Как выбрать спектрофотометр. Решаем задачу контроля цвета.

Характер измеряемых образцов

Выбирая прибор для измерения цвета, следует определить характеристики всех видов образцов, подлежащих измерению. Их можно разделить на два типа: твердые и жидкие (включая порошки, пасты, гранулы, зерна и т.п. вещества, не имеющие постоянной формы). Твердые вещества могут быть помещены для измерения непосредственно на апертурную маску прибора, и, как правило, не требуют специальной подготовки образцов. Для измерения жидкостей, порошков, паст, гранул и т.п. веществ необходимо использовать специализированные кюветы и чашки Петри, для размещения образцов в зоне измерения. Konica Minolta выпускает самые разнообразные аксессуары для измерения жидких и сыпучих продуктов, что значительно расширяет возможности спектрофотометров и колориметров.

Также, все образцы делятся на три категории: прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные. Для измерения прозрачных и полупрозрачных материалов на просвет необходимо использовать прибор с соответствующим режимом измерения. Так, все стационарные спектрофотометры Konica Minolta могут производить измерение как на отражение, так и на пропускание.

Затем следует перейти к перечислению других свойств очень важных при измерении и сравнения цвета образцов.

Прежде всего, любой стационарный спектрофотометр приспособлен для измерения образцов лишь определенных габаритов. Следовательно, либо размеры образцов не должны превышать заданных параметров, либо должна иметься возможность довести их до нормы перед измерением. Например, в стационарном автономном спектрофотометре CM-5 максимальная толщина образца при измерении на пропускание составляет 60 мм, длина образца не ограничена.

Если необходимо производить измерение цвета крупногабаритных объектов или объектов сложной формы, возможно, Вам следует выбрать портативный колориметр или спектрофотометр, например, Konica Minolta CM-700d или CR-410.

Далее, важна устойчивость образцов к воздействию светового и теплового излучений, так как в процессе измерений образцы подвергаются действию лучистой энергии в течение определенного, причем иногда довольно длительного периода времени. В зависимости от конструкции спектрофотометра или метода проведения измерений лучистый поток, падающий на образец, может быть либо ограничен узким спектральным интервалом, либо содержать все длины волн в спектре излучения встроенного источника света. В последнем случае сфокусированный на образце пучок обеспечивает высокую интенсивность облученности поверхности как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах спектра. Это вызывает нагрев образца и, возможно, изменение его спектральной характеристики до завершения измерений. Помимо нагрева падающий поток может вызвать обесцвечивание образца с последующим изменением спектральной характеристики. В приборах Konica Minolta используются импульсные ксеноновые лампы, позволяющие значительно сократить время измерения, что снижает тепловую нагрузку на образец.

Для оценки цвета предмета требуется получить спектральные характеристики во всем диапазоне видимого спектра (в пределах длин волн от 400 до 700 нм.). Для непрозрачных образцов — спектральный коэффициент отражения, для прозрачных образцов — спектральный коэффициент пропускания. Большинство портативных и все стационарные спектрофотометры Konica Minolta имеют расширенный ультрафиолетовый интервал (от 360 нм), так как это необходимо при оценке спектральных характеристик люминесцирующих материалов.

 

Люминесцентность

Большое распространение имеет анализ спектральных характеристик люминесцирующих материалов, таких, как люминесцирующие краски, моющие средства, бумага и ткани содержащие, так называемые, оптические отбеливатели. Люминесценцией называют процесс, при котором происходит переизлучение света на другой длине волны. Дело в том, что некоторые материалы обладают свойством поглощать лучистый поток при одной длине волны и излучать его при другой, как правило, большей. Материал, поглощающий энергию в средней (зеленой) части спектра и излучающий ее при люминесценции в длинноволновой (красной) части, может при дневном свете иметь красноватый оттенок. Спектрофотометр, не приспособленный для анализа потока, излучаемого образцом, дает завышенные значения коэффициента отражения в средней (зеленой) части спектра и не зарегистрирует поток люминесценции в длинноволновой (красной) части спектра. Наиболее точные измерения получатся, если образец освещается источником света с контролируемыми параметрами спектрального излучения, особенно в ультрафиолетовой части спектра, а отраженный поток и поток люминесценции анализируются отдельными элементами чувствительной матрицы при сканировании спектра отражения, как это обеспечивается, например, в портативном спектрофотометре CM-2600d, имеющим цифровой контроль интенсивности УФ.

