Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Виконав:
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Харківський національний університет радіоелектроніки
Інститут:
О
Факультет:
КН
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2022
Тип роботи:
Кваліфікаційна робота
Предмет:
Радіоелектроніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України Харківський національний університет радіоелектроніки
Факультет інфокомунікацій
(повна назва)
Кафедра інформаційно-вимірювальних технологій
(повна назва)
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
Пояснювальна записка
рівень вищої освіти другий (магістерський)
Вимірювання кольорів за допомогою фотоколориметра
(тема)
2
Харківський національний університет радіоелектроніки Факультет інфокомунікацій
Кафедра інформаційно-вимірювальних технологій Рівень вищої освіти другий (магістерський)
Спеціальність 152 Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка
(код і повна назва)
Тип програми освітньо-професійна
(освітньо-професійна або освітньо-наукова)
Освітня програма Якість, стандартизація та сертифікація
(повна назва)
ЗАВДАННЯ
ЗАТВЕРДЖУЮ:
Зав. кафедри
(підпис)
« » 20 р.
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ
студентові Пахомовій Анастасії Олександрівні
(прізвище, ім’я, по батькові)
Тема роботи Вимірювання кольорів за допомогою фотоколориметра
затверджена наказом університету від _30_ листопада 2022 р. № _1538 Ст
Термін подання студентом роботи до екзаменаційної комісії грудня 2022 р.
Вихідні дані до роботи Державний стандартний зразок (ДСО) з концентрацією 5 мг/мл з відносною розширеною невизначеністю 0,3%;
Місткість мірної к олби 50 мл.
Концентрації РСР, які використовують для калібрування фотоколориметра: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг /мл.
Перелік питань, що потрібно опрацювати в роботі
Колорометрія
Інструменти для вимірювання кольору
Фотоколориметри
Сумісні вимірювання та їх використання для градуювання вимірювальних приладів
Вимірювання кольору за допомогою фотоколориметрів
Перелік графічного матеріалу із зазначенням креслеників, схем, плакатів, комп’ютерних ілюстрацій (п.5 включається до завдання за рішенням випускової кафедри)
_Демонстраційний матеріал у вигляді ppt-презентації
Консультанти розділів роботи (п.6 включається до завдання за наявності консультантів згідно з наказом, зазначеним у п.1 )
Найменування розділу
Консультант
(посада, прізвище, ім’я, по батькові)
Позначка консультанта про виконання розділу
підпис
дата
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№
Назва eтапів роботи
Терміни виконання етапів роботи
Примітка
1
Аналіз сучасного стану проблеми та
30.11.2022 – 5.12.2022
методів її вирішення
2
Розробка 1 та 2 розділів
05.12.2022 – 08.12.2022
3
Розробка 3 та розділів
09.12.2022 – 10.12.2022
4
Вимірювання та розробка 5 розділу
11.12.2022 – 12.11.2022
5
Написання пояснювальної записки
12.12.2022 – 14.12.2022
6
Представлення закінченої кваліфікаційної
15.12.2022
роботи на кафедру
Дата видачі завдання 2022 р.
Студент
(підпис)
Kepiвник роботи _д.т.к., проф. Захаров І. П.
(підпис) (посада, прізвище, ініціали)
РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка кваліфікаційної роботи магістра: 78 стр., 32 рис., 3 таб., 30 формул, 25 джерел.
КОЛОРИМЕТРІЯ, МЕТОД НАЙМЕНШИХ КВАДРАТІВ, НЕВИЗНАЧЕННІСТЬ, ДЕНСИТОМЕТР, КОЛОРИМЕТР, СПЕКТРОФОТОМЕТР, ФОТОКОЛОРИМЕТР, ФОТОКОЛОРИМЕТРІЯ, ФОТОМЕТР.
Об’єкт розроблення – фотоколориметр.
Мета роботи – вимірювання кольорів за допомогою фотоколориметра.
Результатом кваліфікаційної роботи є розрахунок кольору за допомогою фотоколориметра маючи певні вимірювання концентрації розчину, а також розуміння принципу дії фотоколориметру, його види, конструкція, принцип роботи та детально описаний метод калібрування й приведені розрахунки для нього.
У якості методу розробки використано метод найменших квадратів та лінійну регресію для сумісних вимірів. Для калібрування використаємо робочі стандартні розчини.
Розроблену методику доцільно використовувати у лабораторних умовах.
Для розвитку розробленої методики є такі пропозиції: провести оцінювання невизначеності вимірювань концентрації для ряду речовин, а також провести розрахунки з урахуванням кореляції.
ABSTRACT
Explanatory note of the Master's thesis: 78 pages, 32 figures, 3 tables, 30 formulas, a list of references from 25 names.
COLORIMETRY, METHOD OF LEAST SQUARES, UNCERTAINTY, DENSITOMETER, COLORIMETER, SPECTROPHOTOMETER, PHOTOCOLORIMETER, PHOTOCOLORIMETRY, PHOTOMETER.
