Causas físicas y químicas del color.
Ilustración vectorial sobre espectroscopía. Materia y radiación electromagnética. Estudio de la luz visible dispersada según su longitud de onda, por un prisma. Fundamentos de la física.
Según la ley de conservación de la energía, la energía se puede convertir de una forma a otra, pero no se puede crear ni destruir. En consecuencia, cuando un fotón de luz es absorbido por la materia, generalmente por un átomo, molécula o ion o por un pequeño grupo de tales unidades, el fotón desaparece y la materia gana su energía. De manera similar, cuando la materia emite luz, pierde la energía que se llevan los fotones. Un átomo o molécula dados no pueden emitir luz de ninguna energía arbitraria, ya que la teoría cuántica explica que solo ciertos estados de energía son posibles para un sistema dado.
Por supuesto, cuando pensamos en la parte física del color en la vida diaria, la experiencia más común de la mezcla aditiva de colores es la visualización de colores en pantallas de TV o computadoras. Independientemente de la tecnología de visualización (por ejemplo, LCD a color, pantallas de plasma, procesamiento de luz digital), estas pantallas se basan en matrices de píxeles de colores RGB estrechamente espaciados, lo suficientemente cerca como para que la percepción aditiva de la retina corresponda a la suma de múltiples píxeles RGB.
La mezcla sustractiva de colores, por otro lado, se encuentra principalmente en relación con la mezcla de pinturas o pigmentos, ya sea en el estudio del artista o en la impresión de revistas o computadoras. El otro uso común de la mezcla sustractiva de colores es en la fotografía en color, donde la gama de colores en diapositivas o películas cinematográficas se produce mediante tres capas de sustancias químicas que absorben el color, teñidas respectivamente con los colores primarios sustractivos cian (azul-verde), magenta y amarillo.
Curvas de reflectancia espectral (c) obtenidas con espectroscopía Raman (ver más adelante) aplicadas a una escultura religiosa clásica (a) y cuyas capas de pigmento fueron identificadas (b).
La espectroscopia de reflectancia visible se basa en el principio de absorción selectiva de la luz: el comportamiento espectral de una superficie pintada frente a una fuente que emite el rango de longitud de onda visible puede dar información sobre su composición.
Los resultados de este análisis son curvas de reflectancia espectral en los que se registra tanto la luz reflejada como la dispersada: mientras que la absorción de la luz es un fenómeno relativamente sencillo, la dispersión de la luz -que también ocurre con los pigmentos- es más compleja. Depende de la diferencia en el índice de refracción del pigmento y el medio de suspensión, y del tamaño de las partículas en relación con la longitud de onda de la luz incidente.
Un espectro de reflectancia muestra para cada longitud de onda la relación entre la intensidad de la luz reflejada y la luz incidente, medida con respecto a una referencia blanca estándar. Esta relación es a la que se llama reflectancia y se expresa en porcentaje (%). Las curvas de reflectancia espectral pueden proporcionar información útil para la identificación de pigmentos ya que la luz que no se refleja se absorbe o se transmite dependiendo de la composición química del material ensayado.
Las características espectrales de reflectancia de los materiales en el rango UV/vis se atribuyen a transiciones electrónicas, mientras que las del rango infrarrojo cercano (NIR) se atribuyen a sobretonos vibratorios fundamentales y modos de combinación.
Resultados de la espectroscopia de imágenes de reflectancia de las Peonías de Pablo Picasso (1901). Donación de la Sra. Gilbert W. Chapman, 1981.41.1, Galería Nacional de Arte, Washington DC. a: imagen en color. b: Imagen en falso color que muestra las ubicaciones a las que se asignan los miembros finales espectrales. c: Gráfico de espectros de miembros finales, asignado a (1) amarillo de cadmio y bermellón, (2) verde esmeralda, (3) azul cobalto, (4) “pintura marrón”, (5) blanco zinc, (6) azul de Prusia, (7) ) bermellón, (8) amarillo (zinc), (9) colorante rojo
La literatura científica muestra que esta técnica (espectroscopía de reflectancia) es una herramienta útil para la identificación de pigmentos, aunque, en general, la falta de homogeneidad superficial y la complejidad composicional del material pictórico dificultan la discriminación. Esta es la razón por la que las bases de datos de curvas espectrofotométricas de referencia se construyen comúnmente utilizando pigmentos y aglutinantes conocidos (algunas bases de datos también están disponibles en línea).
