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Ensaios Físico-Químicos e Análises Sensoriais: Colorimetria

16 e 17 de Outubro de 2006

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Dificuldades Inerentes às Análises Sensoriais

• Para realização de análises sensoriais, procura-se tornar reprodutíveis as condições de ensaio e usar metodologias que facilitem a avaliação sensorial e os tratamentos de resultados. Apesar disso, a avaliação sensorial é morosa, exige o envolvimento de muito pessoal e é subjectiva.

• Há vantagem em desenvolver métodos de ensaios físico-químicos que possam ser alternativa ou complemento dos exames organolépticos.

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Aspecto

• O aspecto (visual) é muito importante na avaliação duma amostra. Por outro lado, a teoria e medição de cores está bastante estudada pelo que começaremos por estes temas.

• O aspecto é o conjunto das propriedades visíveis de uma substância ou produto e há que considerar:– Dimensões.

– Formas.

– Cores do objecto.

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Alternativas às Análises Sensoriais: Aspecto

• Medição de dimensões em laboratório ou no controlo em linha. (ex.: medição de área em indústria de curtumes).

• Detecção de defeitos (exemplo: poros em filmes de plástico).

• As condições de operação devem ser bem escolhidas no sentido de não haver excesso de rejeições ou passagem não detectada de produtos defeituosos (exemplo: linhas de engarrafamento).

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A Percepção pelo Cérebro• Nesta altura, vale a pena fazer um comentário acerca da percepção

pois a observação visual torna mais fácil a chamada de atenção para alguns mecanismos de percepção (tratamento de informação) pelo cérebro.– Atenção ao que está em primeiro plano ou em plano de fundo.– Adaptação sensorial– Compressão de informação e codificação

• Relativamente à percepção, deve notar-se que, na observação, há características notáveis do objecto observado que vão ser transmitidas ao cérebro. Na nossa interpretação vamos considerar uma “visão” de conjunto e estabelecer uma imagem com todas essas características.Como exemplo de “distorção” intencional de imagens pode considerar-se a representação em perspectiva.Por vezes, há ilusões e/ou dificuldades de interpretação. Ex.: o “triângulo impossível”

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Apreciação Visual e Designações

• Além da subjectividade na apreciação visual de cores, há dificuldade de estabelecer designações comuns a muitos observadores especialmente quando a cor é designada com duas palavras (ex.: amarelo esverdeado ou verde amarelado).

• Na observação de líquidos há que ter em atenção o recipiente. Nos sólidos há grande influência do estado divisão e da superfície do objecto observado. Por exemplo, o brilho está relacionado com a reflexão de luz na superfície do objecto observado.

• Objecto: Transparente, translúcido ou opaco.

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Cor• Cor é a sensação produzida pela estimulação da

retina por ondas luminosas de comprimento de onda variável.

• Neste curso, não se discutirá a apreciação de luz emitida embora haja aplicações importantes como as lâmpadas e os monitores de computador ou televisão.No entanto, será discutida a iluminação usada para observação visual pois para observar objectos é muito importante a iluminação utilizada (iluminante) para a observação visual de cores.

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Espectros de Absorção

• Nos estudos de espectroscopia, são muito utilizados os espectros de absorção:– Espectros de absorção de soluções.– Espectros de reflectância difusa de sólidos.

• Estas representações gráficas de absorvência em função do comprimento de onda (ou número de ondas ou frequência) embora sejam rigorosas e objectivas, dificilmente se podem relacionar com as noções intuitivas que temos das cores.

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Colorimetria

• Em Colorimetria vão ser feitos ensaios para uma avaliação tanto quanto posível objectiva das cores.

• Será de procurar definições quantitativas que correspondam às expressões intuitivas e correntes de cores e poderão usar-se como ferramentas:– Padrões para comparação que podem aplicar-se de

modo simples (tipo paleta de cores) ou com aparelho que facilita a comparação (por exemplo o colorímetro Lovibond).

– Colorímetros que permitem quantificação de cor.– Espectrofotómetros: permitem traçar espectro visível.

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Teorias de Cores• Antes de avançar para os tratamentos quantitativos das

cores interessa referir:– Teoria tricromática de Young-Helmoltz: as cores

podem obter-se a partir de 3 cores primárias (Componentes tricromáticas).

– Teoria das cores opostas de Hering: a percepção de cores aponta para oposição de verde/vermelho, azul/amarelo e preto/branco.

• A existência de 3 tipos de cones e o mecanismo de transmissão via células ganglionares permitem explicar estas teorias.

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Teoria Tricromática e Fisiologia Humana: Cones e Bastonetes

• Na retina existe uma camada de células sensíveis: bastonetes (visão no escuro) e cones (visão de cores).

Na figura apresenta-se os segmentos dessas células que são sensíveis à radiação visível e é fácil perceber porque têm estas designações.

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Reacções em Bastonetes e Cones

• O retinol é a vitamina A e retinal o respectivo aldeído.

• Cromoproteínas: - Nos bastonetes: Rodopsina = scotopsina (ou opsina) + cis-retinal

- Nos cones: Iodopsina = fotopsinas + cis-retinal há fotopsinas diferentes para cones sensíveis a vermelho, verde e azul.

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Espectros de Absorção dos Pigmentos da Retina

• O espectro de absorção da rodopsina (máximo a 505nm) é semelhante à curva de sensibilidade em situações de pouca iluminação (“visão no escuro”).

• Os pigmentos sensíveis a cor têm máximos de absorção a: 445, 535 e 570 nm.

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Teoria de Hering (Cores Opostas) e Fisiologia Humana

• Quando uma célula ganglionar é excitada pelos três tipos de cones o sinal transmitido corresponde a “branco”.

