для чего нужен колориметр
Виды и применение колориметров
Прибор по сравнению со спектрофотометром не измеряет цвет. Он лишь сравнивает его с образцом. И это предоставляет возможность определить, насколько необходимо осветлять или затемнять, чтобы получить полное соответствие.
Колориметры могут быть представлены в виде отдельных устройств, а также могут быть частью других приборов. В частности, оборудования для машинной колеровки.
Где используют такую технику
Данные приборы – достаточно дорогие, но они дешевле спектрофотометров, позволяющих также подбирать цвет, но иным способом. Устройство нашло широкое применение в таких сферах, как:
— Химическая промышленность, фармакология.
— Пищевая промышленность.
— Строительство и ремонт.
— Покраски автомобилей и т.д.
Если подобрал с помощью колориметра новую краску, сравнив ее со старой, то можешь гарантированно получить полное соответствие цветов. В данном случае, когда свежий слой, нанесенный частично на отремонтированную поверхность, высохнет, переход на старую краску будет незаметным. Значит, когда используешь колориметр, то можешь сэкономить на ЛКМ, поскольку отказался от полного перекрашивания.
Устройства, предоставляющие возможность выполнять данный спектр работ, используют профессионалы. Например, маляры и дизайнеры. Еще примером использования устройства считается проверка того, насколько соответствуют разные материалы и аксессуары оттенку одного цвета. Это полезно, когда обустраиваешь интерьер.
Есть немало ситуаций, когда нужно получить полную схожесть цветов старого и нового. Колориметры применяют производители самой разной продукции. Делают они это для того, чтобы товары из разных партий были сведены к одному параметру.
ВАЖНО! Отдельное направление применения колориметров – это определение концентрации. Дело в том, что во время растворения в жидкости каких-либо веществ изменяется цвет раствора. Чем больше концентрации, тем более сильное изменение оттенка.
Есть несколько типов колориметров. Их работа базируется на разных физических принципах.
Особенности визуальных колориметров
Оператор регулирует прибор так, чтобы поле цвета исследуемого образца стало, по его мнению, аналогичным эталону. Потом во внимание принимаются сделанные поправки, которые предоставляют возможность визуально на аппарате сравнять оттенки. И по ним делают вывод о том, каковы характеристики цвета, подлежащего исследованию.
Визуальные колориметры, которые сравнительно простые, все-таки не назовешь приборами совсем уж неточными. Но на уровне их погрешности сравнения цветов сказывается специфика зрения оператора.
Проблема в том, что люди по-разному видят одни и те же оттенки. А еще глазам человека одинаковыми могут казаться те цвета, которые отличаются несколькими тонами. Кто-то это может различить, а кто-то этой разницы не видит.
ВАЖНО! Кстати, у женщин более высокая чувствительность глаз к оттенкам. Вот почему анализ на визуальном колориметре, которые они делают, будет больше соответствовать действительности по сравнению с оценкой мужчины. А еще не будем забывать о том, что с возрастом мы воспринимаем цвета хуже.
На основании всего изложенного можно сделать вывод о том, что визуальный колориметр не является прибором лабораторной точности. И на его показания нельзя полностью положиться.
И все-таки приборы данного типа вполне пригодны в тех областях, в которых не нужна высокая точность. Данные аппараты сегодня представлены старыми стационарными приборами. И они кое-где работают на объектах промышленности.
ВАЖНО! Есть разные модификации визуальных колориметров, у которых незначительные отклонения в принципе работы от того, что был описан выше. Устройства данного класса представлены старым оборудованием. Сегодня оно еще может использоваться. Однако его больше не выпускают. И нам нет никакого смысла детально изучать его.
Особенности фотоэлектрических колориметров
Для того чтобы поднять точность прибора (например, когда работаешь со специфическими веществами), применяются специальные фотофильтры. С ними можно отсеивать ненужные цветовые спектры и проводить анализ только тех, которые представляют интерес.
Это может потребоваться, например, когда оцениваешь цвет раствора, чтобы определить в нем уровень концентрации какого-то вещества.
