Спектрофотометр

Спектрофотометр (від спектр і фотометр) - прилад для дослідження спектрального складу по довжинах хвиль електромагнітних випромінювань в оптичному діапазоні, знаходження спектральних характеристик випромінювачів і об'єктів, що взаємодіяли з випромінюванням, а також для спектрального аналізу і фотометрірованія.


1. Застосування

Застосовується в колориметрії і спектральному аналізі.

Спектрофотометри можуть працювати в різних діапазонах довжин хвиль - від ультрафіолетового до інфрачервоного. В залежності від цього прилади мають різне призначення.


2. Призначення

Основне призначення спектрофотометрів в поліграфічній галузі - проведення точної линеаризации та калібрування процесів друку. Спектрофотометри компаній [Електрокомплект] та інших виробників надають можливість проведення точкових і автоматизованих вимірювань для створення високоякісних ICC-профілів.

3. Конструкція

На малюнках приведені дві основні схеми спектрофотометрів, що вимірюють спектральний апертурний коефіцієнт відбиття даного об'єкта щодо робочого стандарту з відомою спектральною характеристикою:

Spf1.gif

Вимірюваний зразок висвітлюється білим світлом. Монохроматор розташований в вихідному потоці. Для поліпшення характеристик і точності вимірів у сучасних спектрофотометрах також використовуються подвійні монохроматори

Spf2.gif

Вимірюваний зразок освітлюється монохроматичним світлом.


3.1. Конструктивні схеми

Є дві схеми побудови спектрофотометрів: спектрофотометр у вигляді клиноподібної платівки і з застосуванням гетеродинної схеми прийому світлового випромінювання.

У вигляді клиноподібної платівки

Спектрофотометр у вигляді клиноподібної платівки

Спектрофотометр (рис.1) виконаний у вигляді клиноподібної платівки, на одну з поверхонь якої нанесений тонкий, частково пропускає шар, а на іншу поверхню нанесено покриття, що відбиває, частково пропускає світлове випромінювання.

Принцип роботи спектрофотометра заснований на реєстрації інтерференційних смуг стоячій світлової хвилі шляхом проеціювання зображення системи інтерференційних смуг на фоточутливі лінійки. При цьому метод обробки сигналу відрізняється від традиційної Фур'є-спектроскопії лише тим, що перетворенню піддаються сигнали не тимчасовою, а просторової частоти. Спектрофотометр володіє високою завадостійкістю до некогерентного світлового випромінювання.

Гетеродина схема

Гетеродина схема прийому світлового випромінювання.

Для цього спектрофотометр постачають другий лазером з частотою випромінювання, що відрізняється від першого на частоту світлового биття (рис.2). При цьому від випромінювання другої лазера утворюються інтерференційні смуги практично з тим же періодом d, а на тонкому шарі, як на змішувачі, виникають світлові биття. Отримані електричні сигнали реєструють і піддають двухмерному перетворенню Фур'є.


3.2. Світлофільтри

У поліграфії можуть використовуватися наступні світлофільтри:

  • POL - поляризаційний фільтр. Використовується для отримання можливого спектру після закріплення фарби.
  • D65 - застосовується для імітації джерела випромінювання D65.
  • UV-cut застосовується при вимірюванні оптичної щільності паперів, в яких використовуються флюоресцентні оптичні відбілювачі.
  • No - позначення відсутності світлофільтру. Зазвичай використовується прозоре скло, що захищає спекрофотометр від пилу.

3.3. Джерела випромінювання

Основними джерелами випромінювання є:

  • А (світло лампи розжарювання, 2856 К);
  • З (непрямий сонячне світло, 6774 К);
  • D (денне світло, 5000 К);
  • D65 (денне світло, 6500 К);
  • F11 (флуоресцентне випромінювання вузького діапазону відповідає трубці Philips TL84);
  • і т. п.

3.4. Оптична схема

4. Геометрія вимірювання

Міжнародною комісією з освітлення рекомендовані 4 різні геометрії для вимірювання спектра відбиття:

  • 45/0 (зразок висвітлюється одним або декількома світловими пучками, осі яких утворюють кут 45 5 відносно нормалі до поверхні зразка).
  • 0/45 (зразок висвітлюється світловим пучком, вісь якого складає з нормаллю до зразка кут не більше 10 ).
  • D / 0 (зразок висвітлюється дифузно за допомогою інтегруючої сфери. Інтегруюча сфера може мати будь діаметр за умови, що сумарна площа отворів не перевищує 10% внутрішньої поверхні, що відбиває сфери).
  • 0 / D (зразок висвітлюється світловим пучком, вісь якого складає з нормаллю до зразка кут не більше 10 . Відбитий потік збирається за допомогою інтегруючої сфери).

4.1. Модифікація основних геометрій вимірювань

Для виключення дзеркальної складової високоглянсових матеріалів приймач світла розміщується під кутом 8 до нормалі, а напроти нього симетрично щодо нормалі встановлюється пастка блиску. Світло, який не потрапляє на зразок під кутом 8 (завдяки пастці блиску), не відбивається дзеркально в напрямку приймача, отже, отраженнний зразком потік складається тільки з дифузного світла. У такому випадку геометрія вимірювання стає D / 8. Якщо дзеркальний компонент включений, то позначення такого - D / 8: i (пастка закрита). Якщо вимкнено, то геометрія вимірювання позначається D / 8: е (пастка відкрита).


5. Специфікація

Спектральна роздільна здатність - мінімальний крок довжини хвилі, сигнали на краях якого ще можна розрізнити на спектрі. Зазвичай крок, на який змінюється величина довжини хвилі дорівнює 10 нм, що дозволяє з високим ступенем точності проводити вимірювання спектра будь-яких випромінювань. Більш точні спектрофотометри, застосовувані для дослідницьких цілей, можуть проводити вимірювання спектру і в більш вузьких інтервалах рівних 5 нм і 1 нм, проте точність буде зайвою при використанні в поліграфії.

Спектральний діапазон це діапазон в межах якого може працювати спектрофотометр. Для більшості випадків в поліграфії оцінюється спектр світлового випромінювання у видимому діапазоні довжин хвиль від 380 до 730 нм. Для деяких випадків буває необхідним оцінити ультрафіолетову та інфрачервону складову випромінювання. Спектрофотометри вимірюють тільки спектр випромінювання. Всі інші характеристики розглядаються по спектральним даним.

Межприборних узгодженість - це розкид вимірюваних значень одного і того ж зразка, що вимірюється за допомогою еталонного і досліджуваного приладу.

Повторюваність визначає точність вимірювань, що здійснюються тими ж операторами при декількох вимірах однаковими приладами одних і тих же зразків.