Comprender la medición de parámetros espectrofotométricos y sus definiciones

Trabajando en diferentes industrias, los espectrofotómetros son cruciales para medir y analizar datos objetivos de color. En esta guía, nos centraremos en los parámetros básicos y las especificaciones de los espectrofotómetros de color para proporcionar información sobre los algoritmos utilizados para medir, analizar e informar datos.

¿Qué miden los espectrofotómetros?

Los espectrofotómetros miden cómo la luz interactúa con los materiales midiendo la luz reflejada, transmitida o absorbida en varias longitudes de onda. Las mediciones necesarias consisten en:

• Reflectancia espectral: el porcentaje de luz reflejada de una superficie dentro de la región espectral de 380-780 nm.

• Valores colorimétricos: colores o representaciones en espacios CIE Lab*, CIE XYZ y RGB.

• Cálculos de diferencia de colorlas diferencias cuantitativas por las fórmulas ΔEab, ΔE94 y ΔE*00.

• Opacidad y transparencia: mediciones de luz de transmisión versus reflexión.

¿Dónde se usan los espectrofotómetros?

Tenga en cuenta algunos ejemplos de donde los espectrofotómetros se usan en la industria:

• Automotriz : coincidencia de pintura, desarrollo de recubrimiento y garantía de calidad.

• Textil y Moda : la coincidencia del color de la tela, la consistencia del tinte y la producción de prendas de vestir.

• Alimentos y bebidasMonitoreo, coherencia y adhesión a las normas.

• Plásticos y polímeros: control del color durante la fabricación, garantía de calidad.

• Impresión y gráficoscontrol y gestión del color y la reproducción del color en el proceso de impresión.

• CosméticosFormulación y consistencia del lote.

¿Cómo mide un espectrofotómetro las unidades de color?

Los espectrofotómetros transforman las mediciones físicas de la luz en unidades de color basadas en los estándares de la física óptica teórica y aplicada y la teoría del color. El proceso consiste en:

• Iluminación de la muestra con una fuente de luz en un cierto ángulo

• La luz transmitida y reflejada se separan en longitudes de onda constituyentes usando rejillas de difracción.

• Determinación de la intensidad de luz a intervalos espectrales discretos de 10-20 nm mediante fotodetectores.

• Datos espectrales en bruto procesados utilizando funciones de coincidencia de colores CIE

Resultados convertidos a valores de tristímulo (X, Y, Z) y espacios de color como Lab

¿Qué es una curva de reflectancia espectral?

Una curva de reflectancia espectral es un gráfico que muestra el porcentaje de reflectancia de luz para una superficie en relación con cada onda de luz dentro del rango visible. Esta curva es una descripción fundamental de la propiedad óptica del color “huella digital” para un material.

Características clave:

• Los materiales de color rojo exhiben altos valores de reflectancia a 700 nm con una caída en la reflectancia de 400 a 500 nm.

• Los materiales grises neutros exhiben una forma de neutralidad que muestra una reflectancia relativamente plana a través de todas las longitudes de onda que ejerce una variación mínima.

• Las curvas demuestran y proporcionan información sobre los cambios de color resultantes de la aplicación de diferentes configuraciones de iluminación.

• Esto es esencial para determinar el metamerismo de diferentes muestras y es crucial para el metamerismo y los cambios de valor entre dos muestras.

¿Cuál es la diferencia entre una reflectancia y un espectrofotómetro de transmisión?

La principal diferencia entre los espectrofotómetros de reflectancia y transmisión proviene de su disposición óptica y la naturaleza de las muestras que están destinadas a medir. Los espectrofotómetros de reflectancia están hechos para materiales opacos.

Su funcionamiento se basa en la luz reflejada de la superficie de la muestra. Tanto la luz como la muestra bajo medición se colocan en un ángulo especificado. Este instrumento es más adecuado para materiales opacos como pinturas, textiles, plásticos y papel. Estos instrumentos usan iluminación direccional (45°/0° o 0°/45°) o geometrías de iluminación difusa (esfera).

