Messung des Farbtons und die Bewertungsskalen

Wie kann man eine Farbe anhand einer Messung beurteilen? Was sind die Ratingskalen und wie unterscheiden sie sich voneinander? Diese Fragen werden in diesem und dem folgenden Artikel beantwortet.

Funktionsweise und Aufbau des Spektralphotometers

Das Farbmessgerät wurde sehr beliebt, als sich herausstellte, dass es möglich war, die Farbe der geprüften Substanz genau, d. h. mit Hilfe von Ziffern, zu bestimmen. Ein großer Vorteil des Spektralphotometers ist die Schnelligkeit der Analyse und die unkomplizierte Probenvorbereitung. Das Spektralphotometer misst, wie viel Licht von einer Probe absorbiert wird.

Der Wirkungsmechanismus basiert auf dem Lambert-Beer-Gesetz, das die Beziehung zwischen dem absorbierten Licht und drei Faktoren bestimmt, wie z. B. die Konzentration der Substanz, die Entfernung, die das Licht beim Durchtritt durch die Substanz zurücklegt, und den Extinktionskoeffizienten der Testsubstanz. Der Abstand ist für jede Messung bekannt und entspricht der Breite der Messküvette.

Ein Spektralphotometer besteht aus:

• einer Lichtquelle, die meist eine Deuterium – oder Wasserstofflampe ist,
• einem Monochromator, der aus dem gesamten Spektrum nur ein Strahlungsband einer ausgewählten Wellenlänge auswählt und dieses Licht dann durch eine Küvette leitet, die die zu analysierende Probe enthält,
• einer Messküvette – ein Behälter, der mit der Prüfsubstanz gefüllt wird,
• einem Detektor, dessen Aufgabe es ist, elektromagnetische Strahlung in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Meistens handelt es sich dabei um Fotozellen und Fotomultiplikatoren.

Nachdem der Prüfkörper in die Küvette und dann die Küvette in das Spektralphotometer eingeführt wurde, kann die Messung gestartet werden. Das von der Quelle emittierte Licht durchläuft ein Prisma oder Beugungsgitter (Dispersionselement in einem Monochromator). Die durch den Monochromator gewählte Wellenlänge wird auf die Küvette mit der Probe gerichtet. Nach dem Durchlaufen der zu analysierenden Flüssigkeit fällt das Licht dann auf den Detektor, der das Ergebnis der Analyse auf dem Gerätebildschirm anzeigt.

Der Farbton von trockenen und festen Proben, die mittels reflektierten statt durchgehenden gemessen werden, wird etwas anders beurteilt. Diese Methode, die von den Farben- und Lackherstellern häufig verwendet wird, wird im nächsten Artikel näher erläutert.

Heutzutage werden Spektralphotometer in fast jedem Industrieunternehmen eingesetzt, wo eine genaue Überwachung und Analyse von Farbunterschieden erforderlich ist. Spektralphotometer ersetzen alle bisherigen Farbton-Messverfahren in den Qualitätskontrollabteilungen.  Mit diesen Geräten ist es möglich, die Unterschiede zwischen einzelnen Proben aus verschiedenen Produktionschargen zu überwachen. Es ist anzumerken, dass sich diese Geräte an die sich ständig ändernden Vorschriften über den Einsatz von Farben und Technologien anpassen

Farbtonbewertungsskalen

Flüssigkeiten und opake Materialien unterscheiden sich deutlich voneinander. Daher sind die Farbskalen für ihre Proben unterschiedlich. Die Gardner- und APHA-Hazen-Skalen sowie andere Skalen wie die Saybolt-Skala werden zur Auswertung transparenter Proben verwendet. Mit der Hunter- und CIELab-Skala kann der Farbton von undurchsichtigen Materialien beurteilt werden.

Die Farbtonmessung und -auswertung in den obigen Skalen ermöglicht es, die Qualität des Produkts, mittels Zahlen zu bestimmen. Durch die Messung der Lichtfarbe, die durch die Probe fällt, ist es möglich, Details zu jedem Produkt zu erhalten, darunter Farben, Medikamente, Chemikalien und sogar Lebensmittel. Es ist erwähnenswert, dass die Kenntnis der Farbtonskala die Wahl der richtigen Werkzeuge für die Farbtonmessung ermöglicht.

