રંગ અને રંગમાપન

રંગ અને રંગમાપન (colour, measurement of colour and colorimetry) : દૃદૃશ્ય પ્રકાશ માટેનું આંખનું સંવેદનાતંત્ર. રંગની સંવેદના : નેત્રપટલની અંદર આવેલ બે પ્રકારના કોષોને કારણે સંવેદના થાય છે. એક પ્રકારના કોષો  નળાકાર કોષો (rods) ઝાંખા પ્રકાશમાં સંવેદનશીલ હોવાથી, સંધ્યાસમયે અને ઝાંખા પ્રકાશમાં તેમની સંવેદના દ્વારા પદાર્થોને જોઈ શકાય છે; પરંતુ આ પ્રકારના બધા જ કોષોની વર્ણપટીય સંવેદનાનું સ્વરૂપ (spectral response) સમાન હોવાથી ઝાંખા પ્રકાશમાં પદાર્થનો રંગ જોઈ શકાતો નથી. વધુ તેજસ્વી પ્રકાશમાં એક અન્ય પ્રકારના કોષો – શંકુ આકારના કોષો (cones) કાર્યરત બને છે. આ પ્રકારના કોષોના ત્રણ પેટાવિભાગો હોય છે, જેમની વર્ણપટીય સંવેદનાનું સ્વરૂપ (spectral response curves) અલગ અલગ હોય છે. એક પેટાવિભાગના કોષો ~ 4,800 Å જેવી તરંગલંબાઈના ભૂરા રંગના પ્રકાશી તરંગો માટે મહત્તમ સંવેદના ધરાવે છે; બીજા પેટાવર્ગના શંકુકોષો ~ 5,200 Åની તરંગલંબાઈના (લીલા રંગના) પ્રકાશ માટે મહત્તમ સંવેદના ધરાવે છે અને ત્રીજા પેટાવર્ગના કોષો ~ 7,000 Åની તરંગલંબાઈ પર રાતા રંગના પ્રકાશ માટે મહત્તમ સંવેદના ધરાવે છે. આ કારણથી જ્યારે તેજસ્વી પ્રકાશમાં પદાર્થને જોવામાં આવે છે ત્યારે પદાર્થ દ્વારા પરાવર્તિત પ્રકાશ પદાર્થ પર આપાત થતાં પ્રકાશના વર્ણપટીય સ્વરૂપ અને પદાર્થની વર્ણપટીય પરાવર્તકતા (spectral reflectance) અનુસાર ઉપર્યુક્ત ત્રણ પ્રકારના શંકુ-કોષોને કારણે ત્રણ અલગ અલગ સંવેદના ઉદ્ભવે છે. આ ત્રણ સંવેદનાઓના પરસ્પર પ્રમાણને આધારે જોનારનું જ્ઞાનતંત્ર પદાર્થનો રંગ અનુભવે છે. આમ જોનાર જે રંગનો અનુભવ કરે છે, તે એની આંખ દ્વારા ઝિલાતા પ્રકાશની તેજસ્વિતામાં વિવિધ તરંગલંબાઈ પરની વહેંચણી (spectral distribution) ઉપરાંત આંખના સંવેદના-તંત્રના સ્વરૂપને કારણે છે. જો કોઈ ભિન્ન પ્રકાશના સ્રોતો દ્વારા મળતા પ્રકાશને કારણે આંખમાં ઉદભવતી ઉપર્યુક્ત ત્રણ સંવેદનાઓનું પરસ્પર પ્રમાણ સરખું હોય તો તે સ્રોતો સમાન રંગ ધરાવતા જણાય.

આ હકીકતનો ઉપયોગ કરીને વ્યવહારમાં પૂર્વનિર્ધારિત રંગોનું સર્જન કરી શકાય છે. યોગ્ય પ્રમાણોમાં ભૂરા, લીલા અને રાતા રંગના પ્રકાશના મિશ્રણ દ્વારા કોઈ પણ રંગ આ જ કારણે મળી શકે છે. આમ આ ત્રણ રંગોને રંગના મૂળ ઘટકો કે મૂળ રંગ કહી શકાય. અત્રે એક વાત ખાસ ખ્યાલમાં રાખવાની કે ઉપર્યુક્ત વિધાનમાં ‘મિશ્રણ’નો અર્થ ‘ઉમેરો’ (addition) થાય. ન્યૂટનના રંગચક્રના પ્રયોગમાં ત્રણ જુદા જુદા રંગ ધરાવતી ઝડપથી ફરતી તકતી દ્વારા પ્રાપ્ત થતો પ્રકાશ જોનારની આંખમાં ઝડપથી ત્રણ સંવેદનાઓ સર્જે છે. એટલે આપણી આંખનું સંવેદના-તંત્ર તેમનો ઉમેરો અનુભવે છે અને તેથી જોનાર મિશ્રણનો રંગ અનુભવે છે. આથી વિરુદ્ધ જ્યારે કાગળ ઉપર પીંછીથી રંગો કરવામાં આવે, ત્યારે તે રંગોનો ઉમેરો થતો નથી, પરંતુ બાદ્બાકી થાય છે. ઉમેરા દ્વારા સર્જાતા રંગ additive colours કહેવાય છે, જ્યારે બાદબાકી દ્વારા સર્જાતા રંગ subtractive colours કહેવાય. બાદબાકી દ્વારા શ્યામ રંગ સર્જી શકાય, પરંતુ શ્વેત રંગ ન સર્જી શકાય.

