Colorímetro: el identificador de colores y matices

El Colorímetro es un instrumento empleado a la hora de medir los colores de una manera completamente objetiva y eficaz. En el artículo de hoy, abordaremos todo lo relacionado con esta herramienta, desde su historia hasta sus aplicaciones en la actualidad.

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¿Qué es un colorímetro?

Ante la necesidad de medir el grado de los tonos de los colores, es de vital importancia hacerlo de la manera más objetiva posible, sin añadir ningún tipo de juicio externo de parte del observador. Para esta labor es necesario emplear ciertos tipos de instrumentos, entre ellos destaca el Colorímetro.

Medir y calcular las dimensiones y cantidades de los objetos es de gran relevancia, puesto que sirve de base para el desarrollo de diversos elementos en el entorno. De una misma manera sucede con el color, esto es algo que está presente en el día a día de cada persona, pero que no es viable detectarlo solo a través del ojo de un individuo.

El ojo humano, a pesar de que puede ser muy efectivo para observar y valorar ciertos objetos, ante el color presenta un desafío debido a que las tonalidades pueden estar alteradas por distintos factores del ambiente, como lo es la luz.

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Es por este motivo que se precisó elaborar un instrumento que pudiera estar libre de este sesgo ambiental para ofrecer datos precisos de todo lo que conlleva el color.

El colorímetro es un instrumento de medición diseñado con el fin de evaluar el color en todas sus variedades y tonos. En la actualidad existe una variedad de colorímetros que han sido modificados para llevar a cabo tareas específicas para esta área. Por ejemplo, los colorímetros de trasmisión fueron desarrollados con el objetivo de calcular qué tan concentrado está un componente químico del color.

Siguiendo con esta línea de ideas, también abundan los colorímetros que están diseñados para evaluar los colores en productos u objetos que son opacos, como los plásticos, pinturas, metales, cerámicas, entre otros. Asimismo existen otros tipos que sirven para dar ciertos ajustes a las fuentes de luz o calibrar monitores.

Origen del colorímetro

Desde hace muchos años atrás se conoce la existencia de sustancias con colores, que al mezclarse con otras forman nuevas tonalidades. Por mucho tiempo los expertos en la transformación de metales conocidos como alquimistas, estudiaron las diferentes sustancias que empleaban en sus laboratorios y detectaron la necesidad de medir las cantidades disueltas en sus experimentos, para conocer de esta manera con qué tipo de químicos estaban trabajando.

Con el fin de dar respuesta a esto, diseñaron varios artefactos para realizar los análisis y así poder determinar los tipos de sustancias. No obstante, durante el proceso notaron que cada sustancia tomaba un color distinto al emplear un método específico para cada una, es decir, estaban diseñando colores y la intensidad de sus tonos estaba relacionada con la cantidad de sustancia que implementaban en el proceso.

A raíz de estos descubrimientos no solo los alquimistas empezaron a interesarse en el color, se vieron involucrados también los químicos y físicos de la época, quienes empezaron a desarrollar instrumentos para medir el color. Entre estos el más reconocido fue el colorímetro de Duboscq, quien lo implementó para poder medir el color con diferentes alturas de las muestras, de esta manera obtenía una respuesta basada en el patrón de la misma.

Ante la ausencia de los microscopios, la luz venía dada por el sol que se reflejaba en un espejo. Muchos de los instrumentos que conocemos hoy en día se desarrollaron a partir de este principio, desde los más sencillos aparatos ópticos hasta los más complejos instrumentos para la medición.

Con la llegada de la electrónica a la época, se fueron añadiendo otros elementos a los diseños para volverlos más precisos, entre ellos las fotocélulas como un reemplazo del ojo humano, puesto que estas responden mejor al cambio de luz. La integración de estos dispositivos hizo que el desarrollo de los instrumentos fuera más fácil y rápido, como por ejemplo los autoanalizadores químicos que hoy en día realizan todas las labores de una persona en el laboratorio.

A continuación, ahondaremos un poco más en los orígenes de los distintos colorímetros que han existido, los cuales han sido diseñado por distintos científicos de la época.

