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做座色度测量的类型及仪器三

发布时间:2021-10-09 05:30:25 阅读: 来源:传动带厂家

色度测量的类型及仪器(三)

三、分光光度计与三滤色片色度计

当前市售的分光光度计大多数不是真正的分光光度计,而是简化的分光光度计。用这种分光光度计只能对预先给定的波长进行测量,而不能对可见光谱的全部波长连续地进行测量。

图2-7是分光光度计光路简图。分光光度计跟眼睛不同,眼睛是同时在感受的全部波长上评价接受的光能,而反射曲线的测量必须逐波长地进行。这就必须把光源的光在各个波长上进行分解,这既可以在照射样本之前分解成单色光,也可以在从样本上反射之后进行分解。几乎所有的新型仪器都按后一种方式工作,只有这由于加工尺寸不好样才能对具有荧光性质的样本进行正确的测量。

1.光源。测量所用的照明必须包含可见光谱的全部波长。测量发荧光的样本时,反射率曲线和由反射率曲线算出的三刺激值要正确地再现视觉色彩,测量所用光源的辐射分布要符合彩色匹配要求的辐射分布。

2.光的色散。为了逐波长地测量样本的反射率,必须对样本反射的光进行色散。在散光的传统元件是用棱镜,但在现代仪器中则常用弯曲光栅。后者得到的不同波长的间隔可以是相等的,这可以使光圈实验室研究突破nbsp;石墨烯材料可大规模制备结构不必是可变的。色散光的第三种可以选择的元件是彩色干涉滤色片。

3.测量的几何条件。人们用视觉评判样本时,换句话说,人们用视觉匹配样本的色彩时,被评判的样本应放在临北面窗口的桌子上被漫射的自然光照明。这时,只有在某个方向反射并达到眼睛的光被观察到。测量色彩时不用日光照明,而是用模拟日光的光源照明,两者关系是相似关系。

大多数分光光度计有一个称作积分球的元件。球的内壁涂以白色,壁上开有小孔,以便让照明标本所必需的光线出入。光源放在球内或至少放在球旁边,以便用扩散的光照明球壁。所以,小球上有一或两个小孔,以便放置被测样本或标准白板。对着样本的孔因测量仪不同而有不同的尺寸,在大多数仪器中这个孔的孔径是可以连续改变的,以便适应被测样本的大小。最常用的孔径是2~3cm,孔径小于0.5cm时只作为特别附件提供。由于技术上的原因,大于5cm的孔径不常用。被测样本的大小经常是不一样的,应该使孔径像样本那样大,但孔径大于5cm时,测量结果容易出现不均匀性(不像较小的孔那样稳定)。

带积分球的分光光度计,样本通常是在慢射照明的状态下,测量从样本某个方向反射的光。一般是测量8°方向反射的光(图2-8),其优点是可以在积分球的另一个孔的旁边安装一个所谓光泽吸收饼的东西,借此使样本避免来自8°的情况下照明,样本的光泽在测量时被排除。然而,带光泽这款鞋的原型参加了在米兰的国际鞋类展览会的展现吸收阱的测量方式只是在高光泽度样本的情况下选用,通常总是同时测量光泽,然后用计算的方法把它扣除。扣除量取决于空气与样本界面的光学性质,平均光泽校正量为4%。这对计算点覆盖率的场合具有特殊意义。

在用积分球测量的情况下,样本上表面的结构只是一个次要的因素。这就是说当样本以不同的方向放在测量孔下测量时,测量值的变化是较小的。即使这样,样本还是应当保持相同的方向放置。

虽然积分球内表面是涂白的,但它还是吸收一小部分光,导致光源的辐射分布发生变化,特别是在测量发荧光的样本时更是如此。因而在一些新型分光光度计中,用45°环状光源取代了积分球,而在0°方向进行测量,这样光泽总是被排除在外了。环状光源具有积分球的全部优点,克服了它的缺点。

有用于测量光泽样本的分光光度计,用这种仪器,样本被定向照明,与环形照明的情况不同。照明只从45°方向入射,在0°方向测量(见图2-9),即用45°/0°几何条件测量。该图清楚地表明在此种测量方式下光泽被排除的原因,只要样本的光泽度小,对测量结果的影响是可以忽略不计的。对于光泽样本一般是用计算的方法排除光泽的影响。45°/0°几何条件应用较少,因为测量结果明显地受样本上表面的无规律性影响,结果的重复性不像用积分球测量那样好。

4.传感器。在分光光度计中,传感器是用光电池、光电二极管或光电倍增管装配成的。以前通常只用一个传感器,单色光按时间顺序地照射在传感器上并被量化。为了改善测量速度,一些新式仪器配备了16个传感器,可以同时对16个波长进行测量(从400~700nm,间距20nm)。

