Cos’è un colorimetro?

Un colorimetro è uno strumento sensibile alla luce che misura la quantità di colore che viene assorbito da un oggetto o di una sostanza. Esso determina il colore in base ai componenti rosso, blu e verde di luce assorbita dal campione oggetto o, quanto l’occhio umano riceve. Quando la luce passa attraverso un oggetto, parte della luce viene assorbita, e di conseguenza, vi è una diminuzione della quantità di luce riflessa dall’oggetto.
Il dispositivo funziona sulla base della legge di Beer-Lambert, che afferma che l’assorbimento di luce trasmessa attraverso un corpo è direttamente proporzionale alla concentrazione del corpo stesso.

Tipi

Esistono molti tipi diversi di colorimetri, compreso il densitometro colore, che misura la densità dei colori primari, ed il colore fotometro, che misura la riflessione e trasmissione di colore. Esiste inoltre il colorimetro digitale, chiamato anche di laboratorio, e portatile.
Versioni digitali sono più spesso utilizzati in un ambiente di laboratorio per il campionamento o in ambito scolastico per scopi didattici. Le versioni portatili possono essere trasportati ovunque, indipendentemente dalle condizioni ambientali, per testare gli oggetti come campioni di acqua e terreno in loco.

Lo spettrofotometro, è un tipo di fotometro che misura l’intensità della luce, è spesso raggruppato con i colorimetri, ma è tecnicamente un dispositivo diverso. Entrambe si basano sulla legge di Beer-Lambert per calcolare la concentrazione di una sostanza in una soluzione, ma lo fanno in modi diversi. Un colorimetro misura solo rosso, verde, e luce blu, mentre uno spettrofotometro può misurare l’intensità di qualsiasi lunghezza d’onda della luce visibile. In generale, gli spettrofotometri sono più complicati e meno robusto di quanto la maggior parte dei colorimetri, che devono essere maneggiati con la massima cura e richiedono una ricalibratura regolare.

Come funziona un colorimetro

Semplificando un colorimetro funziona facendo passare una specifica lunghezza d’onda di luce attraverso una soluzione, e poi misurando la luce che passa attraverso l’altro lato. Nella maggior parte dei casi, più concentrata è la soluzione, più luce sarà assorbita, che può essere visto nella differenza tra la luce alla sua origine e dopo che è passato attraverso la soluzione. Per trovare la concentrazione di un campione sconosciuto, diversi campioni della soluzione in cui la concentrazione è nota vengono prima elaborati e provati. Questi vengono poi riportati su un grafico con la concentrazione ad un asse e l’assorbanza dall’altro per creare una curva di calibrazione, quando il campione sconosciuto viene testato, il risultato viene confrontato con i campioni noti sulla curva per determinare la concentrazione. Alcuni tipi di colorimetri creano così automaticamente una curva di calibrazione basata su una calibrazione iniziale.

Utilizzo

Un colorimetro può essere utilizzato in un’ampia varietà di industrie ed impostazioni. Piccoli dispositivi portatili, possono essere utilizzati per analizzare il contrasto del colore e la luminosità su uno schermo televisivo o un computer, consentendo all’utente di quindi regolare le impostazioni per ottenere la migliore qualità dell’immagine. Nel settore della stampa, un colorimetro è un elemento di base in un sistema di gestione del colore. Altre applicazioni dell’industria di stampa comprendono il controllo dei componenti elettronici e di qualità della pasta di carta e misurare la qualità della stampa a inchiostro.

Nel commercio dei diamante si utilizzano colorimetri per misurare le proprietà ottiche di pietre preziose. In cosmetologia, il dispositivo è utilizzato per misurare il fattore di prodotti applicati sulla pelle protezione solare. I colorimetri possono analizzare le tonalità della pelle e il colore dei denti per diagnosticare alcune malattie, e gli ospedali anche utilizzare alcuni tipi di questo dispositivo per testare la concentrazione di emoglobina nel sangue.

Il Delta E

La differenza di colore misurata, espressa in △E uguale a 1.0 è la minor differenza di colore che l’occhio umano può vedere.
Quindi, qualsiasi △E inferiore a 1,0 è impercettibile.
Basta quindi settare il colorimetro con un △E = 1 per avere risultati accettabili?
Purtroppo non è così semplice.
Alcune differenze di colore maggiori di 1 sono perfettamente accettabili, forse anche impercettibili. La cosa cambia però in base al colore ed al tipo di materiale: la stessa differenza di colore △E tra due gialli e due blu può non sembrare la stessa differenza per l’occhio umano.

