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什么是白度?白度定量評價的公式有哪些?

時間:2022-12-15 點(diǎn)擊:1664次

什么是白度?白度是某些行業(yè)(如造紙、紡織等)產(chǎn)品質(zhì)量和外觀的一個重要物理指標(biāo)。影響物體白度的因素很多,所以白度的測量方法和計算公式也有很多。本文對白度的定義及白度的定量評定公式進(jìn)行了簡單的介紹,對白度知識感興趣的朋友可以了解一下!

白度定量評價方法

什么是白度?

在五彩斑斕的顏色世界里,白色和近白色是人們接觸最多也是最喜歡的顏色?!鞍住睋碛泄夥瓷浔雀摺⑸柡投鹊偷念伾珜傩??;谝曈X感知而判斷反射物體所能“顯白的程度”,學(xué)術(shù)上稱為白度。白度(Whiteness)表示物質(zhì)表面的白色程度,用白色含量的百分率來表示。通常把氧化鎂的白度定為100%,即其反射率為100%,反射率越高,白度越高。白度的單位為“%”。白色與其他顏色一樣是一種三維空間的量,位于色空間中相當(dāng)狹窄的范圍內(nèi)。正常色覺的觀察者可根據(jù)一定范圍內(nèi)光反射比、色飽和度和主波長不同,將一系列白色按其白度高低排成一維序列,進(jìn)行定量評價。20世紀(jì)60年代以來,因不同的生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)Π锥鹊脑u價有不同的見解,所以先后提出的白度公式達(dá)上百種,令人遺憾的是到目前為止仍然沒有一個通用的白度公式。但是在保證可靠性和準(zhǔn)確性前提下,不同的公式依然可以得到相對統(tǒng)一的白度標(biāo)準(zhǔn)。

一般情況下,當(dāng)物體表面對可見光譜內(nèi)所有波長反射比都在80%以上時,可認(rèn)為該物體表面為白色。從反射率曲線上可看出,白色物質(zhì)在可見光譜區(qū)間內(nèi)幾乎呈一條光滑曲線沒有峰谷。理想標(biāo)準(zhǔn)白板應(yīng)對一切波長輻射完全漫反射無吸收,即其反射比對任何波長的輻射都等于1的純白物質(zhì),但是這種全漫反射物質(zhì)在現(xiàn)實(shí)情況中幾乎不存在,故現(xiàn)在所用的標(biāo)準(zhǔn)白板都是以反射比非常接近1的化學(xué)物質(zhì)(如高純度硫酸鋇、氯化鎂)作為替代,以此對被測物質(zhì)作目視的相對比較。實(shí)際上白度可以看作是距離理想白色的程度。

白度的定量評價公式:

目前對白度的定量評價主要有三方面的困難。首先由于人們對物質(zhì)表面的顏色感覺帶有一定的主觀性和個體差異性,例如有的人喜歡暖紅色的白,有的人喜歡帶藍(lán)色的白,因此不同的人目視的白度就會有一定的差別;其次物質(zhì)的顏色會隨著觀察環(huán)境和條件的改變而有些許變化;最后因?yàn)椴煌男袠I(yè)和產(chǎn)品的差異需要不同的評價標(biāo)準(zhǔn),因此想要得到一個既符合目視評定又符合色度學(xué)測量的通用白度公式有一定的困難。目前根據(jù)不同行業(yè)的特點(diǎn),以下幾個公式得到了相對廣泛的認(rèn)可。

1.單波段白度公式

我們已經(jīng)知道對任何一種白色物質(zhì)的表面都可以用色度坐標(biāo)三個參數(shù)(X,Y,Z)按照顏色的三個基本屬性(光反射比、色飽和度和主波長)來表示。但是現(xiàn)實(shí)中人們都不停地探索著用距離理想白度的百分比來簡單表示,即用一個或兩個參數(shù)表示。

藍(lán)光白度(又稱R457白度)是一種單波段白度公式被廣泛應(yīng)用在造紙、塑料、建材等行業(yè)中。紙張、建材、織物等物質(zhì)的白度之所以能用一維標(biāo)準(zhǔn)來表示,主要取決于這些物質(zhì)本身的固有屬性,這些物質(zhì)的白度在色空間近似直線分布。此外對于紙張的分光測試結(jié)果顯示,短波長比長波長的分光反射率下降很多。因此對于紙張可以使用短波長區(qū)域的反射率來表示。