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Decolorímetro de Payen

En el año 1822 Anselm Payen diseñó el conocido decolorímetro, cuya función esencial consistía en medir el poder que tiene el carbón para decolorar. La idea fundamental del científico consistía en emplear un único cilindro que tuviera doble observación y que pudiera desplazarse en la superficie. A medida que el cilindro ubicado en la parte externa del instrumento se movía, la parte interna lo hacía también, por lo que la porción de muestra situada en el interior variaba en cuanto a su espesor.

Colorímetro de Collardeau

Un fabricante de utensilios de precisión para laboratorios conocido como Felíx Collardeau en el año 1836 realizó su propio diseño del instrumento, tomando como inspiración y base el modelo anterior nombrado, con la diferencia de tener doble cilindro, por lo que se podían hacer la observaciones de dos muestras. El autor creó este diseño con el fin de dar algunas soluciones a las debilidades del modelo de Payen.

No obstante, este instrumento posee un problema que no presentaba su antecesor, para este modelo era imposible realizar el agregado continuo del líquido para su posterior estudio. Esto se debía a que el funcionamiento interno del aparato estaba hecho para la evacuación de la sustancia al realizar el desplazamiento de uno de los cilindros. Sin embargo, vale acotar que esta independencia en el movimiento de los cilindros era un punto clave que no estaba planteado en el modelo de Payen.

Colorímetro de Muller 

Al llegar el año 1853, el químico sueco Alexander Muller construyó un nuevo modelo para el colorímetro. El objetivo central de este diseño según lo argumenta el químico, era realizar las mediciones por medio de un balanceo de los colores complementarios por el que se acercaba al blanco.

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Por lo tanto, el funcionamiento de este instrumento consistía en lo siguiente: se empleaban dos muestras de la misma solución pero en diferente cantidad de concentración, esto se debía a que se necesitaban emplear diferentes situaciones ópticas para que su cambio físico resultara en el color blanco.

Colorímetro de Stammer

El alemán Carl Stammer en el año 1861 realizó su propio colorímetro destinado a hacer análisis sobre la coloración del azúcar en las remolachas. Para este modelo el científico tomó inspiración del diseño creado por Pyen, con la diferencia de añadir un segundo tubo ocular en donde se coloca la sustancia a observar. Diez año luego de este diseño, este modelo fue denominado ”Cromoscopio”, dándole una mejor versión actualizada por parte del científico irlandés Greiner.

Sin embargo, años después el químico Carl Engler realizó ciertas modificaciones a la segunda versión de este instrumento con el fin de emplearlo en la medición y cálculo de la coloración del petróleo, lo cual no representaba una rareza, dado que fue en esta época cuando empezó el auge por poder conseguir y explorar esta sustancia natural. No obstante, ya otro químico había desarrollado su propio colorímetro para este fin común.

Siguiendo con esto último, R.P. Wilson diseñó su propio instrumento para poder dar con resultados eficaces a la hora de evaluar la coloración del petróleo. A pesar de esto, los procedimientos en ambas versiones resultan ser prácticamente los mismos, se emplean dos muestras (la de referencia y la del estudio), se disponen en una lamina de cristal a comparar y se determina su espesor y coloración.

Colorímetro de Dehms

Ahora nos centraremos en el colorímetro de Dehms que fue diseñado en el año 1864. Este instrumento consta de dos tubos cilíndricos que se mueven en simultáneo, en uno de ellos se vierte el agua, y el vidrio de color que se encuentra ubicado en la parte inferior de este actúa como un filtro, mientras que en el otro tubo se añade la muestra que se pretende estudiar.

Cuando ambos tubos se desplazan la muestra líquida del estudio se ve afectada, por lo que su coloración aumenta en intensidad, mientras que en el tubo con agua no se altera puesto que no existe ninguna sustancia que haga que su color se vea afectado. Al medir los filtros implementados en los experimentos, se pueden obtener las soluciones diluidas de las muestras y así formar un patrón familiar de colores.

Colorímetro de Duboscq

El último modelo del colorímetro que presentaremos como parte de su historia es el diseñado por el químico Duboscq, el mismo es considerado como la unificación de todas las versiones anteriores y los previos, que no fueron tan relevantes hasta 1868. Lo conforman dos tubos cilíndricos y dependiendo de la posición de cada uno, el espesor de la sustancia se verá afectada en su intensidad, al mismo tiempo esta será atravesada por una luz que se proyecta en un espejo ubicado en la base del instrumento.

