单光路分光光度计中光源影响的软件补偿方法

　　1　引　言

　　分光光度计是颜色测量中的最基本的仪器。在测量非自发光物体时,它不是直接测量物体的颜色,而是通过光源照射物体,测量出样品的反射特性和透射特性,然后通过计算得到样品颜色的三刺激值[1]。所以在分光光度计的构成中,光源是必不可少的。现代测色分光光度计主要有双光路分光和单光路分光两大类。前者可以有效地克服光源变化的影响,但是结构复杂,制作成本高;后者结构相对简单,但易受光源变化的影响,所以通常采用稳定的热光源。然而,真正稳定的光源是不存在的,光源发光的光强总是随着时间的变化而有所改变。对于这种情况,在单光路的分光光度计中通常采用两种方法来减小光源不稳定性所带来的影响:一是增加测白板的次数,从而减小测白板与测色样之间的时间间隔;二是用CCD上的部分像元来监控光源的光强变化[2]。这些方法都能在一定程度上弥补光源的不稳定性,但是效果也不是非常理想。

　　目前,随着分光光度计智能化水平的提高,这样就为采用计算机软件自动补偿光源变化的影响,就为研制出高精度的单光路的分光光度计奠定了基础。使用软件补偿可以不必改变仪器的硬件结构,所以不会增加仪器的体积和制造成本;在不增加测白板次数的情况下,也可以减小测量的工作量,提高测色速度。

　　2　测色原理

　　分光光度计的测量采用的是比较法,通过定量的比较某些已知光谱特性的“标准”与样品在同一波长上的透射或反射的单色辐射功率,测出样品的光谱透射比或光谱辐亮度因数。

　　设W(λ)为标准白板的仪器响应值,B(λ)为预先标定好的标准白板的光谱反射率,S(λ)为被测样品的仪器响应值,R(λ)为待计算的被测样品的光谱反射率,Φ0(λ)为入射辐射通量,ΦS(λ)和ΦW(λ)分别为测样品时和测白板时接收的反射通量,k为仪器的转换系数。根据定义,反射率是反射通量与入射通量之比,可分别写出测样品时和测白板时的仪器响应值的表示式:

　　式中,为CIE标准观察者三刺激值;E(λ)为照明光源的光谱辐射通量函数,积分区间为可见光谱范围。相应的色品坐标为

　　此外,把Y定义为明度值,这样就得到了被测样品的CIE XYZ色度参数值[3]。

　　3　实验装置

　　实验中所用的是典型的单光路分光测色的结构,由光源、单色器和光度计量部分构成。其中,光源使用的是6V,12W的溴钨灯,单色器是Ⅲ型凹面光栅,光度计量部分中的探测器使用的是3648像元的线阵CCD。

　　单光路指的是仪器只有一条光路,参照物和样品依次放在光路中进行测量。它的优点是结构简单,能严格地保持参照物和样品在完全相同的光路中进行测量。