2.多波段白度公式

同樣有很多物質(zhì)(如染料)由于自身特性的原因,其表面白度無法簡單的用一維標(biāo)度來表示。對一部分染料,其波長在450nm以上時才有較高的反射率,但在短波長處反射率卻快速下降,分光反射率曲線不呈平坦分布,其目視反射率較高;另一部分染料,分光反射率較低,曲線平坦,目視反射率較低。由于這兩種相反情況的存在,無論用長波長還是短波長反射率來評價染料的白度顯然不夠科學(xué),因此就需要用兩種或以上波長的反射率組合表示白度。這樣通過同時使用短波長、長波長的反射率及其系數(shù)的方法來表示試樣的白度,更符合試樣的目視評定和色度學(xué)測量。多波段白度公式一般的形式為:W=f(R1,R2),其中f表示系數(shù),R代表反射率。染料行業(yè)常用的BASF白度公式就是典型的多波段白度公式。

BASF白度公式:W=4Rz-3Ry

3.明度及純度型白度公式

在自然界中,有一些白色物質(zhì)的分光反射率并不對特定波長有峰值,其色調(diào)有些偏黃。此外由于現(xiàn)代工業(yè)中人們大量使用藍(lán)色染料和熒光增白劑,這些添加物的使用不僅會使白度增加,而且會導(dǎo)致白色夾雜顏色(如偏藍(lán))。這兩種情況都會使目視反射率升高,色度降低。對于這些物質(zhì)學(xué)者們嘗試用明度和純度函數(shù)來表示樣品的白度,國標(biāo)GB/T5950《建筑材料與非金屬礦產(chǎn)品白度測量方法》中提出亨特完全白度公式,此白度公式特點(diǎn)是以色差的形式計算白度,測定結(jié)果級差較小,白度較高,此公式只適合用于白度較高的物品。

亨特完全白度公式:WH10=100-[(100-L)2+a2+b2]1/2

式中WH10表示亨特完全白度,L代表明度,a、b代表色度。

4.甘茨白度

以上幾種白度公式中,基本上沒有考慮偏色的影響,偏紅、偏綠都統(tǒng)稱為白。

但在實(shí)際中,理想的中性白是不存在的。經(jīng)過國際上長期的討論和商議,CIE色度技術(shù)委員會在1986年制定了白度測量的規(guī)范:

(1)應(yīng)該使用同樣的標(biāo)準(zhǔn)光源(或照明體)例如D65照明體(色度學(xué)用CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體)為近似的CIE標(biāo)準(zhǔn)光源,進(jìn)行視覺的儀器的白度測量。

(2)不符合(1)條件下得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能確定或檢驗(yàn)白度公式。

(3)推薦使用白度W=100的完全反射體(在可見波段光譜反射比都等于1的理想漫射體。簡稱PRD)作為白度公式的參照標(biāo)準(zhǔn)。

按照CIE制定的標(biāo)準(zhǔn),測量白度時采用其推薦的D65標(biāo)準(zhǔn)光源,參照標(biāo)準(zhǔn)白采用完全反射漫射體,在此基礎(chǔ)上CIE委員會制定了甘茨白度公式,此公式以物體顏色三刺激值為基準(zhǔn)來計算,顏色三刺激值的特性決定了白度值大小。

甘茨(Gans)白度公式:

W10=Y10-800x10-1700y10+813.7

Tw10=650y10-900x10+67.3

上式中W10代表白度值,Tw10代表色澤值。

總體來看,基于白度檢測的理論及公式繁多,國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也沒有統(tǒng)一完善的標(biāo)準(zhǔn)。在我國由于檢測設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)比較落后,國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的各種白度儀所采用的檢測技術(shù)不盡相同,品質(zhì)參差不齊,標(biāo)準(zhǔn)白板的一致性也有偏差。所以測量樣品白度時一定要根據(jù)樣品的屬性選擇適合的白度公式,在此基礎(chǔ)上采用對應(yīng)的白度測量設(shè)備,同時在測量過程中盡量連續(xù)測量多個樣品,保證各個樣品測試環(huán)境相同,只有這樣才能得到可靠性較高的白度值。

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