The object of development is a photocolorimeter.
The purpose of the work is to measure colors using a photocolorimeter.
The result of the qualification work is an understanding of the principle of operation of the photocolorimeter, its types, design, principle of operation, and a detailed calibration method and calculations for it. The method of least squares and linear regression for compatible measurements were used as the development method. For calibration, we will use working standard solutions.
It is advisable to use the developed method in laboratory conditions.
For the development of the developed methodology, there are the following proposals: carry out an assessment of the uncertainty of concentration measurements for a number of substances, as well as carry out calculations taking into account the correlation.
ЗМІСТ
Скорочення та умовні позначення 7
Вступ 8
КОЛОРОМЕТРІЯ 9
Основи вимірювання кольору 9
Основні поняття колорометрії 18
Шкали для оцінки кольору 21
Методи кольорометрії 23
ІНСТРУМЕНТИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КОЛЬОРУ 27
Групи інструментів 27
Денситометри 28
Колориметри 33
Спектрофотометри 37
ФОТОКОЛОРИМЕТРИ 42
Фотоколориметричний метод 42
Види фотоколориметрів 45
Принцип роботи, функціональна схема, основні характеристики фотоколориметра 49
СУМІСНІ ВИМІРЮВАННЯ ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ ДЛЯ ГРАДУЮВАННЯ ВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ 55
Основні теоретичні відомості 55
Метод найменших квадратів 56
Визначення параметрів лінійної залежності 60
Принцип вибору світлофільтра 64
ВИМІРЮВАННЯ КОЛЬОРУ ЗА ДОПОМОГОЮ ФОТОКОЛОРИМЕТРІВ 65
Основні етапи методики вимірювання 65
Приготування робочих стандартних розчинів (РСР) 69
Проведення вимірювань 73
Оцінювання невизначеності вимірювань концентрації 74
ВИСНОВОК 76
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 77
СКОРОЧЕННЯ ТА УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ
CIE – International Commission on Illumination APHA – American Public Health Association ФЕК – фотоелектроколориметричний метод ПК – персональний комп’ютер
ГОСТ – державний (або міжнародний) стандарт ФВ – фізична величина
МНК – метод найменших квадратів РСР – робочий стандартний розчин ДСО – державний стандартний зразок
ВСТУП
Хоча людське око – це досконала система передачі даних, але вона не здатна дати точну характеристику кольору. Для цього потрібні додаткові фізичні інструменти, які опишуть кількісну оцінку основних параметрів кольорових зразків. В цьому випадку допомагає колорометрія – наука про вимірювання та кількісне вираження кольору.
Метод колориметрії дозволяє швидко та без використання дорогого обладнання визначити концентрацію речовин у розчинах із вже відомим складом. Його часто використовують для того, щоб встановити якість питної води, ступінь очищення харчових продуктів та напоїв, а також медицини для аналізу крові. Крім того, важливим плюсом колориметрії вважається точність виміру: вміст речовини визначається з точністю до 0,1-1%.
Вимірювання за допомогою фотоколориметра відрізняються простотою та швидкістю проведення. Точність їх у часто не поступається точності інших, складніших методів хімічного аналізу. Нижні межі визначуваних концентрацій залежно від методу становлять від 10-3 до 10-8 моль/л.
Зазначені обставини обумовлюють актуальність сформульованої теми дослідження.
Об’єкт дослідження – фотоколориметр.
Мета роботи – вимірювання кольорів за допомогою фотоколориметра.
КОЛОРОМЕТРІЯ
Основи вимірювання кольору
Концепція кольору – це один із самих фундаментальних блоків на основі яких люди інтерпретують навколишній світ. Насправді сприйняття кольору настільки важливо, що діти віком 18 місяців можуть розрізняти предмети за кольором, а до трьох років більшість дітей ідентифікують кольори за назвою. Тому більшість людей може стати шоком той факт, що за все життя вони, можливо, так і не вивчать основи науки про колір. Включаючи більшість вчених та інженерів, які виходять з університету, так і не відвідавши жодної лекції з науки світла. Складність цієї, здавалося б, простої теми полягає в тому, що наука про колір перебуває на перетині фізики, біології та психології. В результаті для повного розуміння цієї науки потрібно розібратися, як всі три ці області взаємопов'язані. Далі розглянуто основи колориметрії: структура людського ока і те, як вона впливає на здатність сприймати колір; після розгляду того, як наш мозок обробляє колір, буде досліджено, як можна кількісно виміряти колір за допомогою методів спектроскопії на прикладі колірної моделі Lab та діаграми кольоровості CIE (International Commission on Illumination – Міжнародна комісія з висвітлення) [9].
