ColorWorkDesk: come scegliere uno spettrofotometro

Riflessione o trasmissione? Il primo criterio di scelta di uno spettrofotometro

Uno dei criteri fondamentali di scelta di uno spettrofotometro è determinato dal tipo di materiale da analizzare: è trasparente o opaco?

La scelta tra misurazioni di riflessione o di trasmissione dipende proprio da questo aspetto.

Rimandiamo all’articolo “ColorWorkDesk: funzionamento degli spettrofotometri”  per un approfondimento sul tema.

In ogni caso, non tutti gli spettrofotometri includono la capacità di misurare la trasmissione. Anzi, la maggior parte di essi è focalizzata sulla riflessione.

La necessità di dover far misurazioni di trasmissione o solamente di riflessione, di conseguenza, rappresenta il primo criterio di scelta di uno spettrofotometro.

Interazioni luce e oggetto: come percepiamo il colore di un materiale

Per comprendere il secondo criterio di scelta di uno spettrofotometro, quello delle geometrie strumentali, è necessario fare una breve panoramica sulle modalità con le quali la luce, colpendo un oggetto, interagisce con esso.

La luce, infatti, può essere riflessa, assorbita o trasmessa dal materiale che colpisce. La quantità e la qualità della luce riflessa, assorbita o trasmessa dipendono dalle proprietà ottiche del materiale, come la sua composizione, la superficie e lo spessore.

In colorimetria, queste interazioni sono fondamentali perché determinano il colore percepito di un oggetto.

Rimandiamo all’articolo “Misurazione del colore con gli spettrofotometri” per un approfondimento sul tema.

Le geometrie strumentali, progettate per catturare e analizzare la luce riflessa o trasmessa in modo preciso, permetto di quantificare e riprodurre fedelmente il colore di un materiale, andando a misurare proprio l’interazione tra luce e materiale da diversi e specifici angoli.

Le geometrie strumentali giocano, di conseguenza, un ruolo chiave nella misurazione del colore e la scelta dell’una o dell’altra risulta determinante in colorimetria.

Geometrie strumentali: la scelta migliore nella misurazione della riflessione

Tralasciando per il momento la misurazione della trasmissione e limitandosi alla misurazione della riflessione, diventa importante considerare le diverse geometrie strumentali disponibili, elementi cruciali per determinare come viene misurata la luce riflessa da un materiale.

Le geometrie strumentali diventano, quindi, come detto, il secondo criterio di scelta di uno spettrofotometro.

Alcune di queste, le più utilizzate, permettono di misurare la riflessione esterna e quella interna di un materiale separatamente.

La luce riflessa da una superficie, infatti, ha due componenti distinte: nella maggior parte dei casi, una di bassa intensità, detta speculare (o esterna), e una interna.

La riflessione speculare è il riflesso di una porzione della luce incidente in arrivo (solitamente bianca), la quale non penetra nel materiale, ma rimbalza sulla superficie secondo angoli precisi, proprio come avviene in uno specchio.

Questa componente esterna non subisce alcuna manipolazione da parte del materiale e, di conseguenza, non influisce sul suo colore, rimanendo semplice luce bianca, tale a quando era partita.

In compenso, la riflessione speculare determina la percezione della brillantezza superficiale (materiale lucido o opaco).

Responsabile della generazione del colore del materiale sarà, invece, la riflessione interna.

Comportamento della luce e percezione umana

Nell’osservazione di campioni lucidi e opachi, la riflettanza speculare può causare difficoltà nella percezione del colore, specialmente quando la luce riflessa, a determinate angolazioni, colpisce l’occhio dell’osservatore, rendendo difficile la valutazione precisa del colore.

Gli operatori risolvono questo problema inclinando il campione, così da ridurre, se non addirittura escludere, il riflesso diretto, direzionando il bagliore altrove.

Nei materiali opachi, invece, questo problema non è significativo, poiché la luce all’esterno non viene riflessa dritta nell’occhio, ma viene diffusa uniformemente in tutte le direzioni.