¿Qué son los parámetros de medición de color

Los parámetros de medición de color se refieren a detalles específicos como las especificaciones y condiciones que deben seguirse para asegurarse de que las mediciones de color son precisas, precisas y repetibles. Estos parámetros se establecen para explicar las funciones de los instrumentos y cómo deben procesarse los datos de medición.

Escala de colores

Cada parámetro de medición de color tiene un rango de medición de datos. En concreto, los parámetros de medición de color se limitan a solo doce puntos de datos para formar un gráfico de color completo de parámetros de medición de color.

CIE Iluminante

Las escalas de color que han sido coordenadas y subdivisiones CIE todavía proporcionan medidas de distancia relativa entre los colores. Escalas importantes como CIE XYZ todavía tienen valor y deben documentarse como que han establecido las bases para muchos espacios de color, rojo RGB, verde, azul, Hunter Lab, que preceden a CIE pero todavía se usan en aplicaciones heredadas.

Observador estándar CIE

Modelando matemáticamente a un humano promedio' La visión en color utiliza las funciones CIE Standard Observer. Hay dos observadores estándar: el "observador de 2°", que se basa en un campo de visión de 2°, y el "observador de 10°", que se basa en un campo de visión de 10°.

En los cálculos colorimétricos, la elección del observador puede ser limitante, particularmente para la visión periférica. El observador de 10° suele ser preferido para conjuntos de muestras grandes y se está convirtiendo en el estándar para la mayoría de otras aplicaciones de medición de color.

Geometría del instrumento

La geometría del instrumento se refiere a los ángulos de iluminación y recogida, es decir: cómo la luz ilumina la muestra y el ángulo desde el que la luz es recogida por el detector. Este parámetro afecta particularmente a los resultados de medición para una muestra con un acabado texturizado, metálico o perloso.

Las geometrías comunes incluyen 45°/0° (iluminación de 45° y visión de 0°), 0°/45° (iluminación de 0° y visión de 45°) y difuso/8°. Cada geometría es apropiada para un tipo de muestra y aplicación dado.

Preparación de la muestra

Las mediciones precisas y repetibles dependen de la precisión de la muestra preparada. Esto incluye la limpieza superficial, el acabado superficial, el volumen de muestra, la uniformidad de la muestra y el grosor de la capa (en el caso de mediciones de transmisión), y la alineación con la abertura de medición.

Presentación de muestras

La presentación de la muestra es cómo se mantiene y posiciona la muestra durante las mediciones. La presentación de muestras estándar mejora la precisión y la repetibilidad, mejorando la fiabilidad de los resultados.

Los factores relevantes incluyen el soporte de la muestra (para los materiales translúcidos), la planura de la muestra, la fuerza estándar y la alineación con el dispositivo de medición. eje óptico s.

Fórmula de diferencia de color

Los cálculos matemáticos sobre la diferencia de color cuantifican la variación calculando la diferencia entre dos mediciones. Diferentes fórmulas ponen diferentes pesos en diferentes factores de diferencia de color.

La fórmula más ampliamente adoptada hasta que se realizaron sus limitaciones fue ΔEab (CIE 1976). El desarrollo posterior llevó a ΔE94 y ΔE00 (CIE 2000) – ambos proporcionan una correlación mejorada con la evaluación visual, y ΔECMC que es mejor para los textiles que sus predecesores.

Espectrofotómetros Geometría óptica

El diseño óptico de un espectrofotómetro afecta cómo la luz interactúa con la muestra e influye en los resultados de medición. Algunas geometrías son más adecuadas para materiales y aplicaciones particulares que otras.

Las geometrías direccionales (45°/0° y 0°/45°) utilizan haces de luz enfocados en ángulos específicos. Debido a que omiten la reflexión especular, estas geometrías son perfectas para medir el color de superficies lisas y mates. En circunstancias normales de visualización, los resultados son consistentes con la evaluación visual humana.

Espectrofotómetros Integrando Esfera

Una esfera integrante (a menudo usada con espectrofotómetros) es una esfera hueca recubierta en el interior con un recubrimiento altamente reflectante, creando una iluminación difusa uniforme. La geometría de la esfera garantiza que la muestra se ilumina desde todos los ángulos, lo que elimina las sombras y da una iluminación uniforme, una iluminación consistente independientemente de la textura o la forma de la muestra.