Найпростіше визначення людського ока – це система візуалізації із двома лінзами. У цій системі рогівка виконує більшу частину роботи, а лінза змінює кривизну, дозволяючи оку фокусуватися на об'єктах, розташованих на різних відстанях. Оптичні властивості ока влаштовані таким чином, що на сітківку завжди проектується чітке зображення за умови ідеального зору. Сама сітківка містить два типи фоторецепторів, званих паличками та колбочками, і для початку варто дати роз'яснення тому, як вони функціонують, перш ніж говорити про сприйняття людським мозком кольору.
Палички відповідають за зір при низькому освітленні, відомий як скотопічний (нічний) зір. Хоча палички більш чутливі, вони не забезпечують
хорошу колірну або просторову диференціацію кольору, що призводить до зниження гостроти зору в нічний час. Для порівняння колбочки менш чутливі, але забезпечують набагато кращий колірний зір та просторовий дозвіл. Коли колбочки домінують, тобто за високого рівня освітленості, це називається
«фотопічним» (денним) зором. Важливо відзначити, що оскільки немає бінарної різниці між тим, коли мозок використовує колбочки або палички, обидва типи фоторецепторів зазвичай працюють одночасно, це явище відоме як «мезопічний» (сутічний) зір [10].
/
Рисунок 1.1 – Структура ока
Як показано рис. 1.2 за умов низької освітленості чутливість очі до довжини хвилі зміщується в синю область, а умовах високої освітленості зміщується в червону область. Отже, аналіз сприйняття кольору вимагає дослідження і паличок, і колб з урахуванням рівня освітленості навколишнього середовища, але оскільки більша частина сприйняття обробляється колбами, ця стаття буде в першу чергу присвячена денному зору.
/
Рисунок 1.2 – Криві денного та нічного зору
В оці є три типи різних колб. S-колбочки чутливі до короткохвильового діапазону довжин хвиль, M-колбочки чутливі до середнього діапазону і L- колбочки чутливі до довгохвильового діапазону. По суті, це означає, що людське око здатне виявляти тільки червоне, зелене і синє, а потім мозок екстраполює всі інші кольори на основі інтенсивності цих трьох кольорів. У 1920-х роках Вільям Девід і Міжнародна комісія з висвітлення (CIE) вирішили виміряти чутливість до довжини хвилі кожної з цього набору колб, розробивши три криві, зображені на рис. 1.3, і діаграму кольоровості колірного простору, показану на рис. 1.4. Ця подія вважається початком колориметрії [11; 12].
/
Рисунок 1.3 – Три функції вирівнювання кольорів для відображення спектральних частот з діапазону
Рисунок 1.4 – Діаграма кольоровості колірного простору, прийнята CIE у 1931 році
Пізніше, в 1976 році, коли цифрове зображення стало більш популярним, було запроваджено варіант діаграми кольоровості, який краще враховував
«освітленість». Ця кольорова модель Lab показана на рис. 5. У цьому контексті термін "освітленість" (іноді званий "яскравістю") відноситься до кількості світла, яка відображається або пропускається. Також як у реальному людському сприйнятті співвідношення між L, a і b не лінійно і більш точно відповідає реальному зображенню, ніж інші традиційні методи. Однак кольорова гама настільки велика, що донедавна модель Lab стала звичайним явищем у додатках з цифрової обробки зображень, в таких як Adobe Photoshop, оскільки цифрове сховище і обчислювальна потужність більше не є обмежуючими факторами в обробці зображень [13].
/
Рисунок 1.5 – Кольорова модель Lab
У колориметрії існує три основні конфігурації виміру - випромінювання, пропускання та відображення [14]:
Випромінювання. Випромінювання є найпростішою конфігурацією з трьох і зазвичай використовується в колориметрії для освітлення та відображення. Для цих додатків використовуються дві стандартні конфігурації вимірювання, залежно від того, чи є ціль виміру окремої точки або загальної освітленості.
Для вимірювання різних точок використовується конфігурація, яка зазвичай називається «точковим виміром». У цій конфігурації лінза, що колімує, як показано на рис. 1.6, з'єднується зі спектрометром через оптоволоконний патч- корд. Коліміруюча лінза дозволяє обмежити поле зору певними точками, і, якщо спектрометр відкалібрований за енергетичною освітленістю, значення Х і Y можна розрахувати, застосувавши дані функції стандартного колориметричного спостерігача. Коліміруюча лінза зазвичай використовується для відкаліброваних за кольором дисплеїв і моніторів, що використовуються графічними дизайнерами, щоб гарантувати, що зображення на моніторах точно відображає зображення в його кінцевому вигляді під час друку.
/
Рисунок 1.6 – Коліміруюча лінза COL-UV/VIS компанії Avantes
І навпаки, якщо стоїть мета виміряти загальну освітленість, що падає на об'єкт, то замість використання лінзи, що колімує, необхідний косинусний коректор, зображений на рис. 7. Це дозволяє збирати світло в поле зору 180° (2π). Така геометрія дозволяє аналізувати загальну освітленість, забезпечуючи точність вимірювання кольоровості в місці, що цікавить. Ця конфігурація відома як «спектральна опроміненість» і зазвичай використовується у виробництві комерційного та театрального освітлення, де правильне освітлення необхідне передачі бажаного естетичного вигляду.