5.仪器的标定。现在仪器的标定比以前简单得多,因为几乎所有通过机械调节并用数学方法校正的方式都已被取代。尽管如此,也不要忘记标定,因为一个分光光度计的测量值在很大程度上取决于仔细的、定期的标定。

标定的内容有100%线定标(标准白色定标)、0%线定标,如果可能的话还要进行波长和光电梯尺定标。

100%线是用标准白色标定的,这是要再度校准到绝对白色上。常用的标准白是用硫酸钡粉压制的,其绝对反射率在全部波长范围内总计达到98%。虽然现在的分光光度计都能长时间保持稳定,但每天至少还要标定一次,最好每天校正多次。

0%线校正是用与上述类似的方法完成的,一般是用一个黑体作0%线定标,由于黑体吸收全部入射的光能,其反射率为0。零线定标同样每天进行,也有一些仪器不做0%标定,但这是不推荐的。

波长检查和光电梯尺检测在新型仪器中一般不再进行。

6.分光光度计的精度。仪器的精度可用短时间可重复性、长时间可重复性及绝对精度等指标衡量。

一个仪器的短时间可重复性是重要的,特别在质量控制中测量色差时是这样。一个短时间重复性不好的仪器是不符合技术要求的,可以把样本放在检测头下连续地进行测量,得到的反射率值木应有大于 0.02~0.03%的差别,然后用测得的值计算色差ΔE(指ΔE* CIELAB值),可用全部测量值的平均值或第一次测量值作基准值,ΔE的值不应大于0.05~0.01,现代测色系统一般都能满足这个要求。如果在检查的时候测量值是连续变动的,这不是仪器的问题,而是样本造成的。样本放在检测头下被光照射会变热,样本受热时其颜色会发生变化,用户应注意购买探测头释放能量小的仪器,如选购采用氛闪光灯的仪器。现代仪器测量速度很快,由于样本变热造成的影响比以往的仪器小得多了。

长时间可重复性对于配方计算是重要的,因为着色剂和样本要在不同的时间进行测量(放置时间甚至不只一年)。

长时间稳定性可以通过一个长时间稳定的样本进行检查,色差应该不大于1。对于好的仪器来说ΔE=0.5。对检查和监督长时间稳定性的意义往往强调得不够。对于长时间稳定的仪器来说,在做配万计算时可以省却校正步骤,只用统计质量管理即可,这时测量值只受生产条件影响而不受仪器的影响。

测色仪器的绝对精度远不如它的重复性那么好,绝对精度的检查可以用校正好的标准样本进行。如果用不同的仪器测量同一个长时间稳定的样本,就会得出一个不一致的结果。在标准制定之前,标准委员会一直在对由不同系统测得的色值进行比较,通过研究发现,用同类型仪器测量同一样本时能表现出几个单位色差。被测样本越暗和越亮,则偏差越大,在比较不同类型的仪器时偏差更大,降低绝对偏差目前是无望的。

根据这些事实推断,如果仅把反射率值和三刺激值作为样本传送,以希望的精确度匹配色彩是不可能的。

这里还必须提出一个与仪器的绝对精确度无关的警告,因为还涉及其它一些不易确定的因素,所以对色谱中的某个色彩来说想取得一致的色彩匹配是不可能的。

7.色度计(三滤色片测色仪器)的精度。三滤色片测色仪器在过去是工业上应用范围很广的测色仪器。为了模仿人的视觉过程以便提供符合标准的测量值,必须采用标准光源(光源辐射分布的转换是用滤色片)照明要评判的样本,传感器的灵敏度也要用滤色片转换成与观察者的视觉灵敏度相吻合,然而多数只安装一组滤色片,同时完成这两项任务。色度计通常只有一个传感器,在传感器前面并置3个、最好4个滤色片〔4个滤色片是为了更好地调节短波部分的x(λ)曲线〕,在仪器标定正确有情况下,读取的值容易换算成三刺激值,有时也直接读取三刺激值或一个转换色空间的值。这种仪器的优点是具有很好的短时间可重复性,缺点在于,由于视觉灵敏度跟滤色片一传感器的关系难以调节正确,所以这种仪器的绝对精度不好。虽然色差测量的绝对精度是作为高阶偏差考虑的,但在有些色度计中,这种偏差是如此之大,以致于只能用它测量色差较小和同色异谱很小的样本。通常产品质量控制就属于这种情况,在这种场合下,较聚氯乙烯的聚合度越小老的三滤色片色度计也能取得好的效果。

由于现代电子学和现代器件如光导纤维的发展,制造小型可携带的三滤色片色度计是完全可能的,它们虽有上述的缺点,但价格是便宜的。

由于测量精确度和样本精度的限制,计算结果不要以太多的位数输出,反射率值(%)、三刺激值、a*,b*和L*值及色差值通常精确到小数点后面两位,最后一位已经是靠不住的了。

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