રંગનું સર્જન અને માપન : ઉપર દર્શાવેલ પ્રણાલીનો ઉપયોગ કરીને રંગના માપન તથા નિર્ધારિત રંગના સર્જન માટે ચોક્કસ પદ્ધતિ વિકસાવાયેલ છે, જે ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રમાં ઘણી જ મહત્ત્વની ગણાય છે.

રંગની માપન-પદ્ધતિમાં કોઈ પણ રંગના પ્રકાશ દ્વારા સર્જાતી ત્રણ વર્ણપટીય ભિન્નતા દર્શાવતી સંવેદનાઓ(responses)ની ગણતરી કરવામાં આવે છે. આ સંવેદનાઓનાં વર્ણપટીય આલેખન (spectral response curves) સ્વરૂપ CIE (Commission International dt Eclairage) નામે ઓળખાતી એક આંતરરાષ્ટ્રીય સમિતિ દ્વારા નક્કી કરાયેલ છે, અને તે સરેરાશ માણસની આંખના નેત્રપટલમાં આવેલા ત્રણ પ્રકારના શંકુકોષોની વર્ણપટીય સંવેદનાઓને અનુરૂપ હોય છે. જ્યારે કોઈ પદાર્થ પ્રકાશનું પરાવર્તન કરે, ત્યારે આ પરાવર્તિત પ્રકાશ માટે સરેરાશ આંખમાં સર્જાનાર ત્રણ સંવેદનાઓ ગણી કાઢી શકાય. આ રીતે ગણાયેલ ત્રણ સંવેદનાઓ, તે પદાર્થની tristimulus values કહેવાય અને તેને X, Y અને Z યામો તરીકે દર્શાવાય છે. આ tristimulus values X, Y, Zને વર્ણયામો (colour co-ordinates) પણ કહેવાય છે અને તે આ પદાર્થની પ્રકાશનું પરાવર્તન કરતી સપાટીના રંગનું માપ દર્શાવે છે. દેખીતું છે કે આ રીતે જણાતો રંગ, પદાર્થની સપાટીની વર્ણપટીય પરાવર્તકતાના સ્વરૂપ ઉપરાંત તેની ઉપર આપાત થતા પ્રકાશના વર્ણપટીય સ્વરૂપ પર પણ આધાર રાખશે. જો કોઈ બે સપાટીઓની વર્ણપટીય પરાવર્તકતા અલગ હોય, પરંતુ કોઈ સ્રોતના પ્રકાશની અસર નીચે તેમના વર્ણયામો સરખા થાય તો તે પ્રકાશમાં બંને સપાટીઓ સરખા રંગની જણાશે; પરંતુ અન્ય વર્ણપટીય સ્વરૂપના સ્રોતના પ્રકાશમાં તે બંને સપાટીઓની tristimulus values અલગ પડી જઈ શકે અને તે સપાટીઓ અલગ અલગ રંગની જણાય. આ ઘટનાને વિખંડાવસ્થા (metamerism) કહે છે. આ જ કારણથી રંગીન સાડી જેવી વસ્તુની ખરીદી દરમિયાન, તેનો રંગ દિવસના પ્રકાશમાં ચકાસવો હિતાવહ ગણાય છે.

પદાર્થની સપાટી દ્વારા પરાવર્તિત પ્રકાશને કારણે આંખ દ્વારા અનુભવાતો રંગ, પદાર્થની પરાવર્તકતા ઉપરાંત પ્રકાશના સ્રોતના પ્રકાર ઉપર પણ આધાર રાખતો હોવાથી, ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રે રંગના માપન માટે CIE સમિતિએ નિર્ધારિત સ્રોત પણ નક્કી કરેલ છે, જેનું વર્ણપટીય સ્વરૂપ સરેરાશ દિવસના પ્રકાશને અનુરૂપ હોય છે. આવા સ્રોતને પ્રમાણભૂત પ્રદીપક (standard illuminant) કહેવાય.

આંખ દ્વારા અનુભવાતો રંગ X, Y, Z યામો પર નહિ, પરંતુ તેમના પરસ્પર પ્રમાણ પર આધારિત છે. આ કારણથી tristimulus values પરથી રંગના યામ (chromaticity co-ordinates) ગણી કઢાય છે, જેનાં મૂલ્ય અને છે. આંખ દ્વારા પારખી શકાતા વિવિધ રંગો માટેના આ x, y યામ જે આકૃતિ રચે તેનું સ્વરૂપ આકૃતિમાં દર્શાવ્યું છે; અને આ આકૃતિ રંગાકૃતિ એટલે કે chromaticity diagram તરીકે ઓળખાય છે. એને Maxwellના colour triangle તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.

