Jak wybrać spektrofotometr

Przy wyborze spektrofotometru pierwszym krokiem jest zrozumienie konkretnych potrzeb związanych z jego planowanym zastosowaniem. Typ urządzenia, sposób pracy oraz właściwości analizowanych materiałów to najważniejsze zmienne, które należy uwzględnić w procesie wyboru.

W tym artykule:

• Odbicie czy transmisja? Pierwsze kryterium wyboru spektrofotometru

• Geometrie pomiarowe: najlepszy wybór do pomiarów odbiciowych

• Zachowanie światła i percepcja człowieka

• Geometria pomiarowa 45°/0°

• Geometria d/8° i kula całkująca

• Pomiar materiałów błyszczących i matowych: różnice pomiędzy 45°/0° i d/8°

• Pomiary wielokątowe i materiały interferencyjne

• Spektrofotometry przenośne czy stacjonarne: wybór operacyjny

• Spektrofotometry ColorWorkDesk: innowacja w pomiarze koloru

Odbicie czy transmisja? Pierwsze kryterium wyboru spektrofotometru

Jednym z podstawowych kryteriów wyboru spektrofotometru jest rodzaj analizowanego materiału: czy jest on przezroczysty, czy nieprzezroczysty?

Od tego zależy wybór pomiędzy pomiarem w odbiciu a pomiarem w transmisji.

Więcej informacji na ten temat można znaleźć w artykule „ColorWorkDesk: jak działają spektrofotometry”.

Nie wszystkie spektrofotometry umożliwiają jednak wykonywanie pomiarów transmisyjnych. W rzeczywistości większość urządzeń jest przeznaczona przede wszystkim do pomiarów odbiciowych.

Dlatego potrzeba wykonywania pomiarów transmisyjnych lub wyłącznie odbiciowych stanowi pierwsze kryterium wyboru spektrofotometru.

Interakcja światła z obiektem: jak postrzegamy kolor materiału

Aby zrozumieć drugie kryterium wyboru spektrofotometru, czyli geometrię pomiarową, warto krótko przypomnieć, w jaki sposób światło oddziałuje z obiektem, na który pada.

Światło może być odbijane, pochłaniane lub przepuszczane przez materiał. Ilość i charakter światła odbitego, pochłoniętego lub przepuszczonego zależą od właściwości optycznych materiału, takich jak jego skład, struktura powierzchni oraz grubość.

W kolorymetrii interakcje te mają fundamentalne znaczenie, ponieważ to one determinują postrzegany kolor obiektu.

Geometrie pomiarowe, zaprojektowane tak, aby dokładnie rejestrować i analizować światło odbite lub transmitowane, umożliwiają precyzyjne ilościowe określenie oraz wierne odwzorowanie koloru materiału poprzez pomiar interakcji światła z materiałem pod różnymi, ściśle określonymi kątami.

Geometrie pomiarowe odgrywają więc kluczową rolę w pomiarze koloru, a wybór odpowiedniej geometrii ma podstawowe znaczenie w kolorymetrii.

Geometrie pomiarowe: najlepszy wybór do pomiarów odbiciowych

Pomijając na razie pomiary transmisyjne i skupiając się na pomiarach odbiciowych, należy wziąć pod uwagę różne dostępne geometrie pomiarowe. Są one kluczowe dla określenia, w jaki sposób mierzona jest ilość światła odbitego od materiału.

Jak już wspomniano, geometria pomiarowa stanowi drugie kryterium wyboru spektrofotometru.

Niektóre z najczęściej stosowanych geometrii umożliwiają oddzielny pomiar odbicia zewnętrznego i wewnętrznego materiału.

Światło odbite od powierzchni składa się z dwóch różnych komponentów: najczęściej z komponentu o niewielkiej intensywności, nazywanego odbiciem zwierciadlanym lub zewnętrznym, oraz z odbicia wewnętrznego.

Odbicie zwierciadlane to odbicie części padającego światła, zazwyczaj białego, które nie przenika do materiału, lecz odbija się od jego powierzchni pod ściśle określonym kątem, podobnie jak w przypadku lustra.

Ten zewnętrzny komponent nie jest modyfikowany przez materiał, dlatego nie wpływa na jego kolor i pozostaje po prostu białym światłem, takim jak w momencie emisji.

Odbicie zwierciadlane wpływa natomiast na postrzeganie połysku powierzchni, czyli na to, czy materiał wydaje się błyszczący, czy matowy.

Za powstawanie koloru materiału odpowiada natomiast odbicie wewnętrzne.

Zachowanie światła i percepcja człowieka

Podczas obserwacji próbek błyszczących i matowych odbicie zwierciadlane może utrudniać ocenę koloru, szczególnie gdy odbite światło trafia do oka obserwatora pod określonym kątem, utrudniając prawidłową ocenę barwy.

Operatorzy rozwiązują ten problem poprzez przechylenie próbki, aby ograniczyć lub wyeliminować bezpośrednie odbicie i skierować refleks świetlny w inną stronę.

W przypadku materiałów matowych problem ten nie ma większego znaczenia, ponieważ światło zewnętrzne nie jest odbijane bezpośrednio do oka, lecz rozprasza się równomiernie we wszystkich kierunkach.