Разновидности устройств по типу анализируемого объекта
— Для твердых поверхностей.
— Для жидкостей.
— Универсальные.
Колориметры для твердых поверхностей проводят анализ цвета твердых предметов. Их нужно только вплотную приложить к объекту своей чувствительной частью. Размеры поверхности, предназначенной для анализа, должны быть как минимум такие, как размер участка освещенности прибора.
У колориметров для работы с жидкими веществами есть специальный контейнер. В него нужно залить анализируемое вещество. Потом емкость нужно закрепить в корпусе колориметра для того, чтобы проводить измерения.
ВАЖНО! Универсальные приборы работают с веществами, у которых плотность разная. Они самые практичные. Ведь им под силу многие задачи. Они могут даже сравнить старую краску, которая высохла на поверхности, и новую жидкую, что в банке.
Правила выбора подходящего колориметра
Также, когда выбираешь колориметра, нужно учитывать и прочие параметры:
— Тип источника света.
— Измеряемый диаметр площади образца.
— Вариант выдачи результата.
— Источник питания.
— Температурный диапазон работы.
— Уровень портативности.
— Есть ли встроенная память.
Современные девайсы имеют светодиоды. Также у них могут быть ксеноновые лампы. Они освещают образец очень ярко. Это положительно сказывается на точности. Но у данного источника света в несколько раз меньше ресурс по сравнению со светодиодами.
Важен также диаметр измеряемой площади образца. У самых компактных портативных девайсов данный показатель доходит до 8 мм.
ВАЖНО! Когда анализируешь однородную поверхность, то этого хватит вполне. Однако когда работаешь с рельефными предметами, у которых мелкие рытвины, скажем, со штукатуркой, то необходимо захватить как можно больше поверхности. Тогда анализ будет более точный.
Одна из самых важных характеристик – это метод выдачи результатов замеров. Они могут отображаться в различном виде:
— Колориметрические значения.
— Цветовые различия.
— Подтверждение или опровержение совместимости.
Батарейки сохраняют свой заряд даже в том случае, если прибор применяют раз в год. При каждодневном использовании колориметра лучше выбирать аккумуляторное устройство.
Предназначение львиной доли устройств в том, чтобы их эксплуатировать в пределах температур 0-40°С. Когда есть необходимость провести сравнение цветов на морозе, то подберите прибор, который рассчитан на это.
Обращаем внимание на то, что рекомендуемая температура эксплуатации и температура хранения – это не одно и то же. Температура хранения всегда выше. Она показывает, при какой температуре колориметр гарантированно не выйдет из строя, но только в выключенном состоянии.
По уровню портативности колориметры поделили на мобильные и стационарные. От электросети питаются стационарные колориметры. Их устанавливают на одном месте.
ВАЖНО! Преимущественно они представлены девайсами лабораторной точности. Впрочем, среди них есть и бюджетные устройства. И стоимость их в несколько раз меньше мобильных. Обычно они представлены оборудованием, у которого аналоговая шкала вместо ЖК-дисплея.
Есть немало приборов, которые не только делают анализ двух цветов, которые сканируются подряд. Они также предоставляют возможность пользоваться данными, которые заложены в их памяти.
Если однажды сохранишь эталонные цвета, то потом можно будет проводить сравнения с ними, не делая повторного сканирования. В конкретном случае под эталонным цветом нужно понимать не идеальный цвет, а тот, который нуждается в повторении.
Фотоэлектроколориметр
Фотоэлектроколориметр является оптическим прибором, который призван совершать точные замеры концентрации различных веществ в растворах.
Принцип работы установки базируется на способности окрашенных жидкостей поглощать проходящий через них световой луч. Причем, чем больше в растворе оказывается окрашивающих составляющих, тем сильнее происходит поглощение. Результат фиксирует устройство, передавая окончательные данные лаборанту.
Классификация и особенности
Кроме того что на все модели назначается собственная цена из-за особенностей политики ценообразования каждого бренда, существует несколько других вариантов классификации по профессиональным признакам. Речь идет о разделении агрегатов на визуальные и объективные типы. Второй вариант еще изредка называют фотоэлектрическим.
