ColorWorkDesk: cómo elegir un espectrofotómetro

¿Reflexión o transmisión? El primer criterio para elegir un espectrofotómetro

Uno de los criterios fundamentales para la elección de un espectrofotómetro viene determinado por el tipo de material que se desea analizar: ¿es transparente u opaco?

La elección entre mediciones por reflexión o por transmisión depende precisamente de este aspecto.

Para profundizar en este tema, recomendamos consultar el artículo «ColorWorkDesk: funcionamiento de los espectrofotómetros».

En cualquier caso, no todos los espectrofotómetros incluyen la capacidad de medir la transmisión. De hecho, la mayoría están diseñados principalmente para realizar mediciones por reflexión.

Por tanto, la necesidad de efectuar mediciones por transmisión o únicamente por reflexión representa el primer criterio para la elección de un espectrofotómetro.

Interacciones entre la luz y el objeto: cómo percibimos el color de un material

Para comprender el segundo criterio de elección de un espectrofotómetro, relacionado con las geometrías instrumentales, es necesario ofrecer una breve visión general de la forma en que la luz interactúa con un objeto cuando incide sobre él.

La luz puede ser reflejada, absorbida o transmitida por el material sobre el que incide. La cantidad y la calidad de la luz reflejada, absorbida o transmitida dependen de las propiedades ópticas del material, como su composición, su superficie y su espesor.

En colorimetría, estas interacciones son fundamentales, ya que determinan el color percibido de un objeto.

Para profundizar en este tema, recomendamos consultar el artículo «Medición del color mediante espectrofotómetros».

Las geometrías instrumentales, diseñadas para captar y analizar con precisión la luz reflejada o transmitida, permiten cuantificar y reproducir fielmente el color de un material, midiendo la interacción entre la luz y el material desde diferentes ángulos específicos.

Por tanto, las geometrías instrumentales desempeñan un papel esencial en la medición del color, y la elección de una u otra resulta determinante en colorimetría.

Geometrías instrumentales: la mejor elección para medir la reflexión

Dejando momentáneamente a un lado la medición por transmisión y centrándonos en la medición por reflexión, es importante considerar las distintas geometrías instrumentales disponibles, ya que son elementos esenciales para determinar cómo se mide la luz reflejada por un material.

Las geometrías instrumentales se convierten así, como se ha indicado, en el segundo criterio para la elección de un espectrofotómetro.

Algunas de ellas, concretamente las más utilizadas, permiten medir por separado la reflexión externa y la reflexión interna de un material.

La luz reflejada por una superficie presenta, de hecho, dos componentes diferentes: en la mayoría de los casos, una de baja intensidad, denominada especular o externa, y otra interna.

La reflexión especular es el reflejo de una parte de la luz incidente —generalmente blanca— que no penetra en el material, sino que rebota sobre la superficie siguiendo ángulos precisos, del mismo modo que ocurre en un espejo.

Este componente externo no experimenta ninguna modificación por parte del material y, por tanto, no influye en su color, sino que permanece como luz blanca, igual que en el momento de su emisión.

Sin embargo, la reflexión especular determina la percepción del brillo superficial, es decir, si un material se percibe como brillante o mate.

La reflexión interna, en cambio, es la responsable de generar el color del material.

Comportamiento de la luz y percepción humana

Durante la observación de muestras brillantes y mates, la reflectancia especular puede dificultar la percepción del color, especialmente cuando la luz reflejada incide sobre el ojo del observador desde determinados ángulos, dificultando una evaluación precisa.

Los operadores solucionan este problema inclinando la muestra para reducir, o incluso excluir, el reflejo directo y dirigir el brillo hacia otra dirección.

En los materiales mates, por el contrario, este problema no es significativo, ya que la luz exterior no se refleja directamente hacia el ojo, sino que se difunde uniformemente en todas las direcciones.