Al salir al mercado este modelo tuvo un gran auge, por lo que se le hicieron innumerables versiones novedosas. Una de estas fue sacada en 1879 por el farmaceuta alemán H.C Wolff, quien extrajo el sistema mecánico de la primera versión y lo sustituyó por un sistema de evacuación de líquidos integrando recipientes de contenedores.

Características

De manera general, este tipo de instrumentos cumplen con la función de dar una medición fiel de la intensidad y tonalidad del color, y para llevar a cabo este fin se toman los valores encontrados, de modo que la información proporcionada sea más objetiva.

Como se sabe existen varios modelos de colorímetros, no obstante, todos poseen las mismas características esenciales para calcular la tonalidad del color. A continuación, veremos con más detalle las tres cualidades más importantes en todas las versiones de este instrumento:

  • Todos cumplen un fin común, que consiste en obtener resultados fieles y precisos sobre la intensidad y tonalidad del color.
  • En todas las versiones de este instrumento se puede encontrar una lámpara que proyecta un rayo de luz sobre un objeto en particular, como es esencial para que el aparato perciba el color, esta cualidad se conoce como la iluminación requerida.
  • Para que un colorímetro funcione de manera correcta, es vital que la muestra que se desea colocar en él esté bien posicionada y que logre encajar con la muestra que se ha extraído de referencia.

Aunque no es de las características más importantes, este instrumento también posee la cualidad de realizar comparaciones de colores, para esto lo que se debe hacer es tomar diferentes tipos de muestras y proceder a establecer sus valores por descarte.

Fotocolorímetro

El fotocolorímetro es un instrumento derivado del colorímetro. El mismo es empleado por el ámbito químico para conocer la concentración de distintas sustancias disueltas en forma líquida o sólida, siempre y cuando sean traslúcidas ante la luz visible, como la ultravioleta o infrarroja, y así medir y comparar sus colores. Este instrumento se emplea en la ciencia de la fotocolorimetría, la cual está basada en las leyes de la física.

Para poder determinar las mediciones del color, la muestra debe ser introducida en el instrumento y luego ingresar aquella muestra que servirá de referencia para comparar. Luego se medirá la cantidad de color de cada una y dependiendo de la relación entre ellas, se dará con la concentración de la muestra estudiada. Se entiende como concentración a la cantidad de sustancia que es expuesta en un disolvente.

Este artefacto proyecta luz sobre la muestra y consta de un sistema electrónico para controlar la cantidad de luz que pasa. Dicha luz debe ser lo más monocromática posible, es decir, que sea de un solo color. Para lograr esto, el instrumento posee filtros ópticos que son los encargados de las modificaciones.

Las sustancias empleadas en los estudios son colocadas en unos depósitos especiales que se encuentran integrados al fotocolorímetro, la luz pasa a través de ellos y se debe tener en cuenta que ambas muestras deben estar colocadas a la misma altura.

Este instrumento es muy parecido al espectrofotómetro (del cual hablaremos más adelante) con la diferencia de que en este último se emplean más diversidad de colores de forma continua, mientras que el fotocolorímetro lo hace de manera concreta, paso por paso. Algo importante para ambos instrumentos es que el color de la luz que traspasa a las dos muestras debe corresponder con su color complementario, es decir, por el que también están conformadas.

De manera general, casi todo análisis de sangre, tierra, materiales metalúrgicos o líquidos se realiza con algunos de los dos instrumentos mencionados, que pueden ser manuales o automáticos.

¿Para qué sirve el colorímetro?

Como bien se ha explicado antes, el colorímetro está orientado al estudio del color, en específico a determinar la intensidad y matices de un color manifiesto en una sustancia.

De igual manera sirve para comparar los cálculos obtenidos de un color con la información de otro, para crear un patrón. Esta función del instrumento resulta útil para aquellas industrias que están dedicadas a elaborar productos como cosméticos, pinturas, entre otros, haciendo posible que mantengan un nivel de calidad alto para todos los implementos que deseen desarrollar.

¿Cómo funciona?

