Delta E: Ein Schlüssel zum Verständnis von Lichtechtheitsmessungen

Wir sind umgeben von Maßeinheiten, denen wir selten einen zweiten Gedanken schenken; gewöhnliche Maßstäbe und Lineale, die die Welt in Einheiten von Zentimetern, Zoll, Metern und Kilometern aufteilen. Aber daneben gibt es noch andere, die wir selten verwenden oder die wir nicht so leicht und präzise erklären könnten, wie Centipoise und Mols, Dezibel und Pascal. Selbst die übermäßig vertraute Kalorie, lange bevor sie auf Lebensmitteletiketten oder Menüs erscheint, ist technisch definiert als die Energie, die benötigt wird, um ein Gramm Wasser bei einem bestimmten Druck um ein Grad Celsius zu erhöhen. Wer hätte das gedacht? Und in diese sumpfige Zone können wir auch „Delta E” plumpsen lassen, ein Begriff dem man bei Lichtechtheitstests ständig begegnet, der aber selten definiert ist.

Einfach ausgedrückt, Delta E ist eine einzelne Zahl, die den Differenzbetrag zwischen zwei Farben darstellt, oder, wenn man ein einzelnes Muster testen, den Änderungsgrad, den diese bestimmte Farbe erfahren hat. Manchmal abgekürzt als dE oder ∆E, ist es eine Kombination aus dem griechischen Buchstaben delta, das verwendet wird, um eine Veränderung in der Mathematik zu bedeuten, und E, das von der deutschen Empfindung oder (Engl.) “sensation” kommt. Es misst also buchstäblich den Grad der Veränderung einer Empfindung.

Model of CIE Lab space showing an example of Delta E as the distance between two colors. — Bild I: Modell des CIE-Lab Raums, das ein Beispiel für Delta E mit einem Abstand zwischen zwei Farben zeigt.

Man berechnet Delta E mit einem Spektrophotometer, das eine Farbe in drei Variable übersetzen kann. Diese werden entlang der drei Achsen eines standardisierten Farbraums, bekannt als CIE Lab, oder genauer gesagt, CIE L*a*b*, aufgetragen. Diese Achsen repräsentieren Helligkeit (L), Rot-Grün (a/-a) und Gelb-Blau (b/-b). Sobald man zwei Sätze dieser Koordinaten haben, z.B. von einem Muster vor und nach künstlich beschleunigter UV-Licht Alterung, kann man den Abstand zwischen ihnen im dreidimensionalen Raum leicht berechnen. Es ist diese Entfernung, die wir als Delta E kennen. (Bild 1)

Im Laufe der Jahre gab es verschiedene Versuche, die Berechnung von Delta E zu verbessern, indem man versuchte, die Formel dazu zu bringen, immer genauer zu modellieren, wie eine theoretische Person (bekannt als der “normale Beobachter”) einen ähnlichen Unterschied sehen würde. Dies gilt insbesondere, wenn es darum geht, die Berechnungen für bestimmte Bereiche wie Textilien oder Grafik zu optimieren. Für unsere Zwecke stützt sich ASTM (American Society for Testing and Materials) jedoch bei der Bestimmung der Lichtechtheit von Künstlermaterialien weiterhin auf das ursprüngliche System, bekannt als CIE 1976 oder dE76. Es sei auch darauf hingewiesen, dass alle verschiedenen Systeme eine einzige Einheit von Delta E als den Mindestbetrag der Farbdifferenz definieren, den ein normaler Beobachter erkennen könnte.

Das CIE 1976 System gab dem ASTM-Unterausschuss damals eine Möglichkeit zu messen, wie sehr sich eine Farbe bei umfangreichen Tests verändert hat, was zum ursprünglichen Entwurf der ASTM D4303 von 1977 führte; den “Standard-Testmethoden für die Lichtechtheit von Farbmitteln, die in Materialien für Künstlerfarben verwendet werden”. Dennoch blieb das Problem der Übersetzung dieser Zahlen in Lichtechtheitskategorien bestehen. Mit anderen Worten, wie viel kann eine Farbe sich ändern oder verblassen / wie viele Delta E’s kann eine Farbe haben und trotzdem eine ASTM Lichtechtheit von I, II, III und so weiter erreichen? Letztendlich wurden die Bereiche von drei Dingen beeinflusst: dem Ausmaß der Veränderung, das bei bestimmten, bekannten Pigmenten auf historischen Gemälden zu beobachten ist, insbesondere Rosa Krapp und Alizarin Purpurrot, der Korrelation mit der viel verwendeten, aber weniger strengen Blauwolle-Skala, und der Toleranz, die erforderlich ist, um all die unkontrollierten Variablen zu berücksichtigen, wie die kleinen Unterschiede in der Probenvorbereitung und der Testpositionierung, die manchmal zu einer Differenz von mehreren Delta-Einheiten zwischen augenscheinlich identischen Mustern führen können.