 

Geometria pomiarowa 45°/0°

Do pomiarów odbiciowych stosuje się kilka rodzajów geometrii pomiarowych.

Jedną z najczęściej stosowanych jest geometria 45°/0°, w której światło pada na próbkę pod kątem 45°, a czujnik umieszczony względem powierzchni mierzy światło odbite prostopadle do niej.

Taki układ eliminuje odbicie zewnętrzne występujące pod przeciwnym kątem 45°, ograniczając wpływ odbicia zwierciadlanego i zapewniając wyniki zgodne z ludzkim postrzeganiem koloru.

Geometria ta jest stosowana do płaskich materiałów, takich jak farby drukarskie czy zadrukowane arkusze papieru, ale jest mniej odpowiednia dla materiałów o nieregularnych powierzchniach.

Geometria d/8° i kula całkująca

W przypadku materiałów o nieregularnych powierzchniach, takich jak powierzchnie tłoczone, gdzie odbicie zewnętrzne nie jest ani idealne, ani przewidywalne, preferowana jest geometria pomiarowa d/8°.

Aby ograniczyć wpływ nieregularności powierzchni, eliminuje się bezpośrednie oświetlenie poprzez zastosowanie lampy oświetlającej wnętrze kuli całkującej.

Kula ta, wykonana z białego materiału, rozprasza światło możliwie równomiernie wokół próbki.

W rezultacie próbka jest oświetlana ze wszystkich kierunków, dzięki czemu nawet przy nieregularnej powierzchni możliwe jest uzyskanie stosunkowo dokładnego pomiaru.

Sonda jest w tym przypadku ustawiona pod kątem 8° względem prostopadłej, co pozwala jej rejestrować zarówno odbicie wewnętrzne, jak i zwierciadlane.

Jest to możliwe dzięki temu, że rozproszone światło wewnątrz kuli obejmuje również kierunek przeciwny do sondy pod kątem 8°, rejestrując w ten sposób odbite światło zewnętrzne.

Ten typ geometrii mierzy całkowite odbicie, zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne, zapewniając bardziej kompleksową ocenę materiału, choć wyniki mogą różnić się od tego, jak materiał postrzega ludzkie oko.

Pomiar materiałów błyszczących i matowych: różnice pomiędzy 45°/0° i d/8°

Przy porównywaniu kolorów mierzonych przy użyciu różnych geometrii, nawet jeśli wartości bezwzględne mogą się różnić, wyniki wizualne są zazwyczaj spójne.

Jednak w przypadku materiałów o tym samym kolorze, ale różnym stanie powierzchni — błyszczącej lub matowej — geometrie 45°/0° i d/8° dają różne wyniki.

Geometria 45°/0°, która jest bardziej zbliżona do ludzkiej percepcji, sprawia, że materiały matowe są postrzegane jako jaśniejsze od błyszczących. Z kolei geometria d/8° daje odwrotny efekt — materiały błyszczące wydają się jaśniejsze ze względu na odbicie zwierciadlane.

Choć zjawisko to jest dobrze znane, błędów można uniknąć.

Wyniki obu geometrii można do siebie zbliżyć, korzystając z funkcji włączania lub wyłączania odbicia zwierciadlanego w geometrii d/8°.


 

Realizuje się to za pomocą otworu w kuli, znajdującego się naprzeciwko sondy, który może być zamykany lub otwierany. Gdy otwór jest zamknięty, odbicie zwierciadlane jest uwzględniane. Gdy jest otwarty, odbicie zwierciadlane zostaje wykluczone, co sprawia, że wynik pomiaru jest bardziej zbliżony do geometrii 45°/0°.

Pomiary wielokątowe i materiały interferencyjne

W przypadku materiałów niejednorodnych, takich jak materiały metaliczne lub dające efekt interferencyjny, dostępne są urządzenia wykorzystujące jednocześnie kilka geometrii, czyli pomiary wielokątowe.

Metoda ta pozwala mierzyć kolor jednocześnie pod różnymi kątami i uzyskiwać serię widm, które mogą być analizowane oddzielnie w celu obserwacji zarówno reakcji rozproszonych, jak i nierozproszonych.

Spektrofotometry przenośne czy stacjonarne: wybór operacyjny

Ostatnim czynnikiem przy wyborze spektrofotometru jest decyzja pomiędzy urządzeniem przenośnym a stacjonarnym.

Spektrofotometry przenośne są lepiej dostosowane do pracy w terenie i wykonują wyłącznie pomiary odbiciowe, natomiast urządzenia stacjonarne zapewniają większą precyzję w przypadku kompleksowych analiz laboratoryjnych.

Spektrofotometry ColorWorkDesk: innowacja w pomiarze koloru

Linia przenośnych i stacjonarnych spektrofotometrów ColorWorkDesk (CWD) wprowadza nowy standard w dziedzinie kolorymetrii.

Te zaawansowane urządzenia umożliwiają precyzyjną ocenę koloru dowolnego materiału w różnych warunkach, wykonując pomiary zarówno w odbiciu, jak i transmisji.

Ich wszechstronność zapewnia kompleksowe i dokładne pomiary koloru, dzięki czemu stanowią wyróżniające się rozwiązanie dla nowoczesnych zastosowań przemysłowych.