/
Рисунок 1.7 – Косинусний коректор CC-VIS/NIR виробництва Avantes
Пропускання. Багато аналітичних та індустріальних програм, особливо в області тестування продуктів харчування, виробництва пластику або скла вимагають колориметричного тестування напівпрозорих об'єктів. Для цих типів колориметричних додатків дуже важливо використовувати високостабільне широкосмугове джерело світла, такий як AvaLight-HA, Avantes, який може бути з'єднаний оптоволокном, або з тримачем кювети для рідких зразків, з регульованим тримачем лінз, що коламують, зображеним на рис. 8, для більших об'єктів , таких як прозорий пластик чи окуляри. Потім минуле світло може бути зібране спектрометром, наприклад, AvaSpec-ULS2048CL-EVO від Avantes або спектрометром з вбудованим термоелектричним охолодженням AvaSpec- ULS2048x64TEC-EVO, Avantes для більш поглинаючих об'єктів, щоб значно зменшити темновий шум на детекторі, що дозволяє значно зменшити темновий шум на детекторі, що дозволяє значно зменшити темновий шум на детекторі.
/
Рисунок 1.8 – Регульований тримач колімуючих лінз
Відображення. Найбільш поширеним методом колориметричних вимірювань, особливо в лакофарбовій промисловості, є використання відображення кількісної оцінки кольору об'єкта. Цей процес не тільки використовується для контролю якості промислового забарвлення та друку, а й щодня використовується в магазинах фарб у всьому світі, коли є необхідність підібрати фарбу за зразком. Вимірювання зазвичай проводяться двома різними способами: або за допомогою датчика відбивної здатності, як показано на рис. 9, або за допомогою інтегруючої сфери, як показано на рис. 10.
/
Рисунок 1.9 – Установка з використанням спектрометра AvaSpec, широкосмугового джерела випромінювання AvaLight-HAL та датчика відбивної здатності 45/0
/
Рисунок 1.10 – Установка з використанням спектрометра AvaSpec, широкосмугового джерела випромінювання AvaLight-HAL та інтегруючої сфери D8 з пасткою для усунення дзеркального відображення
Основні поняття колорометрії
Колориметрія - наука про колір та вимірювання кольору. Займається дослідженням методів вимірювання, вираження кількості та якості кольору та відмінностей кольорів, що виникла в XIX столітті.
Головну роль розвитку колориметрії зіграло відкриття німецьким математиком Р. Грассманом законів, відповідно до якими відчуття певного кольору можна викликати змішуванням (сумою) трьох основних кольорів спектра видимих променів (червоний зелений, синій (RGB)), взятих у певних частках. При цьому два з них будь-яких кольорів мають бути незалежними, тобто змішуючись, не повинні давати третій із них.
При вимірі кольору основним завданням є визначення координат кольору, оскільки всі інші величини обчислюються за значеннями. Координати кольору можуть бути визначені безпосередньо за допомогою триколірних колориметрів або компараторів кольору, або обчислені на підставі спектрів дифузного відображення або пропускання [15].
При падінні потоку випромінювання на поверхню предмета частина потоку може пройти крізь предмет, частина відбитися від поверхні, а частина поглинутися. Відношення відбитої, пропущеної та поглиненої частин потоку випромінювання до всього потоку, що падає на предмет, називають, відповідно, коефіцієнтом відбиття, пропускання та поглинання.
Стандартні колірні величини XYZ. Стандартні залежності спектральних величин є базою будь-якого арифметичного обчислення кольорів шляхом виміру. За допомогою колориметра функції представлені у вигляді стандартних градацій кольорів XYZ для набору будь-якого кольору. Стандартні колірні величини XYZ використовуються для розрахунку інших колориметричних
показників, як, наприклад, L*a*b* і L*u*v*. Стандартні колірні величини XYZ призводять до певного, конкректного арифметичного опису кольору.
Стандартна таблиця кольорів CIE. Відомо, що стандартні колірні градації XYZ були недостатньо ясними, і не забезпечували отримання зображень та відтінків вищої якості, а також яскравіші кольори. CIE намагалася обійти цей недолік, створюючи стандартну таблицю кольорів CIE, де показувала координати компонентів стандартних величин кольору x і y [16]. Координати кольору x та y були доповнені стандартною хроматичною величиною Y, яка описує яскравість кольору. Це створює колірний простір з координатами Yxy, в яких колірна точка будь-якого кольору фіксується трьома величинами, характеристика, яка також відрізняється новішими колірними моделями CIELAB і CIELUV. Колірні компоненти підраховуються за формулами:
?
? =
? =
/
? + ? + ?
?
/
? + ? + ?
і знаходяться в межах від 0 до 1. Y коливатиметься в межах: від 0 для чорного кольору та 100 – для білого.