Unter Berücksichtigung all dieser Aspekte untersuchte das ASTM-Komitee 1977 die Ergebnisse von 92 verschiedenen Pigmenten, die sowohl in Öl als auch in Acryl hergestellt wurden, und dann unterschiedlich langen Expositionszeiten in Xenon Arc und High Output Fluoreszenz-Schnelltestkammern sowie in zwei Freiluftprüfständen in Kansas und Südflorida (USA) ausgesetzt wurden. Aus diesen Tests ergaben sich die folgenden Bereiche, sowie deren grobe Blue Wool-Äquivalente, die bis heute verwendet werden:

Table of ASTM Lightfastness Categories and Delta E ranges. — Tabelle 1: ASTM Lichtechtheitsklassen und entsprechende Delta E-Bereiche.

Die Frage bleibt aber immer noch: Wie viel visuelle Veränderung bedeutet das alles? In Bild 2 veranschaulichen wir, was Sie sehen würden, wenn Sie durch jede dieser Kategorien gehen. Wie erwartet, ist eine einzige Veränderungseinheit, bei Delta E = 1, ein kleiner und subtiler Unterschied; wenn man jedoch Delta 4 erreicht, ist die Veränderung deutlich und spürbar geworden. Bei Delta 8 ist der Unterschied definitiv beträchtlich, während man darüber hinaus verstehen kann, warum ASTM III-Farben wie Alizarin Crimson als schlecht in der Lichtechtheit gelten und nicht für permanente Kunstwerke empfohlen werden.

Range of Delta E differences from an unexposed control with corresponding ASTM Lightfastness categories. — Bild 2: Bereich der Delta E-Unterschiede von einem unbelichteten Kontrollmuster mit entsprechenden ASTM-Lichtechtheitsklassen.

Wer geglaubt hat, dass Farben in der Lichtechtheitsklasse 1 sich gar nicht, oder kaum verblassen, wird erstaunt sein zu sehen, wie viel Veränderung für jede der ASTM-Lichtechtheitskategorien erlaubt ist. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass die ASTM-Lichtechtheitsprüfung nicht als Vorhersage im engeren Sinne gedacht ist, dass beispielsweise ein Ergebnis von Delta 3.8 unmissverständlich bedeutet, dass ein ähnlicher Farbfleck auf einem bestimmten Kunstwerk diesen Grad der Veränderung nach x Jahren zeigt. Es sind einfach zu viele Variablen im Spiel und außerdem sind nur eine Handvoll Pigmente schon lange genug vorhanden, um diese Art von präziser Korrelation im Entferntesten zu ermöglichen. Beachten Sie, dass die ASTM-Lichtechtheitsprüfung extrem ist, da die Farben in sehr kurzer Zeit sehr hohen UV- und sichtbarem Licht ausgesetzt sind. Ursprünglich wurden die Expositionswerte vereinheitlichend so festgelegt, weil die Testergebnisse dem Ausmaß der Veränderung entsprachen, das in 100+ Jahre alten Proben von Rosenkrapp und Alizarin Purpurrot, unter anderen historischen Pigmenten, zu beobachten war. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob diese Beziehung für viele der moderneren Pigmente gleichermaßen eng sein wird. Und wieder ist es wichtig zu beachten, dass ein Pigment, das in einem Satz von Tests oder zu einem Zeitpunkt ein Delta E von 1 oder 2 zeigen könnte, aus einer Vielzahl von Gründen leicht unterschiedliche Ergebnisse eines Delta 2 oder 3 in zusätzlichen Tests zeigen könnte. Daher ist es wichtig, die Lichtechtheitsbereiche so weit zu machen, dass dies berücksichtigt wird. Letztendlich ist es hilfreich zu erkennen, dass viele Pigmente, die sowohl historisch als auch von Experten auf dem Gebiet der Material- und Farbwissenschaften als die haltbarsten angesehen werden, bei diesen Tests immer wieder in den Bereich von 0-4 Delta E fallen. Daher bleiben diese Pigmente voreinst die beste Wahl, bei der Erstellung von Kunstwerken, die so dauerhaft und langlebig wie möglich sein sollen.