Визуальные модификации отличаются от аналогов углом попадания света. Здесь проходящий через изучаемую жидкость луч освещает только одну часть в поле зрения. На вторую половину свет только падает, что вызвано прохождением сквозь раствор того же средства, которое было оценено ранее, а его концентрация досконально известна.
При подобном раскладе за основу берется сравнительный результат, чего получается добиться за счет анализа толщины первого слоя при сравнении с интенсивностью светового потока. После того как лаборант успешно добивается обобщения цветовых тонов обеих частей поля зрения, получается вывести схематическое соотношение. Итог порадует относительно точными сведениями касательно процента концентрации у исследуемого раствора.
В зависимости от того, привлекался ли к исследованию цифровой прибор, либо его более примитивные версии, будет колебаться уровень точности. Но в промышленных масштабах используют довольно точные установки, которые хорошо себя зарекомендовали и учетом подсоединения качественных светофильтров. Речь идет о современных аналогах классических визуальных колориметров – фотоэлектроколориметрах.
Чтобы определить силу конкретного фототока приходится задействовать значения интенсивности падающего на них светового излучения. Так специалист измеряет степень поглощения света растворяющимися частицами, что свидетельствует о процентном значении концентрации исследуемого раствора.
Кроме стандартных фотоэлектроколориметров с обычными отсчетами токовой силы, на рынке медицинского оборудования широко представлены колориметры компенсационного класса. Их оптическая схема несколько отличается из-за разности сигналов, которые соответствуют стандартному и изучаемому раствору. Здешняя отметка сводится к нулю, чего удалось достичь при использовании электрического, либо оптического компенсатора. Начало замеров при подобном раскладе производится с компенсационной шкалой.
Считается, что представленная методика помогает проводить более качественный анализ, так как показатели погрешности не реагируют на:
Но за повышенную детализацию приходится «расплачиваться» тем, что инструмент не предоставляет результаты напрямую. Вместо этого приходится сверять полученные сведения путем перехода в градуированные графики. Их получают методом измерения растворов с уже изученными концентрационными свойствами.
Области применения
Инструкция для использования различных категорий колориметра довольно проста для опытных диагностов клинического или исследовательского профиля. Чтобы установить основные узлы, не потребуется много времени при наличии должных навыков. Даже точность, которую предоставляют последние модификации оборудования, порадует хорошими результатами, не хуже, чем предоставляют сложные тактики полноценного химического анализа. Нижние рамки для замера концентрации варьируются в радиусе от 10 −3 до 10 −8 моль/л.
Обобщенный алгоритм эксплуатации предусматривает всего несколько шагов. Сначала в пучок света потребуется переставить кювет, заполненный контрольной жидкостью с уже известными показаниями. Потом в механическом режиме нужно производить вращение ручки существующих круговых фотометрических клиньев. При установлении стрелки гальванометра на нулевую отметку, движение прекращается.
На кювет с контрольным средством направляют световой луч. Одновременно с этим стрелка гальванометра начинает отклоняться от своего привычного положения. Лаборанту предстоит зафиксировать указанное значение.
Далее останется только отключить аппарат и привести используемые кюветы в порядок для следующего тестирования.
На фоне такой простой схемы становится понятно, почему устройство пользуется спросом в различных сферах промышленного и клинического применения. Техника является одним из самых незаменимых форматов медицинского оборудования, помогающего осуществить оперативные замеры гемоглобина. Она же необходима для оценки текущего уровня общего и прямого билирубина, холестерина, общего белка, мочевой кислоты.
Ее алгоритм охотно используют медицинские лаборатории, занимающиеся обработкой анализов тимоловой пробы, замерами железа, креатина, глюкозы и даже липопротеинов.
Нашла свое применение технология в сельском хозяйстве. Здесь без нее не проводится контроль химического состояния воды, корма. Когда необходимо разобраться с тем, пригодна ли почва для растениеводства или животноводства, тоже приходится привлекать фотоэлектроколориметр. Он с легкостью определит, есть ли во взятом образце переизбыток калия, нитратов, марганца, магния или фосфатов.
