Meranie farby a jej hodnotiace stupnice

Ako posúdiť farbu na základe merania? Aké sú hodnotiace stupnice a ako sa líšia? Na tieto otázky odpovieme v tomto a nasledujúcom článku.

Prevádzka a konštrukcia spektrofotometra

Prístroj na meranie farby sa stal veľmi populárnym, keď sa ukázalo, že umožňuje určiť farbu testovanej látky presným spôsobom, teda pomocou čísel. Veľkou výhodou spektrofotometra je rýchlosť analýzy a jednoduchosť prípravy vzorky. Spektrofotometer meria, koľko svetla prešlo vzorkou, ktorú absorbovala. Mechanizmus činnosti tohto zariadenia je založený na Lambert-Beerovom zákone, ktorý určuje vzťah medzi absorbovaným svetlom a tromi faktormi, ako je koncentrácia látky, dĺžka dráhy, ktorú svetlo prejde pri prechode analyzovanou látkou. a extinkčný koeficient testovanej látky. Dĺžka dráhy je známa pri každom meraní a rovná sa šírke meracej kyvety. Spektrofotometer pozostáva z niekoľkých prvkov:

• zdroj svetla, ktorým je zvyčajne deutérium alebo vodíková lampa,
• monochromátor, ktorý z celého spektra vyberie len tok žiarenia zvolenej vlnovej dĺžky a potom toto svetlo prepustí cez kyvetu obsahujúcu analyzovanú vzorku,
• odmerná kyveta – nádoba, do ktorej sa naleje testovaná látka,
• detektor, ktorého úlohou je premieňať elektromagnetické žiarenie na elektrický signál. Najčastejšie ide o fotobunky a fotonásobiče.

Meranie môže začať po umiestnení testovanej vzorky do kyvety a potom kyvety do spektrofotometra. Svetlo vyžarované zo zdroja prechádza cez hranol alebo difrakčnú mriežku (disperzný prvok v monochróme). Vhodná vlnová dĺžka zvolená monochromátorom je nasmerovaná do kyvety, v ktorej je umiestnená vzorka. Ďalej svetlo prechádza analyzovanou kvapalinou a dopadá na detektor, ktorý zobrazuje výsledok analýzy na obrazovke prístroja. Farba suchých vzoriek a pevných látok, pre ktoré sa meria odrazené svetlo, nie prechádzajúce svetlo, sa hodnotí trochu iným spôsobom. Táto metóda, bežne používaná, okrem iného výrobcami farieb a lakov, bude diskutovaná v nasledujúcom článku. V súčasnosti sa spektrofotometre používajú takmer v každom priemyselnom podniku, kde je potrebné presné sledovanie a analýza farebných rozdielov. Spektrofotometre nahrádzajú všetky doterajšie metódy merania farieb v oddeleniach kontroly kvality. Vďaka týmto zariadeniam je možné sledovať rozdiely vyskytujúce sa u jednotlivých vzoriek z rôznych výrobných šarží. Je potrebné zdôrazniť, že tieto zariadenia sa prispôsobujú neustále sa meniacim predpisom týkajúcim sa používania farieb a technológií.

Farebné hodnotiace stupnice

Tekutiny a krycie materiály sa výrazne líšia. Z tohto dôvodu budú stupnice hodnotenia farieb ich vzoriek odlišné pre priehľadné, číre kvapaliny a iné pre nátery a krycie látky. Na hodnotenie priehľadných vzoriek sa používajú škály Gardner a APHA – Hazen, ako aj iné, ako napríklad Sayboltova škála. Farbu nepriehľadných materiálov je možné hodnotiť pomocou Hunterovej stupnice a CIELAb. Meranie a hodnotenie farby pomocou vyššie uvedených stupníc umožňuje určiť kvalitu produktu vyjadrenú číselnými hodnotami. Meraním farby svetla prechádzajúceho vzorkou je možné získať podrobnosti o každom produkte, vrátane farieb, liekov, chemikálií a dokonca aj potravín. Stojí za zmienku, že vďaka znalosti farebnej škály je možné vybrať správne nástroje na prácu na meranie farby.

