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荧光材料的颜色测量

目前,荧光材料在荧光增白剂、交通标识和广告灯领域已得到广泛应用,如在染料、颜料、塑料、油漆和包装材料中,都会加入荧光材料。因此现在的分光测色仪可以测量荧光材料的颜色变化时非常重要也是非常有意义的,下面就现在市场通行的可以测量分光测色仪的仪器进行分析和详解。
根据斯托克斯定律( Stockes’law) ,当荧光物质吸收了入射的辐射能量之后,被激发的荧光分子在返回基态时就会发射出比吸收的入射波长更长的辐射。当目视观察被光源照明的荧光材料时,人眼将看到可见区范围内的全部光谱辐射,即同时观察到材料对光源的反射(或透射)光谱和材料的荧光发射光谱。因此,分光测色仪采用物理方法测量荧光材料的颜色时,其测量结果必须与目视评价一致,否则会得到错误的结论。
实际的荧光材料分光测色仪测色系统,可以有各种具体的结构形式。如图1所示,这是利用积分球光学几何条件d /0测量荧光材料全光谱辐亮度因数(即荧光样品的反射和发射光谱辐亮度因数的总和)的系统原理图,分光测色仪采用氙灯D65模拟器,使标准和样品得到复色光照明,两束测试光由单色仪先后接收,最后获得测量数据。图2是采用0 /45光学几何条件的测量系统结构原理图。振动反射镜分别把标准测试光束和样品测试光束投射到单色仪的入射狭缝上,以获得标准和样品的比较信号,经过数据处理后,可测得荧光样品在实际照明条件下的全光谱辐亮度因数。
图1   d/0方式的荧光材料全光谱辐亮度因数测量系统
图2  0/45方式的荧光材料全光谱辐亮度因数测量系统
然而,在实际应用中要精确模拟标准照明体的光谱分布并非易事,特别是要模拟标准D65更为困难。因此,以上采用一个单色仪的分光测色仪测量方法精度较低,且其所获得的荧光特性参数还不能全面的反范颖荧光材料的。为了克服上述缺陷,可以采用双单色仪的测量系统,即对,每一个由激励单色仪照射于荧光样品的单色辐射所产生的反射和荧光发射光谱,再由一个分析单色仪进行分光测量,在测得样品的反射和荧光发射光谱辐亮度因数之后,可以计算出荧光样品的色度参数。 
图3为采用双单色仪系统的分光测色仪测量荧光材料的例子。该方法需要预先知道分析单色仪和光电探测器的光谱特性,而利用标定过的光源、标准白板和热电堆探测器,就可以确定其光谱响应特性。
图3   测量荧光材料的双单色仪系统
为了计算荧光样品的颜色参数,只要分别测出样品的反射分量βR (λ)和荧光分量βL(λ),就可以计算出全光谱辐亮度因数βT(λ),即:
βT (λ) =βR (λ) +βL (λ)
因此,荧光样品在光谱功率分布为Pe (λ)的照明体下,其三刺激值为:
式中,`x(λ)、`y(λ)、`z(λ)为所选用的CIE1931 ( 2°) 或CIE1964 (10°)标准色度观察者光谱三次激值函数。
由上述可见,应用双单色仪系统的分光测色仪对荧光材料进行颜色测量,是一种精确的方法,且由所测的全部光谱辐亮度因数,可以计算出在任意指定照明体下,被测荧光材料的相关色度参数。
分光测色仪是现代工业颜色检测的一种通用必要工具使用频率和使用范围都非常的广泛,之所以如此主要就是因为这种测量的方式及科学又精确。

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