La esfera está generalmente equipada con varios puertos. Estos son uno para la fuente de luz, uno para la muestra, uno para el detector, y opcionalmente estándares de referencia o diferentes geometrías de medición.

Espectrofotómetros Fuente de luz

Los espectrofotómetros están equipados con fuentes de luz que son lámparas flash de xenón o matrices LED. Estas fuentes deben proporcionar una emisión uniforme de iluminación de amplio espectro en todo el rango visible.

Las lámparas flash de xenón emiten luz intensa durante cortos períodos de tiempo, ideal para medir la precisión crítica del color. Sin embargo, estas lámparas tienen una vida útil limitada y pueden necesitar recalibración de vez en cuando.

A diferencia de las lámparas flash, las matrices LED tienen una vida útil más larga, necesitan menos energía y necesitan menos tiempo para las mediciones. Sin embargo, pueden necesitar una ingeniería cuidadosa para eliminar las brechas en la cobertura espectral. Los conjuntos de LED, a diferencia de las lámparas flash, combinan múltiples LEDs de diferentes salidas espectrales para proporcionar iluminación de amplio espectro.

¿Qué es el modo espectrofotométrico?

Cada modo se personaliza para diferentes tipos de muestras y aplicaciones. Los modos espectrofotométricos utilizan ajustes de medición distintivos del dispositivo junto con métodos de procesamiento de datos para cada modo.

Modo de reflectancia para muestras opacas, pinturas, textiles, plásticos y papeles. El modo calcula el porcentaje de luz que se refleja y establece valores de color del espectro de luz reflejada.

Para líquidos, películas y vidrio, el modo de transmisión se utiliza para determinar el porcentaje de luz que se transmite a través de límites opacos. El espectro de luz transmitida se utiliza para los cálculos de color.

¿Qué es el Sensor de Espectrofotómetros?

Como con cualquier tecnología moderna, hoy' Los espectrofotómetros utilizan sensores que convierten la intensidad de la luz en señales eléctricas para convertirlas en un formato digital. La mayoría de los dispositivos modernos contienen una o más de las siguientes tecnologías de sensores:

• Arrays de fotodiodos de silicioEstos sensores ofrecen una increíble capacidad de respuesta en todo el espectro de luz visible y tienen buenas relaciones señal-ruido junto con un rendimiento estable.

• CCD (dispositivo acoplado a carga)Las matrices ofrecen alta sensibilidad y alta resolución, aunque tienden a ser un poco más lentas que las matrices de fotodiodos, por lo que se encuentran en dispositivos de alta precisión para la investigación.

• CMOSEstos sensores están entrando en dispositivos portátiles porque tienen requisitos de energía más bajos y ofrecen un buen valor en rendimiento.

¿Qué es un espectrofotómetro' Longitud de onda?

La especificación de longitud de onda para un espectrofotómetro define su rango de medición de radiación electromagnética. La mayoría de las aplicaciones que se ocupan de la medición del color se enfocan en el rango de luz visible que es de 380 nm a 780 nm, pero algunos instrumentos incluso van a las regiones del ultravioleta cercano (UV) e infrarrojo cercano (NIR).

• Extensión del rango UVEste rango es importante para cualquier dispositivo que se concentre en la detección de materiales que tienen brillantes UV o características fluorescentes de materiales. Estos se encuentran comúnmente en papel, textiles e incluso detergentes.

• Rango NIR extendidoEsta gama es útil para algunas investigaciones de materiales que pueden requerirlo, o para algunas aplicaciones especiales.

La precisión y estabilidad de un instrumento' La calibración de su color para su medición es crítica para garantizar resultados consistentes, ya que incluso los más mínimos errores de calibración pueden dar lugar a inexactitudes de medición significativas.

¿Qué es el espectrofotómetro' s Interval de longitud de onda? l

El intervalo de longitud de onda (resolución espectral) es la distancia o el espacio entre dos puntos de medición consecutivos a través del espectro. Algunos intervalos comunes son 1nm, 5nm, 10nm y 20nm.