Aunque a simple vista parezca que este instrumento no posee algún tipo de relevancia en la ciencia, lo tiene y sobretodo para el estudio de la colorimetría, que es la encargada de investigar a profundidad todo lo relacionado con el color.

A la hora de emplear este artefacto no existe ninguna dificultad. Este posee una muestra de luz, la cual puede ser el resultado de un reflejo o estar siendo emitida por el mismo instrumento y es la responsable de determinar el valor que posee la sustancia colorida puesta en él. Una virtud de este instrumento es que resulta mucho más fiable y preciso cuando se trata de cuantificar el color, además de que posee un bajo costo y es práctico.

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En otras palabras, el colorímetro tiene la función de determinar el color al asignarle un valor numérico, lo que permite separarlo por categorías y asignarlo a la escala adecuada dependiendo de su gradiente de tono.

Usos de este instrumento

Las mediciones que se obtienen utilizando este instrumento tienen una gran cantidad de usos, como: asignarle una valoración a la percepción del color de un individuo; contribuir a la elaboración de aparatos electrónicos como tabletas, teléfonos y computadores; además ayuda a la reproducción de colores en las empresas de autos.

Asimismo, este instrumento es usado en el ámbito de la investigación para detectar si alguna sustancia química posee cromóforos, que es la parte de la molécula que determina su coloración. No obstante, cabe destacar que para el estudio de la colorimetría existen otras técnicas válidas aunque menos precisas que el colorímetro.

Estos lectores del color tienen una función determinada en las industrias que se dedican a elaborar productos de alimentos, juguetes, textiles, cosméticos y más. Hoy en día, estos diseños son especialmente utilizado dentro del mundo de las industrias gráficas e impresión digital, en la elaboración de productos como etiquetas para envases, embalaje, propaganda y ayudando a determinar la calidad de las presentaciones.

Tipos de colorímetros

Como todos los instrumentos de laboratorio que existen en el mundo, hay diversos tipos de colorímetros y cada uno de estos cumple una función especial para el estudio del color. En este apartado incluimos los modelos más relevantes que han sido empleados durante años y la actualidad.

Cada uno de los colorímetros que se expondrá posee una función específica, a pesar de que el objetivo general de todos ellos sea medir el color. Todos cumplen con esa función básica pero en situaciones ambientales específicas diferentes, para las que han sido ideados sus diseños y aplicaciones.

Colorímetro Tristimulus

Este tipo de colorímetro es empleado con el fin de medir el color en las imágenes que se encuentran en formato digital, esto se debe a que la medición que se realiza debe estar orientada al tipo de luz que desprenden las imágenes, en este caso serían los monitores, lámparas y pantallas.

Una vez realizada la recogida de datos de dichas imágenes, el instrumento hace un perfil y modifica los dispositivos en los que se proyectan las imágenes. Las cantidades que pueden calcularse utilizando este modelo se aproximan a los valores obtenidos por los tres colores primarios (amarillo, rojo y azul), los mismos se utilizan como muestras de referencia para realizar las comparaciones con los demás colores.

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Densitómetro

El densitómetro tiene como finalidad medir la densidad de la luz que traspasa por las sustancias. Dicha densidad está caracterizada por la cantidad de oscuridad que posea la película o la imagen impresa.

Al imprimir una imagen los pigmentos de ella, es decir la sustancia que le atribuye el color, realizan un bloqueo de la luz de manera natural. Los individuos que se dedican a la industria del diseño gráfico emplean los densitómetros para poder tener control de los colores que se utilizarán para las impresiones que se vayan a realizar.

Espectrorradiómetro

Este instrumento es empleado para asignar un valor numérico a la distribución de la densidad espectral que emite la luz, es decir, emite información acerca de cómo se va distribuyendo la luz sobre una superficie, y de esta manera mide también la intensidad del color.

En líneas generales, este tipo de modelos son empleados para poder analizar la iluminación en un tipo de producción, no obstante también es empleado para poder realizar un control de calidad. Otro uso que se le da a este artefacto es medir la fuente de luz que recibe el recibe el cliente en el producto y poder hacer calibración de las pantallas de cristal con vienen con líquido integrado, como por ejemplo los televisores o las laptops.

