二色性

二色性（または多色性）とは、物質または溶液の色相が、吸収物質の濃度と、通過する媒質の深さまたは厚さの​​両方に依存する現象です。 ^{[ 1 ]}二色性ではないほとんどの物質では、色の明度と彩度のみが濃度と層の厚さに依存します。

白い皿にカボチャ種子油を一滴垂らし、二色性を示す

二色性物質の例としては、カボチャ種子油、ブロモフェノールブルー、レサズリンなどが挙げられます。カボチャ種子油は、層の厚さが0.7 mm未満の場合は鮮やかな緑色に、それより厚い場合は鮮やかな赤色に見えます。

この現象は、物質の物理化学的性質と、人間の視覚系における色に対する生理学的反応の両方に関連しています。この物理化学的・生理学的根拠の組み合わせは、2007年に初めて説明されました。^{[ 2 ]}

宝石においては、二色性は「ウサンバラ効果」と呼ばれることもあります。^{[ 3 ]}

物理的な説明

二色性は、ランベルト・ベールの法則と、人間の網膜にある3種類の錐体光受容体の励起特性によって説明できます。広くて浅い極小値と狭くて深い極小値を1つずつ持つ吸収スペクトルを持つ物質であれば、どんな物質でも二色性が生じる可能性があります。深い極小値の見かけの幅は、人間の目の可視範囲の端によって制限されることもあり、その場合、真の全幅は必ずしも狭くないことがあります。物質の厚さが増すにつれて、知覚される色相は、広くて浅い極小値（薄い層）の位置によって定義される色相から、深くて狭い極小値（厚い層）の色相へと変化します。

カボチャ種子油の吸収スペクトルは、緑のスペクトル領域に広く浅い極小値を持ち、赤の領域に深い極小値を持ちます。薄い層では、特定の緑の波長での吸収は赤の極小値ほど低くはありませんが、緑がかった波長のより広い帯域が透過されるため、全体的に緑色に見えます。この効果は、人間の目の光受容体の緑に対する感度が高く、錐体光受容体の感度の長波長限界によって赤の透過帯域が狭くなることで強調されます。ランベルト・ビールの法則によると、色の付いた物質を通して見ると（したがって反射は無視します）、特定の波長Tで透過する光の割合は、厚さtとともに指数関数的に減少し、T = e ^{− at と}なります（aはその波長での吸光度）。緑の透過率をG = e ^{− a _G t}、赤の透過率をR = e ^{− a _R t}とします。 2つの透過光強度の比は、( G / R ) = e ^{( a _R - a _G ) t}となります。赤色の吸光度が緑色の吸光度よりも低い場合、厚さtが増加するにつれて、赤色と緑色の透過光の比も増加し、色の見かけの色相が緑から赤へと変化します。

定量化

物質の二色性の程度は、クレフトの二色性指数（DI）によって定量化できます。これは、彩度（色の彩度）が最大となる希釈時のサンプルの色と、4倍希釈（または薄い）および4倍濃縮（または濃い）サンプルの色との間の色相角（Δh _{ab ）の差として定義されます。2つの色相角の差は、それぞれ明るい方向への二色性指数（クレフトのDI L}）と暗い方向への二色性指数（クレフトのDI _D）と呼ばれます。^{[ 4 ]}最も二色性の高い物質の1つであるカボチャ油のクレフトの二色性指数DI _LとDI _Dは、それぞれ-9と-44です。これは、観測層の厚さが約 0.5 mm から 2 mm に増加すると、カボチャ油の色が緑黄色からオレンジ赤 ( Lab 色空間で44度) に変化し、厚さが 4 分の 1 に減少すると、わずかに緑に近づきます (9 度)。

歴史

ウィリアム・ハーシェル（1738-1822）の記録によると、1801年に初期の太陽望遠鏡の開発中に、硫酸第一鉄溶液とクルミチンキで二色性を観察したが、その効果を認識しなかった。^{[ 5 ]}

外部リンク

• Kreft Samo & Kreft Marko (2007). 二色性の物理化学的および生理学的基礎. 自然科学, doi: 10.1007/s00114-007-0272-9

参考文献

1. Kennard, TG; Howell, DH (1941年7月). 「鉱物の色の種類」(PDF) . American Mineralogist . 26 (07): 405– 421 – Mineralogical Society of Americaより.
2. Kreft, Samo; Kreft, Marko (2007-11-01). 「二色性の物理化学的および生理学的基礎」 . Naturwissenschaften . 94 (11): 935– 939. doi : 10.1007/s00114-007-0272-9 . ISSN 1432-1904 – Springer Nature Link経由. 
3. AW州クルム（2019年2月）。「ウサンバラ効果と宝石のその他の色の変化効果」(PDF)。ファセット。 No. 25.スイス宝石学研究所。 p. 16.
4. Kreft, S.; Kreft, M. (2009). 「二色性に関する定量化：透明材料の色特性」 . Journal of the Optical Society of America A. 26 ( 7): 1576– 1581. Bibcode : 2009JOSAA..26.1576K . doi : 10.1364/JOSAA.26.001576 . PMID 19568292 . 
5. 望遠鏡の歴史- ヘンリー・C・キング著 - 141ページ