荧光材料的颜色测量

荧光材料的颜色测量荧光材料是由金属（锌、铬）硫化物或稀土氧化物与微量活性剂配合经煅烧而成。无色或浅白色，是在紫外光(200～400nm)照射下，依颜料中金属和活化剂种类、含量的不同，而呈现出各种颜色的可见光(400～800nm)。荧光材料吸收一定波长的光，立刻向外发出不同波长的光，称为荧光，当入射光消失时，荧光材料就会立刻停止发光。更确切地讲，荧光是指在外界光照下，人眼见到的一些相当亮的颜色光，如绿色、橘黄色、黄色，人们也常称它们为霓虹光。随着科学技术的进步，人们对荧光的研究越来越多，荧光物质的应用范围越来越广。荧光物质除用作染料外，还在有机颜料、光学增白剂、光氧化剂、涂料、化学及生化分析、太阳能捕集器、防伪标记、药物示踪及激光等领域得到了更广泛的应用。荧光材料已渗透到人们生产和生活的各个方面,其颜色测量的方法具有特殊性。荧光材料的特点：只在其他光源照射下才有光发射。荧光材料其与一般物体的区别：不仅能反射一部分照射光的光谱成分，而且在照明光的激发下能发射在照明光束中不存在的一定成分光谱的辐射。荧光材料的颜色决定于它反射和发射光谱的总和，其中发射光谱往往起主要作用。光电积分式颜色测量与分光光度测色方法不同,它不是测量各个波长的颜色刺激,而是在整个测量波长范围内对被测颜色的光谱能量进行一次性积分测量。如果能通过三路积分测量,分别测得样品颜色的三刺激值X、Y、Z,那么就能进一步计算出样品颜色的色品坐标及其它相关色度参数。光电积分式测色仪器的光探测器一般为硅光电二极管,在要求仪器具有较高灵敏度的场合下,也可采用光电倍增管。国内光电积分式测色仪器首创先河的是杭州彩谱科技有限公司，该公司生产的分光测色仪CS-650能够精确测量荧光材料颜色。目前,荧光材料在荧光增白剂、交通标识和广告等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,研究和讨论荧光材料的颜色测量具有重要的意义。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,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。常用的荧光材料颜色测量方法有单色光激发测量法和复合光照射测量法。单色光激发测量法（如下图）原理是通过激发单色仪给样品以某一特定波长µ的单色光照射，然后用分析单色仪来测量可见波段各波长λ的辐亮度因数β(λ,µ)。对于不同的入射波长测得相应的辐亮度因数β(λ,µ)，可得当入射辐射光谱分布为S(µ)时，荧光材料在波长λ的反射和发射的相对光谱分布R(λ)由上可得荧光材料的三刺激值复合光照射测量法的特点是激发光源由复合光源直接照明。直接测得荧光材料在测试所用光源照射下的光谱辐亮度因数β(λ)，从而计算出三刺激值。结果只局限于特定光源照射的客观效果，无法推算在另一光源下此荧光材料的颜色特性。复合光照射测量法原理（如下图）：实际的荧光材料测色系统,可以有各种具体的结构形式。如下图所示,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,仪器采用氙灯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。而下图是采用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。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测量方法精度较低,且其所获得面地反映荧光材料的性能。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。下图为采用双单色仪系统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响应特性,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。由上述可见,应用双单色仪系统对荧光材料进行颜色测量，彩谱分光测色仪采用双光路阵列传感器，满足双单色仪系统的要求，能够对荧光材料进行精准的颜色测量。