La spettrofotometria può sostituire i coloristi?

Ogni anno appaiono sul mercato nuovi modelli di auto e con essi nuovi colori. I designer di automobili hanno qualcosa in comune con gli stilisti di moda: tutti vogliono sorprendere il cliente con qualcosa di nuovo e diverso. Nuove forme, un motore migliore o magari un colore unico con effetti speciali. Ed è qui che iniziano i problemi. L'abbinamento dei colori è spesso difficile a causa dei diversi effetti applicati e delle differenze di tonalità a seconda dell'angolo di luce. Per facilitare l'abbinamento dei colori, sempre più spesso le aziende automobilistiche utilizzano spettrofotometri, dispositivi per la misurazione dei colori.

Che cos'è esattamente il colore?

La parola “colore” compare nell'uso quotidiano, ma in realtà può essere intesa in molti modi. Per i chimici, è l'espressione di pigmenti, coloranti e altre sostanze simili. I fisici, invece, definiscono il colore come una misura delle sue proprietà ottiche. Per un colorista, la parola significa semplicemente ciò che vede quando le onde dello spettro della radiazione elettromagnetica visibile raggiungono l'occhio. L'occhio umano contiene fotorecettori, cellule costituite da proteine sensibili alla luce chiamate opsine che assorbono onde luminose di varia lunghezza. Il cervello riceve ed elabora le informazioni inviate da queste cellule, trasformandole in un'immagine tridimensionale. Nell'occhio ci sono tre tipi di fotorecettori che permettono al cervello di distinguere tre colori fondamentali: rosso, verde e blu.   

Come facciamo a “vedere” i colori?

Siamo in grado di “vedere” un determinato colore per mezzo di impulsi che stimolano i diversi tipi di fotorecettori in modi diversi. Una situazione particolare si verifica nel caso del bianco e del nero. Vediamo il bianco se le onde luminose che raggiungono l'occhio stimolano tutti i fotorecettori con la stessa intensità. Il nero viene visto se nessuno di questi fotorecettori viene stimolato. 
 

Figura 1. Assorbimento della luce di diverse lunghezze d'onda da parte dei fotorecettori      

                            È stato dimostrato che le donne vedono i colori meglio degli uomini. Questo fatto deriva dal posizionamento dei geni responsabili della visione dei colori. I geni responsabili della percezione del rosso e del verde sono situati molto vicini tra loro sul cromosoma X. Come probabilmente sapete, gli uomini hanno solo un cromosoma di questo tipo. Qualsiasi danno a questo gene comporta l'incapacità di percepire correttamente i colori. Non esiste la possibilità che un secondo cromosoma X corregga questo difetto, come invece accade nelle donne. Inoltre, alcune donne presentano mutazioni che determinano la comparsa di quattro tipi di fotorecettori nell'occhio invece di tre, dando loro una sensibilità ancora maggiore ai colori. Questa caratteristica non è limitata solo agli esseri umani; la maggior parte delle scimmie maschio può vedere solo in modo dicromatico, ovvero in due colori; hanno un solo cromosoma X che genera un solo tipo di opsina. Le femmine, invece, hanno due cromosomi X e possono ereditare geni leggermente diversi che generano opsine diverse, permettendo loro di vedere tricromaticamente, ovvero in tre colori.

Come fa uno spettrofotometro a distinguere tra i colori?

Gli spettrofotometri sono sempre più utilizzati per valutare e differenziare i colori. Com'è possibile che un dispositivo elettrico sia in grado di vedere i colori, dal momento che non possiede cellule fotosensibili o cromosomi?  

Figura 2. Riflessione della luce da parte di scaglie metalliche
Un componente essenziale della costruzione di uno spettrofotometro è la sua sorgente luminosa, solitamente un diodo LED. I fasci di luce modellati dal diodo colpiscono un campione a un angolo definito e vengono poi deviati su una serie di sensori. L'analisi spettrofotometrica di alta precisione avviene lungo ogni segmento di lunghezza d'onda e il risultato viene presentato come una serie di numeri che descrivono lo spettro della luce visibile. Sul mercato sono disponibili spettrofotometri con diversi tipi di geometria di misurazione. Il risultato della misurazione dipende dalle condizioni di illuminazione, dall'angolo di osservazione e dall'angolo di caduta della luce sul campione. Per una corretta determinazione del colore, è necessario utilizzare almeno tre angoli di misurazione. Sono disponibili spettrofotometri con 6 e persino 12 angoli di misurazione, talvolta dotati di telecamere.   Quasi l'80% dei colori utilizzati nelle vernici per autoveicoli ha effetti speciali, che producono un aspetto diverso a seconda dell'angolo di caduta della luce su di essi.

Figura 3. Misura multiangolare con uno spettrofotometro

La luce viene riflessa da una superficie metallica con angoli diversi, a seconda dell'orientamento delle scaglie di metallo nello strato di vernice. Pertanto, è altamente consigliato l'uso di uno spettrofotometro multiangolare sulle vernici con effetti speciali. Questi dispositivi sono dotati di una funzione che misura la dimensione dei grani, determinata dal diametro delle particelle nella vernice, nonché l'orientamento di questi grani. È anche possibile misurare il cosiddetto effetto scintilla. Molti spettrofotometri sono dotati di una memoria a bordo che consente di memorizzare le misure. I dati di misurazione possono essere visualizzati in forma numerica, in grafici o in diagrammi per dare un'immagine più chiara dei colori. È possibile ottenere risultati molto soddisfacenti con le condizioni ambientali adeguate.  

Uno spettrofotometro può sostituire l'occhio umano?

Questa domanda mi ricorda la discussione sull'intelligenza artificiale. Possiamo tranquillamente dire: “No, non preoccupiamoci che una macchina sia in grado di vedere il mondo come le persone; preoccupiamoci che le persone non siano in grado di vedere il mondo come le macchine.”