Колірні моделі CIELAB та CIELUV. У 1976 році CIE допрацювала колориметричні системи з двома новими стандартизованими колірними просторами:
L*a*b* колірний простір CIE 1976
L*u*v* колірний простір CIE 1976
Колірні моделі CIELAB та CIELUV в даний час є головними колірними просторами для аналізу та опису фізичних кольорів. Формули для підрахунку L*a*b*, L*u*v* та їх отримані полярні координати L*C*h* були визначені у 1990 році з новою версією стандарту DIN 5033-3 [17; 18]. Стандартні колірні величини XYZ знову формують основу для розрахунків.
L*a*b* — колірні градації у колірному просторі та визначаються:
L* - для яскравості
a* - для градації червоно-зелених тонів
b* – для градації жовто-синіх тонів.
C* визначає насиченість
h* описує відтінок кольору у колі CIELAB
L* знаходиться в межах від 0 до чорного кольору і до 100 для білого. Величини яскравості розподіляються вздовж вертикальної осі у центрі колірного простору.
Вісь описує перехід від зеленого до червоного кольору, вісь b - перехід від синього до жовтого.
Значення а* є негативними на зеленій ділянці та позитивними на червоному. Аналогічно значення b* є негативними на синьому ділянці і позитивними на жовтому. a і b дорівнюють нулю у безбарвному центрі кола CIE. Насиченість C також дорівнює нулю в центрі і збільшується в усіх напрямках у міру переходу від центру. У колірному просторі CIELUV колірні координати а* та b* були замінені координатами u* та v*. L* має те саме
значення для обох колірних просторів.
Колірні відмінності між номінальними та реальними зразками. Колірні простори L*a*b* і L*u*v* мають перевагу в уявленнях колірних відмінностей, для рівнорозташованих випадків при сприйнятті одноїменних кольорів, але представлених для паралельного розгляду у двох варіантах: зразками номінальними і такими ж реальними зразками кольорів. Це робить оцінку колірних відмінностей між номінальними та реальними зразками легшою.
Спосіб оцінки колірних відмінностей двох таких варіантів є основою оцінки якості кольору. Це стосується всіх сфер діяльності, виробництва, а також застосування квітів насамперед у поліграфії.
Постійно зростаючі запити до якості кольорів, до стійкості і надійності фарб, що поставляються відповідно до прийнятих нормативів, ідентифікації відтворення кольорів різними виробниками забезпечуються спеціальними процесами і сучасною технологією вимірювання [19].
Кількість колірних відмінностей визначається за допомогою величин "дельта" - D. Визначаються величини D є різницею між номінальними та реальними значеннями. Усі величини виміру кольору можуть виражатися як значення прирощень D.
Шкали для оцінки кольору
Рідини та матеріали значно відрізняються один від одного. Тому шкали для оцінки кольорів їх зразків для прозорих, світлих рідин також відрізнятимуться від шкал для покриттів та речовин. Для оцінки прозорих зразків використовуються шкали Гарднера та APHA – Хазена, а також інші, такі як шкала Сейболта. За допомогою шкали Хантера та CIELab можна оцінювати колір непрозорих матеріалів [20].
Вимірювання кольору та його оцінка за вищеназваними шкалами дозволяє визначити якість продукції, виражену за допомогою числових значень. Завдяки вимірам кольору світла, що проходить через зразок, можна отримати деталі, що стосуються кожного продукту, у тому числі фарб, ліків, хімічних речовин та навіть продовольчих продуктів. Знання шкали кольорів дозволяє вибрати відповідні інструменти для роботи з метою вимірювання кольору. Оцінка кольору прозорих рідин
Шкала APHA – Хазена. Назва цієї шкали походить від перших літер назви Американської асоціації громадського охорони здоров'я (англ. American Public Health Association) - організації, відповідальної за впровадження візуальної шкали кольорів як методу оцінки якості води.
Шкала APHA, що називається також шкалою Хазена, призначена для оцінки зразків масел, нафтопродуктів, а також розчинників, пластмас та фармацевтичних препаратів. Це візуальний метод оцінки, що базується на кольорах рідких стандартних платино-кобальтових розчинів. За цією шкалою дистильована вода має значення 0, а платино-кобальтовий розчин з концентрацією 500 ppm - значення 500. Стандартна крива утворюється в
результаті розведення розчину Pt-Co з концентрацією 500 ppm. У визначенні, залежно від зразка, є кольори від прозорого і безбарвного до жовтого.
Кольори продуктів, що оцінюються за шкалою APHA - Хазена, можуть визначатись за допомогою спектрофотометра. У кількісному визначенні визначається ступінь слідової жовтизни. Цей метод також можна використовувати як візуальний показник деградації зразків внаслідок впливу світла, тепла, а також присутності забруднень. Прикладами продукції Групи PCC, для яких цей параметр вимірюється як елемент контролю якості, є EXOplast OTE3, ROKAnol IT10, ROKAmer G5000E.