Geometría Instrumental 45°/0

Existen diferentes geometrías instrumentales utilizadas para medir la reflexión.

Una de las más habituales es la geometría 45°/0, en la que la luz se proyecta sobre la muestra con un ángulo de 45° y el sensor, situado sobre la propia superficie, mide la luz reflejada perpendicularmente a ella.

De este modo, se elimina el reflejo externo en los 45° opuestos, minimizando la influencia de la reflexión especular y proporcionando resultados coherentes con la percepción humana del color.

Esta geometría se utiliza para materiales planos, como tintas e impresiones sobre hojas de papel, y resulta menos funcional en materiales con superficies más irregulares.

Geometría instrumental d/8° y esfera integradora

Para materiales con superficies irregulares, como una superficie gofrada, donde la reflexión externa no es uniforme, sino imprevisible, se prefiere utilizar la geometría instrumental d/8°.

Para superar el problema de la imprevisibilidad de una superficie irregular, es necesario eliminar la luz directa mediante una lámpara que ilumine el interior de una esfera integradora.

Esta esfera, fabricada con un material blanco, está diseñada para difundir la luz alrededor de la muestra de la manera más uniforme posible.

De este modo, la muestra recibe luz desde todas las direcciones y, aunque su superficie sea irregular, la medición resulta suficientemente fiable.

En este caso, la sonda se coloca a 8° respecto a la perpendicular, lo que permite captar tanto la reflexión interna como la reflexión especular.

Esto es posible porque la iluminación difusa presente en toda la esfera permite cubrir también los 8° opuestos a la fuente luminosa, donde se registra el retorno de la reflexión externa.

Por tanto, este tipo de geometría mide la reflexión total —interna y externa— y ofrece una evaluación más completa del material, aunque la percepción humana pueda ser diferente.

Medición de materiales brillantes y mates: diferencias entre 45°/0 y d/8°

Aunque normalmente la comparación entre colores medidos mediante distintas geometrías, incluso con valores absolutos diferentes, produce resultados visuales bastante similares, en el caso de materiales que tienen el mismo color pero presentan superficies distintas, brillantes o mates, las geometrías 45°/0 y d/8° proporcionan resultados visuales diferentes.

La geometría 45°/0, alineada con la percepción humana, muestra el material mate como más claro que el brillante, mientras que la geometría d/8° muestra el efecto contrario, considerando el material brillante como más claro debido a la reflectancia especular.

Por tanto, aunque por un lado se resuelve el problema de las superficies gofradas, por otro se produce esta discrepancia relacionada con el brillo superficial. Sin embargo, al conocer este comportamiento, es posible evitar errores.

De hecho, es posible reconciliar los resultados de ambas geometrías utilizando la función de inclusión o exclusión de la reflectancia especular en la geometría d/8°.

Para ello, la esfera dispone de una compuerta que puede abrirse y cerrarse, situada en la parte opuesta respecto a la sonda, y que permite realizar ambos tipos de medición.

Al abrir la compuerta, se crea un orificio en la esfera que elimina la iluminación en los 8° opuestos, evitando así el retorno de la reflexión externa. Este mecanismo permite realinear la medición y hacerla más similar a la obtenida mediante la geometría 45°/0.

Evaluaciones multiángulo y materiales de interferencia

Para materiales no homogéneos, como los metalizados o con efectos de interferencia, existen instrumentos que utilizan simultáneamente varias geometrías durante la medición. En estos casos se habla de instrumentos multiángulo.

Esta tecnología permite medir el color desde varios ángulos al mismo tiempo, proporcionando una serie de espectros que pueden analizarse por separado y obteniendo respuestas parcialmente difusas y parcialmente especulares.

Para medir un material metalizado, por ejemplo, no se utilizará una esfera integradora, ya que esta produciría un único espectro. En su lugar, se realizarán al menos cinco mediciones mediante iluminación directa desde otros tantos ángulos diferentes, uno de los cuales será el 45°/0, lo que permitirá analizar cinco espectros independientes.