 

Поляризующие и структурированные образцы

Такие материалы, как слюда, целлофан, атласные ткани могут вызывать трудности при спектрофотометрировании. Некоторые регистрирующие спектрофотометры, в которых образцы освещаются плоско поляризованным светом с постоянно меняющейся ориентацией, могут оказаться полностью непригодными для измерения поляризующих образцов. Только специальная модификация прибора дает возможность обойти эти трудности.

У промышленных изделий неоднородность цвета от точки к точке может быть с упорядоченным распределением окраски (текстильные изделия, полутоновая печать) или с неупорядоченным (окрашенные кистью изделия, обработанное дерево, изделия из натурального камня). Если неоднородность существенна в сравнении с размером измеряемого пятна, единственная кривая спектрального отражения (пропускания) не может быть надежным средством для определения усредненного цвета неоднородного образца. Однако эту трудность можно преодолеть повторными измерениями нескольких участков образца и усреднением результатов. Данная функция предусмотрена во всех приборах Konica Minolta. Наилучших результатов можно достичь при использовании портативного колориметра CR-410, имеющего уникальную апертуру измерения 50 мм, что позволяет получать повторяемый результат, даже при измерении дерева и камня, зерен и крупной крошки, а также других материалов со сложной неоднородной структурой.

 

Непрозрачные образцы

Непрозрачные образцы следует разделить на матовые, полуглянцевые или глянцевые. В разных приборах реализованы различные условия освещения и наблюдения. Они существенно влияют на измерение коэффициента спектрального отражения полуглянцевых и глянцевых образцов. Чтобы результаты измерения цвета полуглянцевых или глянцевых образцов коррелировались с визуальной оценкой, необходимо исключить из измерений свет, отраженный от поверхности. Нужны спектрофотометры с преимущественно однонаправленным (близким к перпендикулярному) освещением образца и с измерением отраженного от него потока, например, при отклонении от перпендикуляра на 45°). Целесообразен выбор спектрофотометра, в котором реализована геометрия освещения и наблюдения, рекомендуемая в качестве стандартной. Все модели спектрофотометров Konica Minolta имеют режимы измерения как с учетом зеркальной компоненты (отраженного света), так и с исключенной зеркальной компонентой и соответствуют спецификациям Международного Комитета по Освещению.

 

Полупрозрачные образцы

Еще одну проблему для спектрофотометрирования представляют полупрозрачные образцы. Коэффициенты спектрального пропускания или отражения таких образцов существенно зависят от способа освещения и места установки образца в приборе. Условия измерений коэффициента спектрального пропускания или отражения полупрозрачных образцов не стандартизованы. В каждом конкретном случае исследователь сам должен решить, какие условия выбрать. Измерение однородных, матовых, непрозрачных, не поляризующих и не люминесцирующих образцов обычно не представляет проблемы для современной спектрофотометрии. При соблюдении соответствующих методик измерения, спектрофотометр гарантирует оценку спектральных характеристик, корректирующуюся с результатом, который можно ожидать при визуальной оценке образца. Конкретные условия освещения и наблюдения, реализованные в данном приборе, для таких образцов почти не имеют значения. Когда образец обнаруживает неоднородность, глянец, недостаточную прозрачность, поляризующие свойства, люминесценцию или некоторую комбинацию этих свойств, необходимо убедиться, что выбранный спектрофотометр дает результаты, коррелирующие с тем, что наблюдаются при визуальной оценке.

 

Сходимость измерений

Сходимость спектрофотометра оценивается возможностью прибора повторить результаты собственных измерений коэффициента спектрального отражения или пропускания определенного стабильного образца. Спектрофотометры Konica Minolta имеют очень высокую сходимость. Например, сходимость спектрофотометра CM-3700d при измерении колориметрических значений составляет DE*ab 0, 005, что позволило бы использовать его в качестве эталонного прибора для поверки и калибровки большинства современных спектрофотометров и колориметров.

Влияние спектрофотометрических ошибок на определение координат цвета и цветности может быть оценено эмпирически. Для этого нужно провести большое число повторных измерений спектральных характеристик отражения или пропускания одного и того же образца с последующим расчетом соответствующих координат по спектральным данным. В результате измерений получается разброс данных вокруг среднего значения. Величина этого разброса будет являться мерой сходимости измерений на данном спектрофотометре.