Шкала Гарднера. Шкала Гарднера призначена для оцінки кольорів прозорих продуктів коричнево-жовтого кольору. За допомогою цього методу досліджуються такі речовини, як лаки, олії, смоли, а також жирні кислоти. Шкала Гарднера дозволяє оцінити освітлення кольору зразка в результаті процесів, що призводять до змін речовини. Ця зміна кольору вимірюється, і потім на підставі вимірювання можна оцінити вік речовини, спосіб його обробки або вплив світла. Шкала Гарднера складається із 18 стандартних розчинів. Нині даний метод оцінки кольору масел та інших коричнево-жовтих прозорих речовин є непопулярним. Він був замінений виміром за допомогою спектрофотометра, що відрізняється точністю і схильного до набагато меншого ризику помилок порівняно з суб'єктивною оцінкою особи, яка проводить випробування. Шкала Гарднера використовується для контролю якості таких продуктів як ROKAdis
900, EXOdis PC950, ROKAdis PC440.
Шкала Сейболту. Третьою шкалою, що призначена для оцінки прозорих зразків, є шкала Сейболта. Вона призначена для визначення якості фармацевтичних препаратів, а також нафтопродуктів, таких як гас, паливо для літаків, незабарвлений бензин, нафтові воски. За допомогою методу Сейболта можна оцінити ступінь жовтизни світлої речовини за шкалою від –16 (що означає інтенсивне забарвлення) до +30 (що означає безбарвна речовина). Візуальна оцінка за шкалою Сейболта може спричинити великий ризик помилки,
пов'язаний з відмінностями в інтерпретації кольорів, світловими умовами та умовами оточення.
Методи кольорометрії
Колориметричні методи - методи, котрі базуються на переведенні компоненту, що визначається, у кольорову сполуку та встановленні її концентрації за:
інтенсивністю або відтінком забарвлення (візуальний метод);
світлопоглинанням розчину (фотоколориметричний метод).
Основним завданням вимірювання кольорів є вимірювання функції кольорового стимулу φ (λ). Для вимірювання джерела світла фактично визначається відносний спектральний розподіл потужності P (λ) джерела світла; для вимірювання кольору об'єкта вимірюється спектральна яскравість, характерна для об'єкта. Наприклад, коефіцієнт спектрального блиску β (λ) відбиваючого об'єкта та спектральна відбивна здатність P (λ), спектральний прохідність τ (λ) пропускаючого об'єкта тощо. Після того, як вимірюється функція кольорового подразнення φ (λ), тривимірні значення X, Y та Z вимірюваного кольору CIE можуть бути отримані відповідно до трьох основних рівнянь колориметрії та відрегульовано значення Y вибраного стандартного освітлювача. До 100 [21].
Вимірювання кольору включає в себе дві категорії: вимірювання кольору джерела світла та вимірювання кольору об'єкта. Вимірювання кольору об'єкта далі поділяють на вимірювання флуоресцентних об'єктів та вимірювання не люмінесцентних об'єктів. У реальному виробництві та повсякденному житті методи, що використовуються для вимірювання кольорового вимірювання великої кількості нефурусцентних об'єктів, поділяються на дві категорії: візуальне вимірювання кольору та вимірювання кольорів приладу.
Візуальна колориметрія
Візуальними називаються такі методи, при яких оцінку інтенсивності забарвлення розчину проводять неозброєним оком.
В об’єктивних методах методом замість ока детектором слугує фотоелемент або фотоелектромножник.
До візуальних відносять:
метод стандартних серій;
Готують серію стандартних розчинів, а потім досліджений забарвлений розчин порівнюють з кожним із стандартних розчинів. Концентрацію досліджуваного розчину прирівнюють до концентрації того стандартного розчину, з яким забарвлення співпало.
метод колориметричного титрування або дублювання;
Будується на порівнянні забарвлення аналізованого розчину із забарвленням іншого розчину – контрольного. Контрольний розчин – це розчин, який містить всі компоненти та реагенти, крім визначуваної речовини. З бюретки в контрольний розчин додають розчин стандартної речовини до тих пір, поки забарвлення цього розчину не зрівнюється з досліджуваним, тоді вважають, що в досліджуваному розчині міститься стільки ж визначуваної речовини, скільки її ввели в контрольний розчин.
метод урівнювання.
В методі урівнювання подібність забарвлення досягається зміною товщини шарів забарвлених розчинів. Для цього використовують спеціальні прилади: колориметр занурення та колориметр зливання.
Переваги візуальних методів:
прості у використанні, не потрібне дороге обладнання;
око досліджувача оцінює не тільки інтенсивність забарвлення, а й відтінки його.
Недоліки:
необхідно готувати стандартний розчин або його серії;
неможливо порівнювати інтенсивність забарвлення розчину в присутності інших забарвлених речовин;
при тривалому порівнянні інтенсивності забарвлення око людини стомлюється і похибка визначення збільшується;
око людини не може відрізнити невеликі зміни оптичних густин. Відомо, що людина відрізняє концентрацію ±5%.