Intervalos más finos (1nm, 5nm) Los profesionales obtienen una mayor precisión del color y datos espectrales detallados. Sin embargo, esto requiere sistemas ópticos sofisticados y tiempos de medición más largos. Estos intervalos son favorables en la investigación y las necesidades críticas de coincidencia de colores.

Los intervalos más gruesos (10nm, 20nm) ofrecen un diseño de instrumento más sencillo y una medición más rápida. Estos intervalos son suficientes para la mayoría de las tareas de medición de color de rutina.

¿Qué son los espectrofotómetros que miden la reflectancia?

La reflectancia medida se define como el porcentaje de luz incidente que una muestra refleja a una longitud de onda dada. Es la medición más básica en colorimetría y la base de todos los cálculos realizados.

La reflectancia puede medirse con precisión mediante instrumentos de alta calidad dentro del espectro visible con una precisión superior al 0,1% y una precisión del 0,05%. En general, el intervalo de medición es de casi el 0% (materiales muy oscuros) y más del 100% (para materiales con propiedades fluorescentes).

¿Qué es el espectrofotómetro' s Medir la apertura?

La abertura de medición se refiere a la muestra iluminada y analizada; Área S. Los tamaños estándares de la abertura de medición varían de 1 mm a 30 mm, siendo el primero adecuado para muestras más pequeñas y el último ideal para mediciones medias de muestras más grandes con superficies texturizadas.

Las aberturas más pequeñas (1-4 mm) son útiles para capturar características de muestras pequeñas, pero no son ideales para capturar el color general de la muestra o el color de muestras texturizadas.

¿Qué es un espectrofotómetro' Índice Colorimétrico?

Los índices colorimétricos se derivan de datos analizados y calculados que describen detalles de color o calidad. Estos son conocidos como índices comunes.

• El índice de blanqueza mide la intensidad de blanqueza de un material que es fundamental en la producción de papel, textiles y plásticos.

• El Índice de Amarillamiento (YI) mide la intensidad del amarillecimiento, que es esencial al monitorear las variaciones de color inducidas por el envejecimiento o el clima.

• La concentración de colorantes en materiales tales como tintes y pigmentos se mide usando la resistencia del color (valores K/S).

Estos índices simplifican la evaluación del color y la toma de decisiones en el control de calidad proporcionando métricas de un solo número.

¿Qué es el espectrofotómetro' ¿Ángulo del observador?

El ángulo de observador a,s definido por CIE como 2° o 10°, es la región del espacio donde se ve y mide el color. Este ángulo también define cómo las funciones de coincidencia de colores calculan la importancia de las diferentes porciones del espectro.

El observador 2º fue establecido en 1931 y define la visión en color como vista dentro de un pequeño campo de visión central. Esto todavía se utiliza en algunos sistemas heredados y aplicaciones de nicho.

El observador de 10°, establecido en 1964, define la visión de color sobre un campo más amplio. Esto se está convirtiendo cada vez más en el estándar predeterminado para la mayoría de las aplicaciones de medición de color.

¿Cuál es la repetibilidad de los espectrofotómetros?

La repetibilidad describe la precisión de medición de un instrumento por la consistencia con que se hace una medición de la misma muestra varias veces bajo las mismas condiciones. La mayoría de las veces se da como la desviación estándar de los valores medidos.

Los espectrofotómetros de medición de color de gama alta logran una repetibilidad mejor que 0,02 unidades ΔE*ab, lo que significa que la medición de la misma muestra no diferirá en más de esta cifra. Este grado de precisión ayuda a identificar cambios de color muy menores y soporta estrictos requisitos de control de calidad.

¿Qué es un espectrofotómetro' ¿Error entre instrumentos?

El error entre instrumentos (o acuerdo entre instrumentos) define el grado en que las mediciones realizadas por diferentes instrumentos del mismo modelo coinciden para las mismas muestras dadas. Esta medición es muy importante para el control remoto de calidad y la comunicación en color.

