Analice su medición de color

En este artículo el autor le muestra las ventajas y desventajas de las tecnologías presentes en el mercado.

Por: Octaviano Fernández

A lo largo de los años, las herramientas para medir color han sufrido importantes transformaciones, todas encaminadas a poder medir con mayor exactitud dicho parámetro. Desde los inicios con el uso de los simples colorímetros que medían el color a través de filtros,  hasta llegar a los espectrofotómetros, la evolución del desarrollo de la tecnología los ha modificado.El presente artículo tiene la intención de presentar al lector  las ventajas y desventajas de las herramientas para la medición de color que actualmente se utilizan y se encuentran disponibles en el mercado.

Los inicios

Los primeros equipos que se usaron para la medición de color fueron los colorímetros,  instrumentos que significaron un gran avance en el control de calidad de color que las empresas debían aplicar a sus productos. Esto permitió pasar  de evaluaciones subjetivas de color,  a una medición objetiva de éste, y  aunque esto ya era un gran avance, no lo fue por mucho tiempo. Las necesidades  del mercado exigieron realizar un control más estricto del color, y los colorímetros no poseían las características instrumentales necesarias para esto, por lo que quedaron rebasados para las aplicaciones requeridas o necesarias. Esto permitió  desarrollar equipos más complejos llegando a los  espectrofotómetros.

Los espectrofotómetros son instrumentos diseñados para medir colores capaces de determinar la reflectancia en cada longitud de onda, haciendo posible determinar la curva espectral de un color, algo comparable con la posibilidad de medir una huella digital, lo que los convierte en instrumentos muy precisos.

Desde la aparición de los primeros espectrofotómetros hasta nuestros días, estos han sufrido una importante evolución. Entre los adelantos o cambios más notables se podrían mencionar la resolución de sus mediciones y las fuentes de iluminación que utilizan. Antes de comenzar a explicar las principales ventajas y desventajas tecnológicas de las herramientas de medición de color (espectrofotómetros), es importante establecer las diferencias entre los diferentes sistemas ópticos utilizados en estos instrumentos, pues este tema todavía causa confusión a algunos usuarios.

Sistemas ópticos

Sistema de iluminación unidireccional (45/0 o 0/45)
Estos sistemas proporcionan iluminación desde una dirección. Con una geometría de 45/0, la superficie a medir es iluminada en un ángulo de 45 con un detector en un ángulo de 0 grados; con una geometría de 0/45 es la misma situación, sólo que a la inversa (figura 1 y2).
                                                                                
Los espectrofotómetros 45/0 y 0/45 son utilizados cuando se quiere que las diferencias en los valores obtenidos de las mediciones tengan correlación con lo que observamos visualmente.

Con este tipo de sistemas ópticos, el color se mide tomando en cuenta el brillo y la textura de la muestra, y cuando hay una diferencia en estas características, los valores arrojados por el instrumento serán diferentes.
En la figura 3, mostramos un ejemplo para entender mejor lo dicho en el párrafo anterior. Esta placa esta hecha del mismo material, pero tiene diferencias en la textura entre las dos zonas mostradas.
Si esta placa se mide con un espectrofotómetro 45/0 o 0/45 se obtendrán diferencias en las lecturas instrumentales porque el sistema tomará en cuenta la textura y la percibirá más obscura, tal como sucede con la visión de un humano.

Estos sistemas son principalmente utilizados cuando se requiere ensamblar componentes de un producto.

Sistema de esfera integradora de iluminación difusa
Estos  sistemas emplean una esfera integradora para iluminar las muestras  de modo uniforme desde todas las direcciones (una esfera integradora es un dispositivo esférico recubierto con un material blanco, casi siempre sulfato de bario para que la luz se difunda de forma uniforme). (Figura 4)

Los instrumentos con sistemas esféricos pueden ser utilizados en diferentes condiciones de medición:

1)SCE (Componente especular excluido)
2)SCI (Componente especular incluido)

El SCE es una imitación de la medición 45/0 ó 0/45

En el SCI el color es medido independientemente del brillo y la textura, por lo cual aunque existan diferencias en la muestras a medir  en la estructura o brillo de éstas,  si el color es el mismo los valores serán iguales

En este panel (figura 3 ) aunque el lado con estructura aparezca más oscuro si se mide con un espectrofotómetro d/8 con el SCI las diferencias serán de 0.Estos sistemas son principalmente utilizados para medir cambios de color por envejecimiento, para formular colores o medir producción, así como poder tintóreo entre muchas otras aplicaciones.

Como primero sería la resolución a la que los espectrofotómetros pueden efectuar sus lecturas. En el mercado existen equipos que pueden medir a cada 10 ó 20 nanómetros. Los nanómetros son las unidades de medición utilizadas para medir la longitud de onda de la luz.