Geometria Strumentale 45°/0

Esistono diverse geometrie strumentali utilizzate per la misurazione della riflessione.

Una delle più comuni è la geometria 45°/0, con la quale la luce viene proiettata sul campione a un angolo di 45° e il sensore, posizionato sulla superficie stessa ne misura la luce riflessa perpendicolarmente alla superficie.

In tal modo, si elimina il riflesso esterno sui 45° opposti, minimizzando l’influenza della riflessione speculare e offrendo risultati coerenti con la percezione umana del colore.

Tale geometria viene utilizzata per materiali in piano come inchiostri e stampa su fogli di carta, divenendo poco funzionale su altri materiali dalla superficie più irregolare.

Geometria strumentale d/8° e sfera integratrice

Per materiali dalla superficie irregolare, come ad esempio una superficie goffrata, dove la riflessione esterna non è perfetta ma imprevedibile, si preferisce utilizzare la geometria strumentale d/8°.

Volendo superare il problema dell’imprevedibilità di una superficie irregolare, è necessario eliminare la luce diretta, utilizzando una lampada che vada a irradiare l’interno di una sfera integratrice.

Tale sfera, realizzata in materiale bianco, è tale da diffondere il più uniformemente possibile la luce attorno al campione.

In tal modo, il campione riceve luce da tutte le direzioni e, pur in presenza di una superficie irregolare, la misurazione risulta abbastanza attendibile.

La sonda, in questo caso, viene posizionata a 8° rispetto alla perpendicolare, permettendo di ricevere sicuramente sia la riflessione interna che quella speculare.

Questo è garantito dal fatto che l’illuminazione diffusa all’interno di tutta la sfera, permette di coprire anche gli 8° opposti all’illuminante, sui quali si registra un ritorno esterno riflesso.

Questo tipo di geometria misura, dunque, la riflessione totale (interna ed esterna), dando una valutazione più completa del materiale, anche se la percezione umana potrebbe risultare diversa.

Misurazione di materiali lucidi e opachi: differenze tra 45°/0 e d/8°

Se normalmente i confronti tra colori misurati con le diverse geometrie, pur con valori assoluti diversi, danno risultati visivi abbastanza concordi, nel confronto di materiali aventi lo stesso colore, ma che si differenziano per lo stato superficiale, lucido od opaco, invece, le geometrie 45°/0 e d/8° forniscono risultati visivi differenti.

La geometria 45°/0, allineata alla percezione umana, mostra il materiale opaco come più chiaro del lucido, mentre la geometria d/8° evidenzia il contrario, considerando il materiale lucido come più chiaro, a causa della riflettanza speculare.

Se da un lato, dunque, si risolve il problema della goffratura, dall’altro si incappa in questa discrepanza a livello di brillantezza superficiale. Essendo, però, a conoscenza di questo problema, si possono evitare errori.

È infatti possibile riconciliare i risultati delle due geometrie, utilizzando la funzione di inclusione o esclusione della riflettanza speculare nella geometria d/8°.

Per farlo, sulla sfera è presente uno sportello in grado di aprirsi e chiudersi, posizionato sulla parte opposta rispetto alla sonda e che consente di fare entrambe le misurazioni.

Aprendo lo sportello, infatti, si crea un foro sulla sfera che elimina di fatto l’illuminazione sugli 8° opposti, non offrendo un ritorno in termini di riflessione esterna. Questo stratagemma riallinea la misura, rendendola più simile a quella della geometria 45°/0

Valutazioni multiangolo e materiali a interferenza

Per materiali non omogenei come quelli metallizzati o con effetti di interferenza, esistono strumenti che nelle misure utilizzano più geometrie strumentali simultaneamente. In questi casi si parla di multiangoli.

Questa permette di misurare il colore da diversi angoli contemporaneamente, fornendo una serie di spettri che possono essere analizzati separatamente, ottenendo reazioni in parte diffuse e in parte no.