Los espectrofotómetros son ahora capaces de lograr un acuerdo entre instrumentos mejor que las unidades 0,2 ΔE*ab, lo que permite una medición de color consistente independientemente de la ubicación y el instrumento utilizado. El logro de este acuerdo entre instrumentos solo es posible con tolerancias de fabricación rigurosas, metodología de calibración consistente y estándares de referencia documentados.

¿Cuáles son los diferentes tipos de espectrofotómetros?

Los espectrofotómetros pueden clasificarse por varios criterios, incluyendo su diseño óptico, geometría de medición, capacidades de manejo de muestras y aplicaciones previstas.

Los instrumentos de banco ofrecen la más alta precisión y los conjuntos de características más completos. Ellos' Se utiliza típicamente en laboratorios e instalaciones de control de calidad donde la precisión de la medición es primordial. Estos instrumentos a menudo incluyen múltiples geometrías de medición, amplias capacidades de calibración y software sofisticado para el análisis de datos y la coincidencia de colores.

Clasificar espectrómetros por ángulo de medición

Espectrofotómetros 0:45/45:0

Estos instrumentos utilizan iluminación direccional y ángulos de visión, ya sea iluminando a 0° y viendo a 45°, o viceversa. Esta geometría excluye la reflexión especular, haciendo que las mediciones se correlacionen bien con la evaluación visual humana de las superficies mate.

La geometría 0:45/45:0 es ideal para medir pinturas, recubrimientos, textiles y papel, donde el brillo de la superficie no debe afectar a la medición del color. Proporciona una excelente repetibilidad y es menos sensible a ligeras variaciones en el posicionamiento de la muestra.

Espectrofotómetros de esfera

Los espectrofotómetros de esferas utilizan esferas integrantes para crear iluminación difusa desde todas las direcciones. Pueden operar con reflexión especular incluida (SPIN) o excluida (SPEX), proporcionando flexibilidad para diferentes tipos de muestras.

Las mediciones SPIN incluyen toda la luz reflejada y son útiles para medir la apariencia total de materiales brillantes, acabados metálicos y recubrimientos perlosos.

Las mediciones SPEX excluyen la reflexión especular y se enfocan en el componente de color difuso, similar a los instrumentos de geometría direccional pero con la ventaja de acomodar superficies texturizadas y curvas.

La condición de medición con exclusión de componentes especulares (SCE), que elimina la luz reflejada especular, es adecuada para el control de calidad del color en campos como polvos, coloides y materiales de alta reflectividad.

Espectrofotómetros de múltiples ángulos

Los espectrofotómetros multiángulos miden el color y la apariencia en múltiples ángulos de visión simultáneamente, típicamente 15°, 25°, 45°, 75° y 110° desde el ángulo de reflexión especular. Estos instrumentos son esenciales para caracterizar materiales de efecto especial como metales, perlas y recubrimientos de interferencia.

Dónde aprender más sobre espectrofotómetros

Dominar la medición espectrofotométrica implica integrar la teoría con la experiencia práctica. Para la educación continua, conferencias y publicaciones, el Inter-Society Color Council (ISCC) y el Color Group (Gran Bretaña) son asociaciones profesionales de color a considerar.

¿Qué mide un espectrómetro?

Los espectrofotómetros modernos hacen más que medir el color básico. Ofrecen una caracterización espectroscópica avanzada de la apariencia de un material. Además de las coordenadas de color en diferentes espacios de color, se calculan parámetros colorimétricos tales como la intensidad del color, el blanco, el amarillo y la opacidad.

Comprender los parámetros de medición espectrofotométrica para asegurar la consistencia del color

Lograr la consistencia de la medición del color requiere una estrecha relación entre todos los parámetros de medición y sus interacciones. Cada elección de un parámetro definido interactúa con resultados específicos y debe adaptarse a la aplicación y al tipo de muestra.

La comunicación en color significativa y el control de calidad en una organización requieren la estandarización de los marcos de medición y procedimientos. Estos incluyen parámetros de instrumentos patentados, preparación de muestras, condiciones ambientales y calibración y capacitación del operador.

La medición regular de los parámetros del instrumento con referencia certificada garantiza la precisión y la detección temprana de deriva o problemas que comprometan la calidad de la medición y la verificación del rendimiento.