих в Алжире, Мексике и др. Красно-фиолетовый краситель – пурпур – добывали из моллюсков, обитающих в Средиземном море.
Органические красители и пигменты широко использовались в Античности не только для окрашивания тканей, но также, благодаря их способности адсорбироваться на минеральной основе (мел, глина) как водоусточивые покрытия для декоративных целей. Такие вещества впоследствии стали называть тонерами.
Первый неорганический пигмент – берлинская лазурь – был синтезирован в 1704 г. Байером.
В настоящее время наиболее распространены синтетические органические пигменты, подразделяющиеся на азо- и полициклические пигменты.
Азо-пигменты содержат азо-группу –N=N–. Синтез азо-пигментов является экологически перспективным, дает широкий набор цветов. Полициклическиепигменты содержат ароматические и гетероциклические кольца. Они обладают хорошей световой и атмосферной стойкостью, хорошо растворимы в различных растворителях, однако, более дороги.
Краска представляет собою смесь красителя или пигмента со связующими веществами, которые удерживают колорант на поверхности окрашиваемого материала, и различными вспомогательными веществами: растворителями, загустителями и др.
2.3. Физиологические основы восприятия цвета
Орган зрения человека состоит из трех отделов: периферического (глаз), проводникового (зрительный нерв) и центрального (зрительная зона коры головного мозга).
Глаз человека, разрез которого приведен на рис. 5, представляет собой шарообразное тело с твердой и непрозрачной внешней оболочкой (склера). Свет входит в глаз через его переднюю прозрачную и более выпуклую стенку – роговицу. За роговой оболочкой находится передняя камера глаза, заполненная прозрачной жидкостью и отделенная хрусталиком от задней камеры, занятой стекловидным телом. Спереди поверхность хрусталика прикрыта радужной оболочкой с круглым отверстием в центре (зрачок глаза). Мускулы, к которым прикреплен хрусталик, рефлекторно (т. е. без участия сознания) фокусируют глаз, создавая на его дне наиболее четкое изображение предмета. Так же рефлекторно действуют и те мускулы, которые определяют диаметр зрачка глаза, расширяя его, когда света становится мало, и сужая его при избытке света.
Изображения предметов фиксируются на сетчатой оболочке (сетчатка или ретина), выстилающей изнутри дно глазного яблока (рис. 6). В сетчатке находятся светочувствительные клетки: палочки и колбочки (рис. 6, б и в). Палочки представляют аппарат сумеречного (бесцветного) зрения, а колбочки, требующие для своей работы большего количества света, функционируют днем и дают возможность различать цвета предметов. За слоем палочек и колбочек находится слой темного пигмента, зерна которого проникают между светочувствительными элементами. Они защищают колбочки и палочки от действия избыточного освещения.
Рис. 5. Горизонтальный разрез глаза человека
Рис. 6. Сетчатая оболочка глаза (ретина)
а) 1– пигментный слой, 2 – слой палочек и колбочек, 3 – наружная пограничная перепонка, 4 – внешний зернистый слой, 5 – внешний межзернистый слой, 6 – внутренний зернистый слой, 7 – внутренний межзернистый спой, 8 – ганглиозные клетки зрительного нерва, 9 – волокна зрительного нерва, 10 – внутренняя пограничная перепонка; б) палочка; в) колбочка
Сетчатка содержит около 7 миллионов колбочек и примерно 130 миллионов палочек, которые связаны с волокнами зрительного нерва. Последние собираются в один ствол (зрительный нерв), связывающий глаз с головным мозгом. Зрительный канал получения информации обладает наибольшей пропускной способностью: 106 бит/с (для сравнения: слуховой канал – 104 бит/с, вкусовой – 103 бит/с).
Световое возбуждение колбочек обусловлено фотодиссоциацией светочувствительных пигментов, заключенных в рецепторах, т.е. обратимым процессом распада их молекул под действием света на заряженные частицы – ионы. По мере распада молекул накапливается электрический заряд; при достижении его порогового значения в нервном волокне возникает импульс, передаваемый в зрительную зону коры головного мозга. Частота передаваемых в мозг электрических импульсов увеличивается с ростом освещенности сетчатки.
Различают три группы рецепторов цветного зрения (колбочек): первые чувствительны к излучениям с длинами волн 400-500 нм (синий цвет), вторые – 500-600 нм (зеленый цвет), третьи – 600-700 нм (красный цвет). Реакция рецепторов каждого вида вызывает ощущение определенного цвета (основные ощущения); они складываются в единое ощущение, зависящее от соотношения основных.
Психология восприятия цвета
Под психологическим восприятием цвета понимают собственные или объективные качества цвета, которые можно характеризовать численно. Несобственные или субъективные качества цвета возникают как следствие эмоциональной реакции на цветовое восприятие.
Собственные качества цвета
Прежде всего, все цвета разделим на две группы: 1) хроматические, характеризуемые определенной длиной волны в спектре, и 2) ахроматические: белый, серый и черный, которых нет в спектре, причем последние воспринимаются как результат одновременного раздражения всех трех цветовых рецепторов: красного, зеленого и синего.
Основными со