Per misurare un materiale metallizzato, ad esempio, non si userà la sfera integratrice, perché questa darebbe un solo spettro, ma si faranno almeno cinque misurazioni tramite illuminazioni dirette da altrettanti angoli diversi, di cui uno sarà quello 45°/0, e si avrà dunque la possibilità di analizzare cinque spettri diversi separati.

Questa tecnica è particolarmente utile nella valutazione delle vernici metallizzate utilizzate soprattutto nell’industria automobilistica.

Per materiali a interferenza, per i quali cambiando angolo di osservazione cambia la cromaticità, si fa, invece, una valutazione su 10 angoli. La valutazione è ovviamente molto più difficile, tanto che non esiste ancora un vero criterio in grado di stimare le misure.

Questa è una geometria più legata a particolari vernici, nelle quali i pigmenti sono inseriti su strati diversi per dare l’effetto del cambio di colore.

Mentre nella formulazione colore classica, dunque, si utilizza la sfera integratrice e quasi mai la geometria 45°/0, il multiangolo si usa soprattutto per il controllo qualità colore o, in alternativa, cercando in una banca dati il riferimento spettrale più vicino per quanto riguarda la misura di un solo angolo e applicando, in seguito, una lieve correzione per aggiustare gli altri angoli.

Spettrofotometri portatili o da banco: una scelta operativa

L’ultimo fattore nella scelta dello spettrofotometro è se utilizzare uno strumento portatile o da banco.

Gli spettrofotometri portatili sono più adatti per lavori sul campo e lavorano solo per riflessione, mentre quelli da banco offrono maggiore precisione per analisi complete in laboratorio.

Si può, quindi, avere un quadro completo su come scegliere uno spettrofotometro, semplicemente ponendosi alcune domande:

• Devo misurare la trasmissione?
  Sarà preferibile scegliere uno spettrofotometro da banco. Se non serve la trasmissione, invece, potrò utilizzare uno strumento più basilare come lo spettrofotometro portatile.
• Devo misurare la riflessione?
  Non importa se utilizzo uno spettrofotometro da banco o portatile, in quanto tutti i modelli possono avere tutte le geometrie, ma dovrò comunque valutare che tipo di geometria strumentale è più adatta per le mie misurazioni. Se, ad esempio, il mio settore è quello degli inchiostri userò il 45°/0.
• Ho a che fare con vernici, plastiche o materiali dove è presente irregolarità?
  Userò la sfera integratrice e la geometria strumentale d/8°.
• Devo fare valutazioni in termini di opacità-lucidità (gloss)?
  Sceglierò uno strumento in grado di escludere o includere la riflessione speculare a mio piacimento.

In sintesi, la scelta di uno spettrofotometro dipende da vari fattori, tra cui la necessità di misurare la trasmissione, la geometria strumentale più adatta al tipo di materiale e la possibilità di includere o escludere la riflessione speculare.

È importante anche considerare se si necessita di uno strumento portatile o da banco in base alle condizioni operative.

La scelta corretta dello spettrofotometro garantirà una misurazione precisa del colore e delle proprietà ottiche dei materiali.

Spettrofotometri ColorWorkDesk: innovazione nella misurazione del colore

La linea di spettrofotometri da banco e portatili ColorWorkDesk (CWD) introduce una nuova era nella colorimetria.

Questi strumenti avanzati offrono una valutazione precisa del colore su qualsiasi tipo di materiale e in ogni condizione, grazie alla loro capacità di misurare sia per riflessione che per trasmissione.

Questa loro versatilità garantisce che le esigenze di misurazione del colore siano soddisfatte in maniera completa e accurata, indipendentemente dal contesto di utilizzo.

Scegliere gli spettrofotometri CWD significa affidarsi a dispositivi altamente performanti, perfettamente integrati con le moderne tecnologie digitali come app, cloud e server, caratteristica che li distingue nettamente dai metodi tradizionali ormai superati, e che offre una misurazione del colore più veloce, precisa e dettagliata.