Esta técnica resulta especialmente útil para evaluar las pinturas metalizadas empleadas principalmente en la industria automovilística.

En el caso de los materiales de interferencia, en los que la cromaticidad cambia al variar el ángulo de observación, se realiza una evaluación desde diez ángulos. Evidentemente, este tipo de análisis es mucho más complejo, hasta el punto de que todavía no existe un criterio único capaz de interpretar completamente estas mediciones.

Esta geometría está especialmente relacionada con determinadas pinturas en las que los pigmentos se incorporan en capas diferentes para generar un efecto de cambio de color.

Mientras que en la formulación clásica del color se utiliza la esfera integradora y casi nunca la geometría 45°/0, la medición multiángulo se emplea principalmente para el control de calidad del color o, como alternativa, para buscar en una base de datos la referencia espectral más próxima correspondiente a la medición desde un único ángulo y aplicar posteriormente una ligera corrección para ajustar los demás ángulos.

¿Quieres profundizar en los métodos de formulación del color en colorimetría? Lee también «ColorWorkDesk: formulación del color».

Espectrofotómetros portátiles o de sobremesa: una elección operativa

El último factor que debe considerarse al elegir un espectrofotómetro es si se necesita un instrumento portátil o de sobremesa.

Los espectrofotómetros portátiles son más adecuados para trabajos de campo y funcionan únicamente por reflexión, mientras que los instrumentos de sobremesa ofrecen una mayor precisión para realizar análisis completos en laboratorio.

Por tanto, es posible obtener una visión completa sobre cómo elegir un espectrofotómetro planteándose algunas preguntas:

• ¿Debo medir la transmisión? Será preferible elegir un espectrofotómetro de sobremesa. Si no es necesario medir la transmisión, se podrá utilizar un instrumento más básico, como un espectrofotómetro portátil.
• ¿Debo medir la reflexión? No importa si se utiliza un espectrofotómetro de sobremesa o portátil, ya que todos los modelos pueden incorporar diferentes geometrías. Sin embargo, será necesario evaluar qué geometría instrumental es la más adecuada para cada medición. Por ejemplo, en el sector de las tintas se utilizará la geometría 45°/0.
• ¿Trabajo con pinturas, plásticos o materiales que presentan irregularidades? Se utilizará una esfera integradora y la geometría instrumental d/8°.
• ¿Debo realizar evaluaciones relacionadas con la opacidad y el brillo? Se elegirá un instrumento capaz de incluir o excluir la reflexión especular según las necesidades.

En resumen, la elección de un espectrofotómetro depende de varios factores, entre ellos la necesidad de medir la transmisión, la geometría instrumental más adecuada para el tipo de material y la posibilidad de incluir o excluir la reflexión especular.

También es importante considerar si se necesita un instrumento portátil o de sobremesa en función de las condiciones operativas.

La elección correcta del espectrofotómetro garantizará una medición precisa del color y de las propiedades ópticas de los materiales.

Espectrofotómetros ColorWorkDesk: innovación en la medición del color

La línea de espectrofotómetros de sobremesa y portátiles ColorWorkDesk (CWD) introduce una nueva era en la colorimetría.

Estos instrumentos avanzados permiten realizar una evaluación precisa del color en cualquier tipo de material y bajo cualquier condición, gracias a su capacidad para medir tanto por reflexión como por transmisión.

Esta versatilidad garantiza que las necesidades de medición del color se satisfagan de forma completa y precisa, independientemente del contexto de utilización.

Elegir los espectrofotómetros CWD significa confiar en dispositivos de alto rendimiento, perfectamente integrados con las tecnologías digitales modernas, como aplicaciones, sistemas en la nube y servidores. Esta característica los diferencia claramente de los métodos tradicionales ya superados y permite realizar mediciones del color más rápidas, precisas y detalladas.