રંગાકૃતિના ત્રિકોણાકાર વિસ્તારની અંદરના વિસ્તારમાં આવેલ યામો માટે જોનારની આંખ રંગનો અનુભવ કરે છે. આકૃતિની વક્રાકાર ઉપરની સીમા પર આવેલ રંગો નિશ્ચિત તરંગલંબાઈના પ્રકાશ દ્વારા સર્જાતા રંગો હોય છે, જે pure spectral colours કહેવાય. અંદરના વિસ્તારના રંગો મિશ્રણના રંગો હોય છે. જાંબલી (~ 4000 Å) અને ઘેરા રાતા (~ 7000 Å)ને જોડતી રેખા પરના રંગો આ બે તરંગલંબાઈના પ્રકાશની વિવિધ માત્રા દ્વારા સર્જાતા રંગો છે, જે મોરપીંછ રંગથી શરૂ કરીને દાડમિયા રંગ જેવા જણાય.

ઉપર્યુક્ત સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરીને, વિવિધ પ્રકારનાં ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનો, જેવાં કે કાપડ, પ્લાસ્ટિક ઇત્યાદિને dye પ્રકારનાં રસાયણોનો યોગ્ય પ્રમાણમાં ઉમેરો કરીને પૂર્વનિર્ધારિત આકર્ષક રંગો આપી શકાય છે અને આ માટે કમ્પ્યૂટરનિયંત્રિત ઉપકરણો વિકસાવાયેલ છે; જે ઉત્પાદન દરમિયાન જ tristimulus values માપીને, વપરાતા dye ઘટકોનું પ્રમાણ નિયંત્રિત કરે છે.

માણસની આંખમાં ત્રણ પ્રકારના શંકુકોષો હોવાથી તેની રંગાનુભૂતિ ત્રિપરિમાણીય છે. ગાય, ભેંસ જેવાં કેટલાંક પ્રાણીઓને ફક્ત બે જ પ્રકારના શંકુકોષો હોવાથી તેમની રંગાનુભૂતિ દ્વિપરિમાણીય અને માણસની સરખામણીમાં ઘણી સીમિત હોય છે; જ્યારે મધમાખીની આંખમાં ચાર પ્રકારના શંકુકોષો હોવાથી તેની રંગાનુભૂતિ માણસ કરતાં પણ વધારે વિસ્તૃત હોય છે ! કેટલાક નેત્રપટલની ક્ષતિવાળા માણસોને ફક્ત બે જ પ્રકારના શંકુકોષો હોવાથી તે રંગોનું ફલક સીમિત પ્રમાણમાં જ અનુભવે છે. આવા માણસને અંશત: રતાંધળો (partially colourblind) કહેવાય છે.

રંગમિતિ (colorimetry) : રસાયણવિજ્ઞાનમાં colorimetry નામે ઓળખાતી એક મહત્ત્વની વિશ્ર્લેષણ(analytical)-પદ્ધતિ છે, જેને વાસ્તવમાં રંગમાપન સાથે કોઈ જ સંબંધ નથી. આ પદ્ધતિમાં, કોઈ પણ નમૂનામાં અલ્પ માત્રામાં સંમિશ્રિત અન્ય તત્ત્વનું પ્રમાણ, તે તત્ત્વના યોગ્ય પ્રકારના રાસાયણિક સંયોજન દ્વારા, વર્ણપટના નિશ્ચિત વિસ્તારમાં થતા પ્રબળ શોષણના પ્રમાણ પરથી તારવવામાં આવે છે. પદાર્થના નમૂનામાં રહેલ મિશ્રિત તત્ત્વને સૌપ્રથમ યોગ્ય રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા, વર્ણપટના કોઈ નિશ્ચિત વિસ્તારમાં પ્રબળ શોષણ ધરાવતા કોઈ સંયોજનના સ્વરૂપમાં ફેરવવામાં આવે છે; અને ત્યારબાદ તે સંયોજનના નમૂના દ્વારા વર્ણપટના તે વિસ્તારમાં પ્રકાશના શોષણનું થતું પ્રમાણ માપીને, નમૂનામાં મિશ્રિત તત્ત્વનું પ્રમાણ તારવવામાં આવે છે. આ પ્રકારની પદ્ધતિથી લાખથી પણ ઓછા પ્રમાણમાં રહેલ મિશ્રિત તત્ત્વનું અસ્તિત્વ અને પ્રમાણ જાણી શકાય છે. આ colourimetric પદ્ધતિનું સરળ ઉદાહરણ, ડાયાબિટીસની ચકાસણી માટે મૂત્રના નમૂનામાં શર્કરાનું પ્રમાણ તારવવાની રીત છે. આ પ્રકારના વિશ્ર્લેષણમાં વપરાતાં ઉપકરણો colorimeter કહેવાય છે.

જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