Hodnotenie farby čírych kvapalín

APHA-Hazenova stupnica

Názov tejto stupnice pochádza z prvých písmen Americkej asociácie verejného zdravia, čo je organizácia zodpovedná za implementáciu vizuálnej farebnej stupnice ako metódy hodnotenia kvality vody. Stupnica APHA, známa aj ako Hazenova stupnica, sa používa na hodnotenie vzoriek olejov, ropných derivátov, ako aj rozpúšťadiel, plastov a liečiv. Ide o vizuálnu metódu hodnotenia založenú na farbách tekutých vzorov roztoku platiny a kobaltu. Na tejto stupnici je hodnota destilovanej vody 0 a hodnota 500 ppm roztoku platiny a kobaltu je 500. Kalibračná krivka sa vytvorí zriedením roztoku Pt-Co (koncentrácia: 500 ppm). V závislosti od vzorky sa farba mení od priehľadnej a bezfarebnej až po žltú. Farby produktu hodnotené na stupnici APHA-Hazen možno určiť pomocou spektrofotometra. V kvantitatívnej indikácii sa určuje stopová žltosť. Túto metódu možno použiť aj ako vizuálny indikátor degradácie vzorky po vystavení svetlu, teplu a prítomnosti nečistôt. Príklady produktov PCC Group, u ktorých sa tento parameter meria v rámci kontroly kvality, sú: EXOplast OTE3, ROKAnol , ROKAmer G5000E.

Gardnerova stupnica

Gardnerova stupnica bola vytvorená na hodnotenie farieb priehľadných produktov hnedej a žltej farby. Pomocou tejto metódy sa testujú látky ako laky, oleje, živice ako aj mastné kyseliny. Gardnerova stupnica umožňuje hodnotiť rozjasnenie farby vzorky v dôsledku procesov spôsobujúcich zmenu substancie. Táto zmena farby sa meria a následne na základe merania je možné posúdiť vek, spôsob spracovania látky či svetelnú expozíciu. Gardnerova stupnica sa skladá z 18 štandardných riešení. Dnes táto metóda hodnotenia farby olejov a iných hnedo-žltých, priehľadných látok nie je populárna. Nahradilo ho meranie spektrofotometrom, ktoré je presné a prináša oveľa menšiu chybu ako subjektívne hodnotenie výskumníka. Pomocou Gardnerovej stupnice sa kontrola kvality vykonáva pre produkty ako ROKAdis 900, EXOdis PC950, ROKAdis PC440.

Sayboltova stupnica

Treťou stupnicou hodnotenia farby priehľadných vzoriek je Sayboltova stupnica. Používa sa na zisťovanie kvality farmaceutických výrobkov, ako aj výrobkov petrochemického pôvodu, ako sú petrolej, motorová nafta, nefarbený benzín, ropné vosky. Pomocou Sayboltovej metódy je možné hodnotiť žltosť svetlej látky na stupnici od -16 (čo znamená silné sfarbenie) do +30 (čo znamená bezfarebná látka). Vizuálne hodnotenie na Sayboltovej stupnici môže obsahovať veľkú chybu, vyplývajúcu z rozdielov vo výklade farieb, svetelných podmienok a prostredia. Pre nepresnosť a nejednoznačnosť hodnotenia bola táto metóda nahradená aj automatickým meraním spektrofotometrom.

Zhrnutie

Hlavným účelom analýzy farieb pomocou farebnej škály je meranie nečistôt prítomných vo vzorke. Analyzovaná farba látky však nie je dostatočnou informáciou na identifikáciu kontaminácie a posúdenie kvality produktu. Doplnkovým parametrom je výsledok merania zákalu. Niektoré spektrofotometre sú vybavené prvkami umožňujúcimi meranie zákalu a farby, čo umožňuje stálu kontrolu kvality produkcie. Z tohto dôvodu sú spektrofotometre jedným zo zariadení bežne používaných v laboratóriách kontroly kvality.