Espectrofotómetro

Este tipo de instrumento se encarga de las propiedades de reflexión del color, es decir, la capacidad que tiene este para absorber la luz. Para poder realizar esta tarea, el instrumento emplea funciones sobre las longitudes de las ondas de luz, es decir, su desplazamiento en la superficie.

Esta herramienta no requiere la valoración de una persona y es mucho más difícil de emplear que un colorímetro común. El empleo de este instrumento se basa de manera general en la creación del color, la investigación y el desarrollo de la industria.

Importancia

Como ya se ha mencionado, este instrumento cumple con la labor de determinar el color en todos sus matices y tonos, además de identificarlo de manera específica durante un estudio. La importancia que posee este artefacto radica en que permite valorar la cantidad de absorción de luz en el color.

Gracias a este instrumento se puede asignar un valor real a las distintas tonalidades de un color y posteriormente realizar comparaciones con otros. De igual manera, este valor numérico le permitirá al observador categorizarlo de manera correcta de acuerdo a su intensidad.

Todo el proceso que se lleva a cabo viene dado por la definición universal que posee el color y la dificultad que presenta realizar un estudio objetivo, basándose en el juicio ocular de un individuo.

Todos los colores que se pueden encontrar en el entorno poseen sus propias tonalidades, intensidades y gradientes, que se pueden apreciar de manera distinta dependiendo de la superficie u objeto en donde se encuentren. Desde hace muchos años, el hombre siempre se ha sentido cautivado por el color y tanto ha sido su interés que hoy es posible realizar estudios complejos y profundos sobre este.

Poder calcular las variedades del color a través del colorímetro se ha convertido en una práctica muy requerida en el mundo, sobretodo en las industrias. Los datos que se obtienen luego de su estudio han sido de gran ayuda para el desarrollo de nuevos diseños y productos de las empresas en la actualidad.

Ventajas y desventajas del instrumento

Habiendo conocido todo lo relevante sobre este instrumento, como su historia, funcionamiento y la importancia que desempeña en la actualidad, resulta apropiado exponer a continuación las ventajas y desventajas del mismo.

Ventajas

  • Simplicidad de diseño: De manera general, este instrumento no posee dificultad alguna con respecto a su empleo al igual que su mantenimiento, en realidad muchos modelos de este se pueden transportar a cualquier parte.
  • Costos materiales: Las muestras que se depositan en el instrumento tienden a ser muy pequeñas, no obstante, si las sustancias que se van a estudiar tienen un alto costo, es recomendable que el líquido para diluirlas sea el agua.
  • Tiempo consumido: Muchas pruebas de laboratorio tienden a tardar algunos minutos e incluso horas en realizar los análisis de sus muestras. Sin embargo, esto no ocurre con el colorímetro, el tiempo que se tarda en realizar todo el proceso no supera unos cuantos minutos.
  • Curva de aprendizaje:Ya que este instrumento se caracteriza por ser de fácil empleo, cualquier persona puede manejarlo sin tener un conocimiento extenso o básico de la materia. Pueden haber algunas instrucciones que requieran de la ayuda de un experto pero nada que sea lo suficientemente grave para que no lo pueda emplear el individuo promedio.

Desventajas

  • Una de las desventajas de este instrumento se basa en la Ley de Beer, esta indica que la absorción que pueda realizar un color es completamente independiente a la cantidad concentrada del mismo, es decir, que el color absorberá la luz en cualquier cantidad que se tome como muestra.
  • Este instrumento utiliza también las variaciones de la temperatura. No obstante, se ha demostrado que dichas variaciones no poseen algún tipo de efecto principal en el color, solo da efectos secundarios muy escasos. Es decir, la concentración del color no variará mucho si se le aumenta o disminuye su temperatura.
  • Existen factores externos que pueden provocar que la absorción de la sustancia varíe de manera importante. Una de las principales alteraciones de este proceso viene dada por los mismos elementos por los que están compuestos los colores, que si se combinan ocasionarán alteraciones que afectarán al experimento.

Ha sido todo por el artículo de hoy. Esperamos que la información proporcionada le fuera de gran utilidad. Le hacemos la invitación a leer también: Espectrómetro de masa y Rayos Gamma

Otras mediciones que se pueden hacer:

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