Файл: 636.docx

ного цвета. Графические зависимости количеств основных цветов от длины волны представляют собой так называемые кривые сложения цветов. По этим кривым можно рассчитать доли основных цветов, которые необходимы для получения смеси, зрительно неотличимой от излучения сложного спект­рального состава. Для этого цвет сложного излучения пред­ставляют в виде суммы чистых спектральных цветов, соответствующих его монохроматическим составляющим (с учетом их интенсивностей). Возможность такого представ­ления основана на одном из законов Грассмана, согласно которому цветовые координаты цвета смеси равны суммам аналогичных координат всех смешиваемых цветов.

Для цветов, входящих в цветовой охват системы RGB, функции сложения имеют положительные значения. Однако если цвет выходит за пределы этого охвата, то функции сложения принимают отрицательные значения, что создает неудобства при расчетах. В связи с этим Международная комиссия по освещению (МКО) обобщила известные свойст­ва цвета и формулы для расчета изменения цветов и предложила неортогональную трехцветную систему XYZ, описывающую спектральные свойства анализируемого объекта в виде трехмерных векторных координат и позво­ляющую преодолеть указанный недостаток.²Интегральное разделение интенсивности светового излучения на три со­ставляющие удобно для соотнесения с человеческим зрением (из-за наличия в сетчатке глаза красно-, зелено- и синечув- ствительных волокон).

Основу предложенной системы координат XYZ состав­ляют следующие условия:

• для всех реальных цветов координаты цвета XYZ имеют только положительные значения;

• координата Y определяет яркость цвета;

• координаты цветности белого равноэнергетического излучения находятся в центре тяжести треугольника, лежа­щего на единичной плоскости (рис. 2).

Y

X + Y+ Z'

X + Y+ Z'

Для перехода из системы основных цветов RGB в системуXYZ используют следующие соотношения:

X = XrR + XGG + XbB, Y = YrR + YgG + YbB, Z = Z_rR + Z_gG + Z_BB,

где X_R, X_G, X_B, Y_r , Y_g , Y_B, Z_R, Z_G и Z_B — координаты основных цветов в трехкоординатном пространстве RGB. Отметим, что эти величины также стандартизованы. Коор­динаты цветности в новом цветовом пространстве будут иметь вид

---

X

У

500

Рис. 3.Единичная плоскость в системе XYZ и линия чистых спект­ральных цветов (сплошная кривая).²

Точки S и W соответствуют координатам цветности данного и белого цветов. Цифры — длины волн излучения (Я,нм).

(рис. 3), которая ограничивает область существования реаль­ных цветов.

Помимо координат X, Y, Z часто используют такие характеристики, как цветовой тон (Т(Я)) и чистота цвета (Р), однозначно определяющие цветность излучения. Очевидно, что любой реальный цвет может быть получен аддитивным смешением белого и соответствующего монохроматиче­ского излучений. Цветовой тон определяется точкой пере­сечения прямой, проходящей через координаты цветности данного и белого цветов (см. точки S и Wна рис. 3), с линией чистых спектральных цветов (рис. 4). Чистота цвета показы­вает, в каких соотношениях смешаны монохроматический и белый цвета; при этом чистота монохроматического излуче­ния равна единице, а белого — нулю.

Следует отметить, что использование цветового графика в системе XYZ (МКО, 1931 г.) сопряжено с некоторыми трудностями. Так, отдельные расстояния между двумя точ­ками на диаграмме (см. рис. 4) не соотносятся с визуальным восприятием человека, поскольку шкала диаграммы нерав­номерна. Кроме того, она не дает информации о светлоте цвета. Рассмотренные выше системы позволяют произво­дить лишь количественную оценку цвета, однако визуально оценить с их помощью разницу между двумя цветами нельзя, так как расстояние между точками в цветовом пространстве не соответствует надежно ощущаемому глазом различию. Было предпринято довольно много попыток создания такого равноконтрастного пространства, в котором расстояние между двумя точками коррелировало бы с визуально вос­принимаемым изменением цвета. Однако пока этого сделать не удалось. Международной комиссией по освещению пред­ложено несколько таких квазиравноконтрастных систем, самой распространенной из которых является CIELAB

(6)

X + У+z = 1.

X + Y+ Z'

690-780

Рис. 4.Цветовой график в системеXYZ.² Цифры — длины волн излучения (Я,нм).

Единичная плоскость представляет собой прямоуголь­ный треугольник, называемый графиком цветности, верши­нами которого являются точки пересечения с векторами основных цветов. Векторы спектральных цветов пересекают единичную плоскость по линии чистых спектральных цветов

---

Рис. 2.Трехкоординатное цветовое пространство XYZ?

-50

Рис. 5.Трехкоординатное цветовое пространствоLAB. Области белого (а), зеленого (р), серого (с), желтого (d), пурпурного (е) и синего (/) цветов.³⁰

(1976 г.). Координаты L, A, B в этой системе связаны с координатами X, Y, Z соотношениями

Химическая цветометрия: возможности метода, области применения и перспективы 1

В.М.Иванов, О.В.Кузнецова 1

Оглавление 2

I. Введение 3

II. Основные характеристики в цветометрии и связь между ними 8

Y : 11

III. Теоретические аспекты метода химической цветометрии 11

IV. Практическое применение метода цветометрии 25

V. Заключение 31

Литература 31

где L — светлота;A, B — координаты цвета(A — красно- зеленая ось, B — желто-синяя ось); X_W, Y_W, Z_W — коорди­наты белого цвета в системеXYZ; оси A и B располагаются в плоскости, перпендикулярной оси L (рис. 5).

(10)

Расстояние между двумя точками в трехкоординатном цветовом пространстве LAB характеризует полное цветовое различие (АЕ), которое вычисляют по формуле

АЕ = ^ (AL)²+ (AA)²+(AB)².

Цветовой тон (Т) и насыщенность цвета(S) опреде­ляются следующими соотношениями:

S²=A² + B², Т=arctg(B/A). (11)

W =100 - АЕ.

(12)

G

Для выражения желтизны (G) и белизны(W) используют уравнения

100(1.28X- 1.06Z)

Y ^:

Цветовое пространство CIELAB наиболее приемлемо для расчетов, так как равные расстояния между точками, соответствующими разным цветам, в любых частях этой системы координат соотносятся со зрительным восприя­тием, что позволяет ввести удобную меру для количествен­ного определения цветовых различий. Практически коорди­наты цвета в системах XYZ и CIELAB и цветовые характери­стики анализируемых объектов получают, например, из спектра диффузного отражения следующим образом:

---

X = ^J^S(A)X (X)R(X)AX,

X

Y = k^S(X)Z (X)R(X)AX,

х

Z = k^S(X)~z (X)R(X)AX,

где k — нормирующий коэффициент; S(X) — спектральная плотность потока излучения одного из стандартных источ­ников света А, С илиD₆₅ в относительных единицах; z, X, Z — функции сложения цветов; R(X) — измеряемый коэффициент диффузного отражения. Для самосветящихся объектов

100

k

J2 S(X)Z(X)AX '

При введении коэффициента k координаты цвета несамосве­тящихся объектов выражаются в масштабе, в которомY = 100.

Таким образом, цветовые характеристики являются более информативными по сравнению со спектральными, хотя не могут быть использованы без анализа спектров диффузного отражения. Применение цветовых характе­ристик в аналитической химии расширяет возможности исследования процессов, происходящих в анализируемых образцах. С этой целью созданы колориметрические при­боры и расчетные методы, позволяющие регистрировать изменение цвета и использовать цветовые измерения при анализе объектов.^{31 33}

---

III. Теоретические аспекты метода химической цветометрии

Среди широкого спектра аналитических задач, решаемых при помощи метода цветометрии, наиболее распространен­ной является определение ионов металлов. Из самой сути метода очевидно, что для этого требуется перевести металлы в окрашенные соединения, чаще всего — в комплексы с органическими лигандами. Такие вещества можно анализи­ровать как в растворе, так и в твердой фазе в виде сорбатов, причем в последнем случае удается понизить предел обнару­жения за счет предварительного концентрирования. Для перевода металлов в окрашенные соединения в основном используют классические органические реагенты, применяю­щиеся в обычной спектрофотометрии. Важной, но недоста­точно изученной стадией разработки аналитических методик является цветометрическое исследование свойств таких орга­нических реагентов (оптические, цветометрические характе­ристики и т.п).

1. Исследование состояния органических реагентов в растворе и в фазе сорбента

Исследование свойств органических реагентов важно для расширения аналитических возможностей метода цветомет- рии.³⁴В связи с этим изучены оптические и цветометрические характеристики арсеназо III в растворах и в адсорбирован­ном состоянии на анионообменной смоле АВ-17. Измерены цветометрические функции (ЦФ) арсеназо III, а именно коор­динаты цветности х, у, z в системе XYZ, светлота(L), координаты цветаA, B в системе CIELAB, насыщенность цвета(S), желтизна(G), цветовой тон (Т), а также цветовые различия по насыщенности(AS), светлоте(AL) и тону (АТ). Все функции измерены по отношению к стандарту белого цвета, для которого коэффициент диффузного отраженияR = 0.98. Для абсолютно белого тела принято, что R =1,W = 100, а величины АЕ и G равны 0. Для окрашенных веществ, одновременно поглощающих и отражающих свет, функции R, W, L, X, Y, Z должны иметь меньшие значения, а АЕ— большее, и эти различия тем сильнее, чем интенсивнее окраска веществ. В соответствии с изложенным, для сорба- тов, обладающих вследствие концентрирования более интен­сивной окраской, чем растворы, функции R, L, W, X, Y, Z принимают меньшие значения, а именно от 20 до 40 (для R в интервале 0.2-0.4), в то время как для растворов они меняются в пределах от 80 до 70 (для R в интервале 0.8-0.7). Среди ЦФ наибольшую информацию о цвете дает желтизна. Для абсолютно белого тела G = 0, для желтых и красных тел G > 0, а для синих и зеленых — G <0. Точки излома на кривых (рис. 6) соответствуют областям перехода из одной формы в другую. Изменение величины и знака G в точках излома может указывать на состояние органического реагента в анализируемой среде. В растворах арсеназо III при рН < 5 желтизна принимает положительное значение,

---