Está de más mencionar que los instrumentos capaces de medir cada 10 nanómetros son más exactos en sus mediciones debido a que obtienen mayor información para analizar proveniente del objeto. Los instrumentos que miden con diferencias en la longitud de onda de 20 nanómetros ya son muy escasos, pero todavía existen algunos y  normalmente son utilizados en aplicaciones sencillas, tales como en la medición de materiales naturales (arenas, polvos, alimentos, etcétera)

Fuente de iluminación
Como segundo punto a considerar cuando se habla de ventajas y desventajas de los sistemas de medición de color,  y a nuestro juicio el más importante, sería la fuente de iluminación.La fuente de iluminación es el corazón del espectrofotómetro. Principalmente de la calidad de ésta depende la reproducibilidad de las lecturas instrumentales.

Para medir el color de un recubrimiento, el espectrofotómetro emite un haz de luz que choca con el objeto a medir y la luz que es regresada al instrumento es analizada por éste y transformada en valores numéricos, por lo tanto, si la luz que emite el espectrofotómetro tiene variaciones, por ende los valores que se obtengan de las mediciones también tendrán variaciones.

Las principales causas por las cuales una fuente de iluminación puede variar son: el decaimiento propio de la lámpara y la influencia de la temperatura del medio ambiente.

A través del tiempo se han utilizado diferentes fuentes de iluminación en los espectrofotómetros, actualmente sólo se utilizan tres tipos.

1)Tungsteno Halógeno
2)Xenón Pulsado
3)LEDS

Tungsteno Halógeno
Las lámparas de tungsteno halógeno fueron las primeras en aparecer en el mercado, aunque las que se utilizaron en un principio eran diferentes a las que hoy en día se usan. En un principio estas fuentes de iluminación requerían de un precalentamiento para poder funcionar adecuadamente, hoy en día esto ya no es necesario.

La fuente de iluminación de tungsteno halógeno tiene un buen comportamiento en relación con la temperatura del medio ambiente; los cambios de ésta no modifican de manera importante los resultados,  lo que permite trabajar a los usuarios con estos equipos no sólo en condiciones estrictas de laboratorio. Sin embargo, el mayor problema es el decaimiento que la lámpara sufre a través de su tiempo de vida, el cual normalmente es corto.

Las mediciones obtenidas con un espectrofotómetro con una lámpara de tungsteno halógeno van cambiando a través del tiempo, ya que estas fuentes de iluminación van perdiendo intensidad, por lo que las mediciones obtenidas al principio y al final de su vida, mostrarán una gran variabilidad. Esta situación se acentúa al final de la vida útil de una de estas lámparas y los valores obtenidos tienden a aparecer más obscuros. Esta situación se vuelve un poco más complicada cuando se requiere trabajar con múltiples instrumentos, sobre todo si el control de estos no lo tiene una sola persona, pues las mediciones entre uno y otro instrumento pueden variar considerablemente dependiendo del vida en el que se encuentre su lámpara.

En la práctica una alternativa de solución  a este problema se resuelve llevando un estricto control en el tiempo transcurrido entre cada cambio de lámparas del espectrofotómetro,  pues si ellas son cambiadas antes de que comience este decaimiento (aproximadamente cada año, en condiciones normales de uso) las diferencias en las lecturas serán menos significativas. Algunos argumentarán el  inconveniente del costo que esto genera y el tiempo que se deja de tener el aparato.

Xenón pulsado
Las fuentes de iluminación de Xenón pulsado mejoraron considerablemente la reproducibilidad en los datos o lecturas arrojadas por los espectrofotómetros, pues el tiempo de vida de este tipo de lámparas es mucho más largo que las de tungsteno halógeno y aunque también sufren un decaimiento con el paso del tiempo, su vida es aumentada aproximadamente al triple con relación a la de Tungsteno halógeno. El inconveniente de las lámparas de Xenón es que son mucho más sensibles a los cambios de temperatura, por tal motivo es más frecuente encontrar esta tecnología en lugares con condiciones similares a las de un laboratorio.

LEDS
ste tipo de iluminación es lo último en este tipo de tecnología utilizada en la medición de color. Este tipo de iluminación a ganado muchos adeptos con el paso del tiempo, pues no presenta los inconvenientes más comunes de las otras fuentes de iluminación.

Los LEDS son fuentes de iluminación que no tienen decaimiento, motivo por el cual las mediciones obtenidas en un espectrofotómetro con esta tecnología siempre son constantes. Los LEDS cuando pierden fuerza se funden.

El tiempo de vida de esta fuente de iluminación es muy larga, normalmente rebasa los 10 años. Por otro lado, a esta fuente de iluminación prácticamente no le afectan los cambios de temperatura del medio ambiente, por lo cual no sólo puede ser utilizada en condiciones de laboratorio sino también fuera de éste.

Por lo que hemos considerado en este artículo, podemos darnos cuenta de las ventajas instrumentales que ofrece un espectrofotómetro con una fuente de iluminación tipo LEDS. Podemos aspirar a tener menores coeficientes de variación, es decir, una mayor reproducibilidad de nuestros datos instrumentales y a la vez tener la ventaja de que las variaciones del medio ambiente, como serían temperatura, no afectarían  las mediciones de color.

Estas ventajas impactarían en un mejor control de calidad en color de los productos de la empresa, asi como una mayor flexibilidad en las condiciones de medición del instrumento.

*Gerente de Exacolor. [email protected]