 

Точность измерений

Точность спектрофотометра определяется его способностью повторить показания эталонного прибора при измерении образца со стабильными параметрами и при идентичных условиях освещения и наблюдения. Ценность погрешностей измерений будет зависеть от их конкретной цели. Например, может представлять интерес лишь однородность по цвету партии изделий, определяемая путем измерения спектральных коэффициентов отражения ряда образцов, взятых с различных поточных линий одного производства. В этом случае важна относительная разница между измеренными данными различных спектрофотометров. Или, например, если необходимо изготовить материал, который в определенных условиях освещения и наблюдения должен иметь цвет с заданными координатами, то есть, при отсутствии физического образца необходимо как можно точнее воспроизвести результат, полученный на другом приборе. Для контроля точности измерений характеристики спектрофотометра должны периодически проверяться с использованием соответствующих калибровочных эталонов. Следует учесть, что ошибки могут возникнуть не только из-за точности измерений прибора, но и из-за невнимания или плохой подготовки оператора. Конструкция некоторых приборов позволяет уменьшить вероятность ошибок, например, в стационарном спектрофотометре CM-5 белая калибровочная пластина интегрирована в прибор и калибровка производится автоматически.

 

Параметры измерений и дополнительные возможности

Для проведения некоторых специальных измерений или для непосредственного колориметрического анализа спектральных данных может потребоваться ряд специальных приспособлений к спектрофотометру. Если возникнет потребность в измерениях спектральной характеристики образцов при различной температуре, необходим прибор, в комплектацию которого входит камера для образцов с регулируемой температурой. Может также возникнуть необходимость измерения образцов при различных условиях освещения и наблюдения. Например, в некоторых случаях предпочтительно освещение образца под углом 45 градусов и измерение в направлении, перпендикулярном поверхности образца (геометрия измерения 45/0). Спектрофотометр Konica Minolta CM-2500c, благодаря используемой геометрии 45/0, обеспечивает значительно более точные измерения на неровных, искривленных поверхностях и материалах с объемной фактурой. В других же случаях может потребоваться диффузное освещение, а измерение — в направлении, близком к перпендикулярному (геометрия d/0, d/8).

При измерении материалов с покрытием типа «металлик» или «перламутр» наиболее точные результаты достигаются при измерении спектрального отражения под различными углами. Уникальный многоугловой спектрофотометр Konica Minolta CM-512m3 измеряет цвета, подсвечивая объект одновременно с трех углов (25, 45 и 75 градусов), что максимально приближает результат измерения к визуальной оценке человеком.

При большом объеме измерений, для анализа и выявления сложных зависимостей в изменении цвета, для систематизирования результатов измерений и удобства визуальной оценки в виде таблиц, графиков, диаграмм рекомендуется подключить спектрофотометр или колориметр к персональному компьютеру с соответствующей программой. Все приборы Konica Minolta при необходимости могут быть подключены к компьютеру. При этом станут доступны многие дополнительные функции, например, использование пользовательских колориметрических формул, снятие ограничений на количество измерений, выбор любых колориметрических пространств и формул вычисления цветоразличия.

На основании данных спектрального отражения различных веществ возможно математически точно вычислить итоговые спектральные характеристики смеси этих веществ, что используется при компьютерном цветоподборе со спектрофотометром. Программа цветоподбора Colibri Konica Minolta позволяет подбирать цвета, даже при использовании добавок типа металлик и перламутр и обеспечивает с первого раза ошибку цветоподбора менее DE*ab 0, 5. При этом возможен расчет с учетом стоимости материалов, с использованием красочных остатков, с ограничением используемых колорантов и множество других функций.

 

Резюмируя изложенное, можно сказать, что выбор наиболее подходящего и экономичного в данном конкретном случае спектрофотометра — задача очень сложная, и ее решение требует детального знакомства как с колориметрией, так и с вопросами промышленного цветового контроля. В тоже время, богатый опыт Konica Minolta в измерении цвета, при решении самых разнообразных вопросов, показывает, что для каждого производства и любого материала существует наиболее подходящий спектрофотометр или колориметр. Для гарантии успеха воспользуйтесь помощью профессионалов. Компания ЗАО "Промдиоборудование" является официальным поставщиком Konika Minolta.

Владимир Лопатин
Технический консультант ЗАО "Промдиаоборудование"

Размещено компанией ЗАО "Промдиаоборудование"