Bewertung des Farbtons von klaren Flüssigkeiten

Die APHA- Hazen-Skala

Der Name der Skala stammt von den ersten Buchstaben der American Public Health Association, der Organisation, die für die Umsetzung der visuellen Farbskala als Methode zur Beurteilung der Wasserqualität verantwortlich ist.

Die APHA-Skala, auch bekannt als Hazen-Skala, wird zur Beurteilung von Öl-Proben, von Erdölderivaten sowie von Lösungsmitteln, Kunststoffen und Arzneimitteln verwendet. Es handelt sich um eine visuelle Bewertungsmethode, die auf flüssigen Farbmustern der Platin-Kobalt-Lösung basiert. In dieser Größenordnung ist destilliertes Wasser 0 und Platin-Kobalt-Lösung bei 500 ppm 500, die Standardkurve wird durch Verdünnen von 500 ppm Pt-Co-Lösung gebildet. Je nach Muster reichen die Farben von transparent und farblos bis gelb.

Die Farbtöne der auf der APHA-Hazen-Skala bewerteten Produkte können mit Hilfe eines Spektralphotometers bestimmt werden. In einer quantitativen Bestimmung werden Vergilbungsspuren bestimmt. Dieses Verfahren kann auch als visuelle Anzeige des Abbaus von Proben nach Licht-, Hitze- und Verunreinigungseinwirkung verwendet werden. Die Beispiele für ein Produkt der PCC-Gruppe, bei dem dieser Parameter als Qualitätssicherungselement gemessen wird, sind: EXOplast OTE3, ROKAnol IT10, ROKAmer G5000E.

Gardner-Skala

Die Gardner-Skala wurde entwickelt, um die Farben von transparenten, braungelben Produkten zu bewerten. Mit dieser Methode werden Substanzen wie Lacke, Öle, Harze und Fettsäuren getestet. Die Gardner-Skala bewertet die Aufhellung des Farbtons einer Probe aufgrund von Prozessen, die eine Veränderung der getesteten Substanz bewirken. Diese Farbtonveränderung wird gemessen, und es ist dann möglich, anhand der Messung das Alter, die Verarbeitungsart oder die Lichteinwirkung zu bewerten.

Die Gardner-Skala besteht aus 18 Standardlösungen. Heute ist diese Methode zur Beurteilung des Farbtons von Ölen und anderen braungelben, transparenten Substanzen nicht mehr beliebt. Es wurde durch eine Messung mit einem Spektralphotometer ersetzt, das präziser ist und eine viel geringere Fehlerquote aufweist als die subjektive Bewertung des Prüfers.  Mit der Gardner-Skala wird die Qualitätskontrolle für Produkte wie ROKAdis 900, EXOdis PC950, ROKAdis PC440, EXOdis PC950 und ROKAdis PC440 durchgeführt.

Saybolt-Skala

Die dritte Skala zur Farbbeurteilung von transparenten Proben ist die Saybolt-Skala. Es dient zur Qualitätsbestimmung von pharmazeutischen Produkten sowie petrochemischen Produkten wie Kerosin, Flugkraftstoffen, ungefärbtem Benzin, Erdölwachsen. Mit der Saybolt-Methode kann die Vergilbung einer hellen Substanz auf einer Skala von -16 (das bedeutet starke Farbe) bis +30 (das bedeutet farblos) beurteilt werden.

Die visuelle Bewertung auf der Saybolt-Skala kann aufgrund unterschiedlicher Interpretationen von Farbtöne, Lichtverhältnissen und Umgebung sehr fehleranfällig sein. Wegen der Ungenauigkeit und Mehrdeutigkeit der Bewertung wurde diese Methode auch durch automatische Messungen mit einem Spektralphotometer ersetzt.

Fazit

Der Hauptzweck der Farbanalyse mit einer Farbskala ist die Messung der in der Probe vorhandenen Verunreinigungen. Die Farbe des analysierten Stoffes ist jedoch nicht ausreichend, um die Verunreinigung zu identifizieren und die Qualität des Produkts zu beurteilen. Ein zusätzlicher Parameter ist das Ergebnis der Trübungsmessung. Einige Spektralphotometer sind mit Elementen zur Messung von Nebel und Farbe ausgestattet, was eine kontinuierliche Kontrolle der Produktionsqualität ermöglicht. Aus diesem Grund gehören Spektralphotometer zu den am häufigsten in Qualitätskontrolllabors verwendeten Geräte.