Что такое спектрофотометр и где он используется

Спектрофотометр — прибор для спектрального измерения характеристик цвета поверхности. Принцип его работы основан на анализе отражённого света: 

• прибор фиксирует, как образец отражает световое излучение в зависимости от длины волны и каков уровень его поглощения;

• строит спектральную кривую — основу для дальнейшего оптического анализа.

Важно не путать такой прибор с химическими фотометрами, которые работают с жидкими растворами в кюветах и определяют концентрацию веществ. Цветоизмерительный спектрофотометр имеет другое назначение: он оценивает цвет твёрдых, порошкообразных и пастообразных материалов.

В отличие от простых колориметров, которые фиксируют лишь тристимульные значения X, Y, Z, спектрофотометр снимает полный спектр отражения в пределах рабочего диапазона прибора. На основе этих данных рассчитываются цветовые координаты, показатели цветового различия и другие характеристики, необходимые для контроля качества.

Область спектрофотометров применения широкая. Они используются в различных отраслях:

• производстве лакокрасочных материалов и покрытий;

• переработке пластмасс;

• текстильной и пищевой промышленности.

В каждом из этих направлений устройства обеспечивают контроль стабильности цвета — от лабораторных проб до серийного выпуска продукции.

Разновидности спектрофотометров

Спектрофотометры различаются по форм-фактору и геометрии измерения. 

По форм-фактору приборы бывают:

• портативные — для контроля непосредственно на производстве или складе;

• стационарные, предназначенные для лаборатории. 

Ещё одна характеристика — геометрия измерения: именно она определяет, как прибор взаимодействует с поверхностью образца. На результат также влияют источник света и угол наблюдателя — эти параметры задаются при настройке прибора и учитываются при выборе. 

По геометрии выделяют два основных типа: 45°/0° и сферическую d/8°. Для покрытий с эффектом металлик или перламутр существуют также многоугловые приборы, которые снимают данные под несколькими углами одновременно.

45°/0°

Приборы с геометрией 45°/0° освещают образец под углом 45° и фиксируют отражённый свет перпендикулярно поверхности. Такая схема исключает зеркальное отражение и имитирует условия, при которых человек визуально оценивает окрашенные или печатные материалы. Портативные приборы с этой геометрией удобны для экспресс-проверки партий на производстве, складе или при входном контроле.

d/8° с интегрирующей сферой

В приборах с геометрией d/8° образец освещается диффузно — через интегрирующую сферу, которая равномерно рассеивает световой поток. Отражённый свет фиксируется под углом 8°. Такая схема стабильно работает с матовыми, глянцевыми и текстурированными поверхностями. 

Дополнительную гибкость обеспечивают режимы SCI и SCE: режим SCI включает зеркальную составляющую и используется для объективного сравнения партий вне зависимости от блеска поверхности, режим SCE её исключает и даёт результат, близкий к визуальному восприятию. Приборы с геометрией d/8° востребованы в лабораториях контроля качества.

Как выбрать спектрофотометр

Выбор подходящего прибора зависит от нескольких параметров:

• Допуск по цвету

Уточните, какой индекс ΔE используется в спецификации — разные формулы дают разные числа при одних и тех же образцах. Чем жёстче допуск, тем внимательнее стоит изучить технические характеристики прибора.

• Геометрия измерения

Для окрашенных поверхностей и печатной продукции подходит 45°/0°. Для образцов с разной текстурой или блеском — d/8° с интегрирующей сферой.

• Повторяемость и межприборное согласие

Повторяемость показывает, насколько стабильны результаты при многократном измерении одного образца на одном приборе. Межприборное согласие — насколько совпадают показания разных приборов на одном образце. Эти характеристики особенно важны при измерениях на нескольких приборах или площадках.

• Режимы SCI/SCE — включение и исключение зеркальной составляющей

Подробнее о них говорили в разделе про геометрию d/8°. Выбор режима существенно влияет на сопоставимость данных при работе с глянцевыми или текстурированными поверхностями.

• Размер апертуры

Это диаметр измерительного окна, через которое прибор контактирует с образцом. Должен соответствовать габаритам ваших образцов: слишком большая апертура захватит лишнее, слишком маленькая — не даст стабильного результата на неоднородных поверхностях.

Нюансы обслуживания и калибровки

Точность измерений напрямую зависит от регулярного обслуживания устройства. Вот на что нужно обращать внимание:

• Калибровка. Выполняется по комплекту эталонов — состав комплекта зависит от конструкции прибора. Проводят после включения и повторяют не реже одного раза в рабочую смену или при изменении условий эксплуатации.

• Чистота эталонов и контактных поверхностей. Пыль и загрязнения искажают результат. 

• Перед калибровкой и измерениями поверхности очищают — продувкой воздухом или мягкой безворсовой тканью.

• Периодическая поверка. Прибор и белый эталон проверяют не реже одного раза в год или в соответствии с регламентом лаборатории.

• Журнал калибровок. Помогает отслеживать воспроизводимость результатов и быстро выявлять причины расхождений при сравнении партий.

Заключение

Спектрофотометр подбирают под материал и задачу: геометрия измерения, размер апертуры и поддержка режимов SCI/SCE определяют, насколько результат будет точным и воспроизводимым. Не менее важно регулярно обслуживать прибор — даже небольшое загрязнение эталона или пропущенная калибровка влияют на качество данных.