Фотоколориметричні методи аналізу
Фотоелектроколориметричними називаються методи аналізу забарвлених розчинів з випромінюванням оптичної густини або їх світло пропускання (Т) за допомогою спеціальних приладів.
Вимірювання інтенсивності забарвлення проводиться детекторами (фотоелементом або фотоелектронним множником). При цьому світлова енергія перетворюється в електричну.
Ці детектори використовують при роботі з видимим, УФ та ІЧ світлом. При цьому визначення проводиться більш точно, ніж оком.
В хімічній технології, в лабораторіях, на заводах використовують не візуальний, а фотоелектроколориметричний метод (ФЕК).
ФЕК ділять на 2 групи:
однопроменеві (використовують тільки один фотоелемент)
двопроменеві (використовують одночасно два фотоелемента)
Більш точним є двопроменевий ФЕК, який дозволяє нівелювати зміни напруги в мережі та інші випадкові фізичні фактори.
Визначення концентрації в ФЕК-метрії використовують методи з використанням стандартних розчинів:
метод калібрувального графіку;
метод порівняння зі стандартом;
метод добавок або домішок.
Крім того, визначення концентрації досліджуваних речовин з використанням відомого молярного коефіцієнту поглинання або питомого А% коефіцієнта поглинання.
При побудові калібрувального графіку враховують наступне: батарея стандартних розчинів повинна охоплювати область можливих концентрацій досліджуваного розчину оптична густина досліджуваного розчину повинна відповідати наближено середині графіка бажано, щоб в цьому інтервалі концентрацій витримувався закон Бугера-Ламберта-Бера.
Тільки метод калібрувального графіку дозволяє визначити концентрацію розчину, навіть коли закон Бугера-Ламберта-Бера не виконується.
Метод добавок використовують для нівелювання впливу сторонніх домішків, визначення малих кількостей аналізованої речовини в присутності великих кількостей сторонніх речовин. Метод потребує строгого виконання закону Бугера-Ламберта-Бера. При роботі з природними об’єктами в зв’язку з цим часто використовують метод добавок.
ІНСТРУМЕНТИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КОЛЬОРУ
Групи інструментів
Прилади для вимірювання кольору «сприймають» колір так само, як і наші очі: шляхом прийому та фільтрації, відбитих від об'єкта та перетворених таким чином світлових хвиль різної довжини. Можна виділити такі групи вимірювальних приладів:
Спектрофотометри. Визначаючи довжину хвилі електромагнітного випромінювання в діапазоні оптики, досліджується обладнанням спектральний склад, а також визначаються спектральні характеристики, дані для фотометрування. Використовуються для контролю друку.
Спектрометри (спектрорадіометри). Є оптичними системами, які накопичують у собі спектр і роблять його підрахунок. Проводиться реєстрація даних про спектр шляхом сканування, після чого дані перетворюються на електричний сигнал.
Блискоміри. Вимірюють блиск у тих сферах, де він є безпосереднім параметром якості.
Експонометри. Апарати, що визначають експозицію. Використовуються у кінематографії, фотографії.
Колориметри. Апарати, що дозволяють отримати точні дані про колір за колірною шкалою. Набули поширення для визначення інтенсивності кольору та його порівняння зі стандартом у тих областях де необхідний контроль якості змішування фарб, досягнення сумішей певного кольору тощо.
Люксметри. Дають дані про освітленість.
Яркоміри. Визначають яскравість джерел світла.
Обладнання, що дає можливість володіти даними про температуру світла (його якості), що виходить від різних джерел.
На сьогодні найбільш поширеними інструментами вимірювання кольорів є: денситометри; колориметри; спектрофотометри. Розглянемо їх детальніше.
Денситометри
Денситометр - прилад для денситометрії, тобто вимірювання ступеня потемніння об'єктів (скла, фотоплівки, друкованих відбитків і т.п.).
Денситометри прохідного світла
Контроль якості зображення, одержуваного на фотоформі, здійснюється за допомогою денситометрів світла, що проходить, принцип роботи яких досить простий (загальна класична схема внутрішньої будови показана на рис. 1) [22].