La nostra visione dei colori è molto logica nella sua costituzione, i nostri occhi percepiscono senza inganni. L’aspetto visivo, vale a dire come sembra il colore, è il modo più importante e vero di giudicare il colore, soprattutto per la valutazione dell’intera superficie, che include il colore, il gloss, la texture, la dimensione, ecc. Tuttavia, poiché il colore varia a seconda della situazione di vista, illuminazione, texture e preferenze personali ecc., c’è la necessità di avere dei mezzi “oggettivi” di misurazione.
L’unità principale per calcolare le differenze di colore tra due colori è Delta Lab. Equivale alla differenza per ciascuna delle tre dimensioni nella misurazione dello spazio cromatico. Quella più comunemente usata è Delta E (∆E), che è una somma matematica dei tre valori L,a,b (L = Luce; bianco/nero, a = verde/rosso, b = blu/giallo) e dovrebbe indicare la figura composta della differenza totale dei colori. Teoricamente, ∆E è un’indicazione in percentuale della dimensione della differenza cromatica visiva tra i due colori. È il miglior mezzo tecnico di valutazione che abbiamo oggi a disposizione.
I valori ricevuti sono su una scala che comincia da 0, dove ∆E = 0 equivale a nessuna differenza percepita. A ∆E di circa 0,2 – 0,3, la differenza comincia ad essere visibile. Spesso un Delta E 1 è considerato come un buon risultato commerciale.

Colorimetro in sintesi

1. Qualsiasi dei diversi strumenti utilizzati per determinare o specificare i colori, come per confronto con gli standard spettroscopici o visivo.

2. Un apparecchio che misura la concentrazione di un componente noto di una soluzione per confronto con i colori di soluzioni standard di tale componente.

Metamerismo

Il metamerismo è un fenomeno strettamente connesso alla sensazione di colore associata al meccanismo della visione dell’uomo. Per capire il fenomeno del metamerismo dobbiamo ricordare che la specificazione del colore è determinata dallo spettro di potenza della luce che colpisce la retina dell’occhio umano. Il calcolo delle coordinate del colore è matematicamente definito nel rispetto delle regole di funzionamento dell’apparato visivo dell’uomo.

Il fenomeno del metamerismo non è eliminabile perché è una proprietà del sistema visivo dell’uomo. Esso è presente anche nella strumentazione per la misurazione del colore. Il metamerismo può essere considerato sia un fatto positivo che negativo. Positivo perché, grazie ad esso, la riproduzione dei colori degli oggetti non luminescenti (stampa, televisione, fotografia, …) è possibile con tecniche semplici, negativo perché, unificando il colore per distribuzioni spettrali diverse, non ne consente la discriminazione. Il metamerismo complica notevolmente anche il problema della trasformazione delle coordinate di colore dagli spazi strumentali allo spazio dell’Osservatore Standard. Per riassumere il fenomeno del metamerismo diciamo che:

due oggetti, ugualmente illuminati, possono avere lo stesso colore con una determinata sorgente di luce, ma colore diverso con un’altra sorgente di luce.

Quale geometria utilizzare?

In campo industriale sono impiegate due classi di strumenti per la misurazione del colore: con geometria 45/0 e a sfera.
Le geometrie di misura sono definite da standard internazionali; il tipo di geometria utilizzato influenza il risultato ottenuto.

Con l’illuminazione a 45° la sorgente di luce illumina il campione con un angolo di 45°. Si tratta di un metodo che fornisce l’illuminazione da una sola direzione.
L’illuminazione a 45° è essenziale per ottenere misure ripetibili su superfici direzionali o strutturate.
Tale geometria analizza il colore esattamente come nelle normali condizioni umane di valutazione.
Per esempio, quando confrontiamo un oggetto ad alto gloss con un campione che ha la stessa pigmentazione, ma è opaco o di superficie goffrata, il nostro occhio percepisce l’oggetto ad alto gloss come più scuro.
Questo è esattamente ciò che uno strumento a 45/0 misura.

La geometria a sfera illumina il campione con luce diffusa all’interno di una sfera, rivestita con un particolare strato di materiale bianco. Dispositivi appositi all’interno della sfera impediscono alla luce di illuminare direttamente la superficie del campione. La misurazione è effettuata con angolo di lettura posto ad 8°.
Questo sistema utilizza una sfera integrante per illuminare o visualizzare un campione uniformemente da tutte le direzioni.
Con questa geometria le differenze di superficie (aspetto superficiale e o livello di gloss) non influenzano la misura.

Uno strumento di misurazione a sfera può operare in due differenti condizioni di misurazione:
Specularità inclusa (SCI) e Specularità esclusa (SCE)

L’industria della carta ricorre solitamente ad una geometria di misurazione d/0°, mentre il settore tessile e plastico a quella d/8°.
L’industria grafica preferisce l’uso di una geometria 0/45° o 45/0°.

Colorimetri e spettrofotometri