色差仪工作原理及几何结构介绍

色差仪作为一种分析检测仪器，在涂料、纺织、食品、水处理等领域的应用越来越广泛，不仅可以评判原料和产品的特性进行验收和质量控制，而且可以作为产品研发和工艺改进的一种重要工具。本文介绍了色差仪工作原理、几何结构及应用。

色差仪工作原理：

测色仪可以分为两种，一种叫三刺激值色度计，另一种叫分光光度计，又叫光谱光度计。三刺激值色度计的工作原理：光照到物体上，没有被物体吸收的光经由物体表面反射出来而进入红绿蓝三个滤色片，由滤色片出来的单色光进入光电探测头，从而直接算出物体颜色的三刺激值XYZ。分光光光度计的工作原理：光照到物体上，没被物体吸收的光经由物体表面反射或透射出来，然后通过光栅进行分光，最后由光栅分成的单色光进入光电二极管，将光学信号转换成数值信号并进入数据处理器进行计算，从而得到物体颜色的三刺激值XYZ。

色差仪几何结构：

对应CIE标准的测色几何条件，色差仪主要有积分球式和环形照明式两种。

1.环形照明式色差仪

理想漫反射物体对于任意一束光都将以漫反射形式即各方向等效地反射出去，为此入射光和观察者的角度并不重要，不会影响到观察结果，但真实物体表面并非理想漫反射表面，多少都会由于镜面反射成分和表面纹理而造成由于入射光和观察者的几何位置不同而表现出来的微小颜色差异。而环形照明则可以消除这种影响，其是以45°环形照明，0°（法线方向）观测的，可以缩写为：45/0：c。由于光路可逆，它与0°照明45°方向环形接收是等效的，这种结构的仪器是完全不包括镜面反射光的，测得的数据与人眼观察一致，另外这种仪器只能测量不透明样品的颜色。

2.积分球色差仪

积分球是一个中空的金属球，其内表面涂有中等灰色的高反射漫射物质，如硫酸钡或聚四氟乙烯。进入这个球体的光线经过多次反射后都只能从测量孔或光源孔射出积分球。一束光从任意的不通过球心的角度照进积分球，经过球壁的多次反射后会从各个角度照射到样板，最终通过测量孔或光源射出积分球。测量孔是在与法线夹角成8°的位置，由一组光电管构成的探测器。CIE没有明确规定积分球的开孔尺寸，只要求所有开孔面积不超过内表面积的10%，因此不同厂家的产品的开孔位置、尺寸及光源入射角度会有区别。与观测孔关于法线对称的地方有一个光阱，关闭光阱时镜面反射成分包含在内，简写作d/8：i（d表示漫反射照明，8是8度角接收，i指包括镜面反射），也可简写作SPIN。当光阱打开时去除了镜面反射，此条件简写作d/8：e，e指去除镜面反射。这种仪器不仅能测量不透明样品的颜色，还可以测量透明样品的颜色。

色差仪的应用：

1.评价被检品特性

色差仪能自动比较被检品与参考样之间的颜色差异，输出L、a、b三组数据及比色后与参考样之间的△E、△L、△a、b四组色差数，其中△E表示总色差的大小，另外，AL大表示偏白，△L小表示偏黑，△a大表示偏红，△a小表示偏绿，△b大表示偏黄，△b小表示偏蓝。

2.保证食品品质的稳定

现在市场上有很多添加维生素C之类的饮料，维生素C不耐热，在溶液中不稳定，日光照射后易被氧化破坏而呈现明显的黄色，有微量铜、铁等重金属离子存在时更易发生氧化反应，严重影响了产品的风味与外观。因此，有必要研究产品在不同储存条件与储存环境下随着放置时间的推进产品的黄色变化情况，如在37℃或55℃下进行保温试验，每隔一段时间取样测定L、a、b值，即可了解产品的体系稳定性变化情况。另外，通过改变产品配方结构，研究对维生素C的包络作用而减缓其氧化进程。

3.开发新产品

开发新产品以炒面的开发为例，为了改善与得到满意的黄色，可以对类胡萝卜素、焦糖色素等着色剂的不同配比及加工过程进行正交试验设计，并利用色差仪测定其代表黄色的b值，从而开发出所期望的产品。