/
Рисунок 2.1 – Загальна класична схема внутрішнього пристрою денситометра
Вимірювання за такою схемою здійснюються таким чином: світло від джерела, зазвичай лампи розжарювання (2), відбивається від рефлектора (1), розвертається дзеркалом (3), проходить через теплофільтр (4), що затримує частину тепла, через діафрагму (6) певного діаметра та потрапляє на контрольовану ділянку фототехнічної плівки (7), розташованої на предметному столі денситометра (5). Далі ослаблений світловий потік проходить світловодом
(8) через інфрачервоний (9) або один з кольорових світлофільтрів (10) і потрапляє на фотоприймач (11). Раніше як фотоприймач використовувалися фотоелектронні помножувачі, в даний час це напівпровідникові кремнієві елементи. Залежно від кількості світла, що пройшло через фотоматеріал, фотоелемент модулює електричний імпульс, який перераховується логічним
блоком значення оптичної щільності, а також відносні значення площі растрових елементів і т.д. Для установки денситометра на «0» здійснюють вимір прозорої ділянки підкладки фотоматеріалу, яка також має свої оптичні властивості, що залежать від природи самої підкладки та режимів хімікофотографічної обробки (величина, що характеризує оптичні властивості підкладки, увійшла до практики під назвою оптичної щільності вуалі). Загальний вигляд однієї з конструкцій денситометра настільного представлений на рис. 2.
/
Рисунок 2.2 – Загальний вигляд однієї з конструкцій денситометра
1 - корпус денситометра; 2 - прозорий предметний стіл; 3 - об'єкт вимірювання; 4 - вимірювальна головка; 5 - вимірювальний важіль; 6 – верхня кришка з цифровим дисплеєм.
Денситометр світла можна використовувати і при роботі з кольоровими позитивними плівками, наприклад при вимірюванні оптичної щільності на слайдах. У цьому випадку принцип вимірювання залишається колишнім, але приймачем служить фотоелемент, який реєструє світловий потік за трьома змінними фільтрами (RGB - червоним, зеленим і блакитним), що виправляють спектральну чутливість до чутливості трьох шарів позитивної плівки. Максимум спектральної чутливості синього, зеленого та червоного каналів знаходяться в межах 440±5 нм, 530±5 нм і 630±5 нм відповідно. При цих вимірах говорять про зональну оптичну щільність, яка залежить від довжини хвилі відповідного випромінювання D=lg1/t. У цьому випадку під інтегральною оптичною густиною мається на увазі щільність складного випромінювання трьох складових. Треба визнати, що використання денситометра в цій якості на сучасних поліграфічних виробництвах вже давно не зустрічається, проте подібними пристроями оснащуються, наприклад, фотолабораторії, що працюють з кольоровими фотоплівками.
Зазвичай при комплектації денситометрів світла фірми-виробники включають набір трьох діафрагм діаметром 1, 2 і 3 мм. Використання діафрагм різних діаметрів дає можливість точно вимірювати оптичну щільність на фототехнічних плівках, записаних з різною роздільною здатністю, а отже, призначених для друку з різною лініатурою поліграфічного растру. Для грубішої лініатури зазвичай використовується більший діаметр, наприклад 3 мм, а для високої лініатури - менший. Подібний підхід обумовлений статистичною ймовірністю влучення в поле діафрагми растрових елементів. У разі виміру текстових чи інших штрихових елементів у більшості випадків використовується так звана щілинна діафрагма (на рис. 3 показані всі названі діафрагми).
/
Рисунок 2.3 – Типи діафрагм, що використовуються
Останнім часом денситометри на пропускання використовуються переважно для контролю або калібрування фотонабірних автоматів (ФНА). Процедура калібрування відпрацьована вже давно, і всі без винятку фірми- виробники фотонабірних автоматів та програмного забезпечення до них включають у свої вироби спеціальні напівтонові тестові шкали. Чим складніша конструкція ФНА, тим більше тестів у ній закладено. Використовуючи ці тестові шкали та денситометричне обладнання, користувач може контролювати та регулювати, наприклад, потужність джерела випромінювання при використанні різних фотоматеріалів або підлаштовувати оптичну систему для роботи з різними значеннями роздільної здатності.
У багатьох випадках, калібрувавши ФНА, користувач повністю забуває про подальший контроль отриманих фотоформ. Проведення будь-яких денситометричних вимірювань пов'язане з виникненням різноманітних помилок як з вини пристрою, так і з вини користувача або факторів, пов'язаних з фотоматеріалом. Для зменшення впливу цих факторів на проведення вимірювань технологічними інструкціями було встановлено вимоги до фотоформ, що
регламентують. Вони полягають у наступному: розміри зображення на фотоматеріалі повинні відповідати заданим геометричним розмірам оригіналу (допустиме відхилення ±0,05 мм); повинні бути відсутні механічні ушкодження; штрихові та растрові елементи повинні мати строго окреслені краї, оскільки розмитість призводить до нестабільності процесів копіювання; щільність вуалі має становити менше 0,02D; зображення має бути візуально різким по всій площі фотоматеріалу, мати по всій площі однорідний ахроматичний (нейтрально- сірий) тон і розташовуватися по центру аркуша фотоплівки (відстань від краю до краю фотоплівки не менше 20 мм).
Денситометри на відображення
У деяких випадках в умовах друкованого виробництва необхідно контролювати оптичну густину фарби безпосередньо на самому відбитку. Це можна зробити, використовуючи інший тип денситометрів — денситометрів на відображення. Застосування таких
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора