測色計的光源選擇問題

2023-07-06

測色計的光源選擇目前爭論比較多的一個問題，用戶對這個問題都比較關(guān)心。本文進行了簡單總結(jié)。

在顏色測量儀器中，選擇什么光源，應(yīng)首先考慮的是穩(wěn)定性，光源定向性，壽命以及最終獲得的光譜曲線的有效性。目前采用的多為鹵素石英鎢絲燈及氬燈兩種光源。

鎢燈是顏色測量儀器（包括各種可見光譜分光光度計）最常用的光源，它是一個內(nèi)充惰性氣體或者鹵素（防止鎢絲氧化和熱蒸發(fā)）的白熾燈泡。

用鎢作為燈絲材料是因為鎢有足夠的強度，并能經(jīng)受高溫。經(jīng)測試在可見光區(qū)鎢燈的光譜曲線與黑體發(fā)射器光譜曲線幾乎完全重疊。隨著近年穩(wěn)壓和脈沖電源的發(fā)展，鎢燈能夠提供重復(fù)穩(wěn)定的，高色溫的光束，完全可以滿足外觀顏色測量對光源的需要。

氬燈是另一種常用于顏色測量儀器的光源。它是一個裝有一對電極的充滿氬氣的密封玻璃管。當在電極上加上高電壓時，內(nèi)部氬氣就會受到激發(fā)瞬間產(chǎn)生弧光，這屬于一種充氣放電燈。氬燈的優(yōu)點在于譜線比白熾燈的譜線更接近于日光并且能量較高。然而，對于大多數(shù)弧光燈來說要得到穩(wěn)定的光輸出是相當困難的，而對于精密準確的顏色測量來說，連續(xù)無波紋的光譜（穩(wěn)定的光輸出）恰恰是最為重要的。

從光檢測的角度來講，過強的光源強度一般都會超出了檢測器的線性范圍，這是一個常識，在光路設(shè)計上又需要減弱最終到達檢測器件的光強度，這使得光路設(shè)計復(fù)雜化，另外，大家都知道，目前絕大多數(shù)紫外可見分光光度計均采用D2燈和鎢燈做光源，對于測量物體表面顏色來講，人眼看見的就是可見光，采用能量消耗小，電路設(shè)計簡單，受命長，系統(tǒng)體積小，價格低廉、容易維護更換的鎢燈是非常合適的。在上個世紀60-70年代，所有的旋光儀均采用鈉光燈作為光源，因為按照旋光度的定義，儀器需要能量集中在 589nm的光源，當時鈉光燈幾乎是唯一的選擇，但是，與氙燈一樣，鈉光燈作為一種真空放電激發(fā)器件，使用壽命和光強度的穩(wěn)定性，均很難保證，并且鈉光燈成為了旋光儀昂貴的消耗品，在今天，幾乎所有的旋光儀均采用鎢燈+干涉濾光片作為光源，光源燈的壽命相對于儀器來講幾乎是無限長，因為新的低能耗，脈沖石英鹵素鎢絲燈光源技術(shù)解決了這一難題。
氙燈可以發(fā)出短暫的高強度的弧光，但卻很難產(chǎn)生重復(fù)的等強度的弧光。因此，使用氙燈作光源的儀器，就得依靠對測量進行多次平均化來減少由于光強度不重復(fù)帶來的負面影響，并且，若分光光度儀為便攜式儀器的話，由于操作次數(shù)影響儲電能量，所以每次發(fā)出光的能量也不同和不穩(wěn)定，并且在測定間隙，要等待充電，進行下一次的測定，充電的程度不同又會影響光強度。再則，氙燈光源
需要比較復(fù)雜的高壓震蕩激發(fā)電路，維修亦非常復(fù)雜，在更換時，除了要更換燈泡外，還要更換整組電容，所以價格較貴。
因此，在目前標準的分光光度計上，采用鹵素鎢燈(石英外殼)從技術(shù)和上均是最適宜的。特別是便攜式儀器，需要輕巧，省電，便于維護和操作，如將氙燈安裝到便攜式儀器中，等于是將我們手機上的 LCD 液晶顯示器換成了傳統(tǒng)的CRT 陰極射線管顯示器，采用氙燈光源可以說是一個設(shè)計錯誤，或者，一些公司還沒有掌握最新的光源及光路處理技術(shù)時，在設(shè)計制造上不得不暫時做一些妥協(xié)。