Para analizar la distribución de intensidad espectral de pinturas mezcladas en diferentes proporciones, se utiliza un espectrofotómetro conectado a una computadora, que muestra la intensidad de la luz difusamente reflejada (o dispersada) en cada longitud de onda relativa a una superficie blanca predefinida. En la práctica, hay una amplia latitud en lo que la gente considera una "superficie blanca". Si se desea hacer este tipo de experimento es posible en un laboratorio de enseñanza de pregrado, porque los espectrofotómetros de rejilla en miniatura ahora están disponibles comercialmente a un costo razonable.
Curvas de reflectancia espectral: comprendiendo el color
Utilizando un analizador Raman Renishaw RA100, equipado con una sonda de fibra óptica RP20, para analizar los pigmentos utilizados en un fresco mural del siglo XII en la iglesia de S. Pietro di Avigliana en Turín, Italia. El espectro Raman del pigmento rojo indica que es rojo ocre. El espectro también contiene características del gesso (gypsum) de la pared.La comprensión de la percepción del color y el comportamiento físico de los pigmentos es compleja. Por ejemplo, la suposición de que la pintura amarilla refleja de forma difusa principalmente longitudes de onda amarillas es incorrecta. Más bien, los experimentos discutidos a continuación muestran que el amarillo refleja una amplia gama de longitudes de onda rojas y verdes, es decir, una fracción significativa del espectro visible. De manera similar, el cian refleja casi todas las longitudes de onda en las regiones espectrales azul y verde, y el magenta refleja una amplia gama de azules y rojos.
El color de los pigmentos mezclados se rige por un proceso sustractivo: cualquier longitud de onda fuertemente absorbida por cualquiera de los pigmentos estará ausente de la luz reflejada por la mezcla. Por lo tanto, el tono está determinado por las longitudes de onda que ninguno de los pigmentos absorbe.
Es por eso que podemos decir que, en este sentido, la mezcla de pigmentos es un proceso sustractivo. Un mensaje importante que se debe aprender al mezclar pinturas altamente saturadas es que los pigmentos mezclados son menos brillantes que cualquiera de los componentes en todas las longitudes de onda porque la pintura de un color específico obtiene su matiz eliminando algunas longitudes de onda.
Mezclar pinturas, por lo tanto, elimina aún más luz. Otro mensaje importante es que también hay un componente aditivo en la mezcla de pinturas, cuando los espectros sustractivos de dos componentes mezclados deben producir negro.
Van Meegeren: El falsificador que engañó a los nazis. Gracias al uso de la espectroscopía, la falsificación de Hans van Meegeren de una pintura de Jan Vermeer del siglo XVII se verificó en parte porque la pintura contenía baquelita, una resina sintética inventada en el siglo XX. Fotografía: BBC.La espectroscopia, por cierto, también es extremadamente útil para combatir la falsificación. Las obras de arte falsas se pueden detectar cuando surgen anacronismos en los materiales y los materiales no se alinean con los utilizados en obras conocidas del mismo artista. Pero la espectroscopia se usa con mayor frecuencia para la conservación, porque identifica las causas del deterioro de las obras de arte y cómo contrarrestarlo.
Si bien existen muchos tipos y variaciones diferentes de espectroscopia avanzada con las cuales se pueden obtener curvas de reflectancia espectral que se utilizan para muchos propósitos y en muchas áreas, los que se utilizan con más frecuencia para examinar obras de arte y artefactos son la espectroscopia infrarroja, la espectroscopia Raman, la espectroscopia de fluorescencia de rayos X y la espectrometría de masas.
Practicando con espectroscopia vibracional
La Noche estrellada de Van Gogh, reinterpretada con una incorporación por parte del artista Luis Shachner de la curva de reflectancia espectral de masas del azul de Prusia, un pigmento básico utilizado por algunos de los artistas más famosos del mundo desde el siglo XVIII en adelante.
Los átomos en una molécula están en movimiento vibratorio periódico entre sí. La frecuencia de este movimiento vibratorio periódico se conoce como frecuencia de vibración y es característica de cada compuesto químico. Por lo tanto, si se pueden medir las frecuencias vibratorias de una molécula, es posible compararlas con una base de datos de frecuencias y determinar el nombre de la molécula. Esto es lo que hacen las espectroscopias vibratorias.
