Измерение цвета и шкалы для его оценки

Как оценить цвет на основании измерения? Какие бывают шкалы оценки и чем они отличаются друг от друга? На эти вопросы мы ответим в этой и в следующей статье.

Действие и строение спектрофотометра

Аппарат для измерения цвета получил большую популярность, когда оказалось, что он позволяет точно определить цвет исследуемого вещества с помощью цифр. Большим преимуществом спектрофотометра является быстрота анализа и легкость приготовления образца. Действие спектрофотометра состоит в определении количества света, которое поглощается при прохождении через образец.

Механизм действия этого прибора базируется на законе Ламберта — Бера, определяющем связь между поглощенным светом и тремя факторами, такими как концентрация вещества, длина пути света при прохождении через анализируемое вещество и коэффициент экстинкции исследуемого вещества. Длина пути во время каждого измерения известна и равна ширине измерительного лотка.

Спектрофотометр состоит из нескольких элементов:

• источника света, которым чаще всего является дейтериевая или водородная лампа;
• монохроматора, который выделяет из всего спектра только полосу излучения с определенной длиной волн, затем пропускает этот свет через лоток с анализируемым образцом;
• измерительного лотка — емкости, в которую наливается исследуемое вещество;
• детектора, роль которого состоит в преобразовании электромагнитного излучения в электрический сигнал. Чаще всего это фотоэлементы и фотоэлектронные умножители.

После помещения исследуемого образца в лоток, а затем  лотка в спектрофотометр, можно начать измерение. Свет, излучаемый источником, проходит через призму или дифракционную решетку (дисперсионный элемент монохроматора). Соответствующая длина волн, выделенная монохроматором, направляется на лоток, в котором находится образец. Затем, после прохождения через анализируемую жидкость, свет падает на детектор, благодаря которому на экране прибора показывается результат анализа.

Немного иначе оценивается цвет сухих образцов и твердых веществ, в случае которых измеряется не проходящий через них, а отражаемый ими свет. Данный метод, широко используемый производителями лакокрасочных материалов, будет представлен в следующей статье.

Сейчас спектрофотометры используются почти на каждом промышленном предприятии, на котором необходим точный мониторинг и анализ различий между цветами. Спектрофотометры заменяют в отделах контроля качества все используемые до сих пор методы измерения цветов.  Эти аппараты позволяют проводить мониторинг различий для отдельных образцов из разных производственных партий. Стоит отметить, что эти приборы приспосабливаются к постоянно меняющимся правовым регуляциям, касающимся использования цветов и технологии.

Шкалы для оценки цветов

Жидкости и кроющие материалы значительно отличаются друг от друга. Поэтому шкалы для оценки цветов их образцов для прозрачных, светлых жидкостей также будут отличаться от шкал для покрытий и кроющих веществ. Для оценки прозрачных образцов используются шкалы Гарднера и APHA — Хазена, а также другие, такие как шкала Сейболта. С помощью шкалы Хантера и CIELab можно оценивать цвет непрозрачных материалов.

Измерение цвета и его оценка по вышеназванным шкалам позволяет определить качество продукции, выраженное с помощью числовых значений. Благодаря измерениям цвета света, проходящего через образец, можно получить детали, касающиеся каждого продукта, в том числе красок, лекарств, химических веществ и даже продовольственных продуктов. Стоит отметить, что знание шкалы цветов позволяет выбрать соответствующие инструменты для работы с целью измерения цвета.

Оценка цвета прозрачных жидкостей

Шкала APHA — Хазена

Название этой шкалы происходит от первых букв названия Американской ассоциации общественного здравоохранения (англ. American Public Health Association) — организации, ответственной за внедрение визуальной шкалы цветов как метода оценки качества воды.

Шкала APHA, называемая также шкалой Хазена, предназначена для оценки образцов масел, нефтепродуктов, а также растворителей, пластмасс и фармацевтических препаратов. Это визуальный метод оценки, базирующийся на цветах жидких стандартных платино-кобальтовых растворов. По данной шкале дистиллированная вода имеет значение 0, а платино-кобальтовый раствор с концентрацией 500 ppm — значение 500. Стандартная кривая образуется в результате разбавления раствора Pt-Co с концентрацией 500 ppm. В определении, в зависимости от образца, присутствуют цвета от прозрачного и бесцветного до желтого.

Цвета продуктов, оцениваемые по шкале APHA — Хазена, могут определятся с помощью спектрофотометра. В количественном определении определяется степень следовой желтизны. Этот метод можно также использовать как визуальный показатель деградации образцов в результате воздействия света, тепла, а также присутствия загрязнений. Примерами продукции Группы PCC, для которых данный параметр измеряется как элемент контроля качества, являются: EXOplast OTE3, ROKAnol IT10, ROKAmer G5000E.

Шкала Гарднера

Шкала Гарднера создана для оценки цветов прозрачных продуктов коричнево-желтого цвета. С помощью данного метода исследуются такие вещества, как лаки, масла, смолы, а также жирные кислоты. Шкала Гарднера позволяет оценить осветление цвета образца в результате процессов, приводящих к изменениям в веществе. Это изменение цвета измеряется, и затем на основании измерения можно оценить возраст вещества, способ его обработки или подвержение воздействию света.

Шкала Гарднера состоит из 18 стандартных растворов. Сейчас данный метод оценки цвета масел и других коричнево-желтых прозрачных веществ непопулярен. Он был заменен измерением с помощью спектрофотометра, отличающегося точностью и подверженного  намного меньшему риску ошибок по сравнению с субъективной оценкой лица, проводящего испытание.  Шкала Гарднера используется для контроля качества таких продуктов, как ROKAdis 900, EXOdis PC950, ROKAdis PC440.

Шкала Сейболта

Третьей шкалой, предназначенной для оценки прозрачных образцов, является шкала Сейболта. Она предназначена для определения качества фармацевтических препаратов, а также нефтепродуктов, таких как керосин, топлива для самолетов, неокрашенный бензин, нефтяные воски. С помощью метода Сейболта можно оценить степень желтизны светлого вещества по шкале от –16 (что означает интенсивную окраску) до +30 (что означает бесцветное вещество).

Визуальная оценка по шкале Сейболта может быть чревата большим риском ошибки, связанным с различиями в интерпретации цветов, световыми условиями и условиями окружения. В силу неточности и неоднозначности оценки также этот метод был заменен автоматическими измерениями с помощью использования спектрофотометра.

Итоги

Главной целью анализа цветов с помощью шкалы цветов являет измерение загрязнений, содержащихся в образце. Однако анализируемый цвет вещества не является достаточной информацией, позволяющей идентифицировать загрязнение и оценить качество изделия. Дополнительным параметром является результат измерения затуманенности. Некоторые спектрофотометры оснащены элементами, позволяющими проводить измерения затуманенности и цвета, что позволяет постоянно контролировать качество продукции. Поэтому спектрофотометры входят в число приборов, широко распространенных в лабораториях контроля качества.