• Mas há células ganglionares que são excitadas por um tipo de células e inibidas por outro sendo de referir:– Célula que é excitada por cone vermelho e inibida por

cone verde (e vice-versa). – Célula que é excitada por cone azul e inibida por

combinação de cones vermelho e verde (e vice-versa) dando uma oposição “azul-amarelo”.

• Asim, este mecanismo de contraste de cores começa a ocorrer na retina antes de ser processado no cérebro.

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Ilustrando a Teoria de Hering (1de3)• Olhar fixamente para figura: não há nesta imagem círculos

cinzentos desenhados entre os rectângulos negros.

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Ilustrando a Teoria de Hering (2de3)• Olhar fixamente para um dos pássaros, contar até 20 e

olhar para a gaiola.• Fazer o mesmo para o outro pássaro.

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Ilustrando a Teoria de Hering (3de3)• Comparar os efeitos observados no diapositivo anterior com esta

figura que foi obtida a partir da figura anterior mediante inversão das cores dos pássaros (em MS-Paint) e em que se vêem os pássaros azul turquesa e magenta.

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Coordenadas Tricromáticas (CIE)

• Definições Sistema CIE (1931): – As componentes tricromáticas X, Y e Z são as

“quantidades” das 3 cores primárias: vermelho (700 nm), verde (546,1 nm) e azul (435,8 nm) necessárias para reproduzir uma cor e tendo em conta a ponderação de acordo com observador padrão (estabelecido experimentalmente).

– Coordenadas tricromáticas (x, y, z):x =X/(X+Y+Z), y =Y/(X+Y+Z) e z =Z/(X+Y+Z), pelo que x+y+z=1

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Diagrama tricromático C.I.E. (1931)

No diagrama de cromaticidade (x,y,Y), além de se ver a distribuição de cores, estão assinalados vários iluminantes:– A - lâmpada de filamento

(temperatura de cor 2854 K)– B - luz directa do Sol (4874

K)– C - luz média do dia (6774

K) – D65 – representativa da luz

do dia total (6500 K).x

y

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Outros Sistemas de Coordenadas

• Estas coordenadas x, y e Y não dão uma informação muito concordante com as noções intuitivas de cor até porque este espaço não é uniforme: as distâncias entre pontos neste espaço não representam bem as sensações das diferenças entre as cores correspondentes a esses pontos.

• Os sistemas L*a*b* e L*c*h* foram propostos para resolver esse problema mas deve notar-se que, de qualquer modo, os valores X,Y,Z são o ponto de partida para calcular estes novos valores.

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Espaço L*a*b* (CIE1976)

• L* – Luminosidade (negro branco) em que Yn (bem como Xn e

Zn)

são factores de ponderação tabelados.

• a* – verde vermelho

• b* – azul amarelo

3/1

* 116

nY

YL

3/13/1

* 500nn Y

Y

X

Xa

3/13/1

* 200nn Z

Z

Y

Yb

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Representação da cor no espaço L*, a*, b*

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Definições de Saturação e Tonalidade

• O uso de coordenadas cilíndricas pode ter vantagens. Assim, mantém-se L* e considera-se:

• C – pureza ou saturação (“chroma”)

• h – tonalidade (“hue”)

C traduz a maior ou menor cromaticidade e h corresponde ao comprimento de onde dominante.

)( 22 baC

)(a

barctgh

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Exemplos: O “meu” Computador

• Tonalidade, saturação e luminosidade: Sugere-se experimentar variar os valores das coordenadas de cor nas formas (h, c, L*) ou (X, Y, Z).

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Exemplos: e a “minha” Impressora

• A propósito do assunto “meu computador” que será muito parecido com aqueles que utilizam, falou-se do sistema RGB (Red, Green, Blue) usado para o monitor e CMYK (Cyano, Magenta, Yellow, blacK) e os tinteiros usados para a impressora. Discutiu-se também porque é que às vezes não são bem iguais as imagens vistas no monitor e impressas em papel branco.

• A propósito, a “minha” impressora também será muito semelhante àquelas que utilizam.

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Aplicações Industriais

• Há aplicações importantes que incluem:– Produção de grandes quantidades de tintas para

construção civil, pinturas de automóveis.

– A fotografia e artes gráficas exigem produtos que permitem especialização e o maior rigor no controlo e na reprodução de cores (e não só no caso das notas).

– Os produtos alimentares e cosméticos apontam para maiores preocupações com a saúde pública.

– Os corante e produtos afins usados em têxteis e curtumes podem considerar-se intermédios.

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Colorímetros e Espectrofotómetros

• Os espectrofotómetros estão muito vulgarizados sendo frequentemente utilizados para obter o espectros de absorção.

• Têm sido propostos métodos para converter as leituras espectrofotométricas em coordenadas colorimétricas.

• Para isso são estabelecidas correlações havendo métodos de cálculo propostos para sumos de frutas, vinhos brancos e vinhos tintos.

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Exemplo: Indústrias Alimentares

• Os corantes utilizados em indústrias alimentares são em número relativamente pequeno e estão regulamentados.

• Tem que haver atenção aos estudos toxicológicos para um novo composto ser permitido pois não deve representar risco para a saúde humana.

• Os pigmentos naturais têm a vantagem de poder ser dispensados de alguns destes estudos. Além disso, os consumidores geralmente preferem produtos naturais.

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Pigmentos Naturais

• Há muitos pigmentos que dão cores aos produtos naturais e são de natureza química variada. Dão-se exemplo de classes de compostos e ordens de grandeza dos números de compostos conhecidos:– Hemos (6)– Clorofilas (25); Carotenoides (450)– Antocianinas (150); proantocianidinas (20)– Flavonoides (800)– Quinonas (200); xantonas (20)– Betalainas(20).