По той же причине прибором часто пользуются экологические службы, а также отделы по контролю пищеперерабатывающей и химической промышленности. В редких случаях помощь установки требуется геологам или биохимикам во время научных экспериментов.
Некоторые обыватели, которые далеки от физических и химических теорий, не всегда с первого раза понимают, почему эксперты одинаково часто используют как фотоэлектроколориметры и спектофотометры. Эти два устройства хотя и несколько похожи, но все же исполняют свои задачи несколько по-разному.
При спектральном анализе за основу берут луч в монохроматическом свете. Во втором случае за основу берется полихроматическая среда, формирующаяся специальным фильтром. Меняя светофильтры, получается определять концентрацию различных составляющим в одном и том же растворе с минимальной погрешностью.
Добавляет преимуществ фототехнике фактор упрощенной эксплуатации и относительно небольшая стоимость по отношению к их прямым «конкурентам».
Четыре задачи измерения цвета: зачем нужны спектрофотометры и колориметры
Сегодня измерение цвета становится всё более важной задачей: контроль за точностью его передачи позволяет улучшать качество выпускаемой продукции, снижать количество ошибок и даже минимизировать затраты. Измерять цвет и сравнивать его с образцом помогают два типа приборов – спектрофотометры и колориметры. И сфера их применения намного шире, чем может показаться на первый взгляд.
В каких направлениях могут использоваться спектрофотометры и колориметры и зачем именно бизнесу количественно определять такой качественный показатель, как цвет – рассказывает руководитель отдела технической поддержки департамента сервисной поддержки и аутсорсинговых решений Konica Minolta Business Solutions Russia Сергей Дручинин.
На зрительное восприятие цвета влияет большое число факторов: окружающая среда, личные особенности человека, в том числе пол и возраст, его цветовые предпочтения. Цвет продукта может выглядеть по-разному при холодном освещении магазина или под тёплым светом домашней лампы; два образца могут выглядеть одинаково при дневном свете и по-разному при искусственном освещении. При этом бизнесу необходимо гарантировать постоянство внешнего вида и цвета продукции. А для этого важно определить его объективные показатели и числовые параметры, которые будут поддаваться контролю. Для контроля цвета могут применяться различные измерительные приборы – в первую очередь спектрофотометры и колориметры.
Основными различиями между спектрофотометром и колориметром является принцип работы. У колориметра он ближе к человеческому глазу – прибор имеет три типа сенсоров: красный, зеленый и синий. Вычисления производятся по результатам измерения интенсивности отраженного света этих цветов, а по их итогам численные значения цвета будут преобразованы в координаты цветового пространства L*a*b.
Спектрофотомер же производит измерения для каждого отдельного цвета видимого спектра, после чего результат измерения цвета преобразуется в спектральную характеристику. Таким образом, результаты одного измерения цвета могут применяться для расчета спектральной характеристики с использованием другого эталонного источника света или быть преобразованы в координаты любого цветового пространства. Благодаря этому спектрофотометры точнее колориметров и обладают более широким спектром функций. Рассмотрим основные сферы применения этих приборов подробнее.
Цвет играет большое значение в пищевой промышленности: в сознании потребителя он неразрывно связан с критериями вкуса и свежести – и среди множества схожих товаров на полке покупатель скорее выберет продукт, который будет наиболее привлекателен внешне. Именно по внешним характеристикам, в том числе и цвету, специалисты могут определить степень готовности и качество продукта. Поэтому эти характеристики стандартизированы и строго контролируются при производстве.
Сравнивать цвет продукции со стандартом приходится при производстве многих продуктов. Например, колориметры применяются для определения цвета помидоров и томатной продукции – скажем, пасты, соков или соусов; а ещё степени прожарки кофейных зёрен или молотого кофе, контроля выпечки хлебобулочных изделий. Также при помощи колориметра производитель может проверять равномерность цвета от партии к партии, что позволяет обеспечивать стабильность качества.
Однако при покупке для потребителя важен внешний вид не только самого продукта, но и его упаковки. Её цвет воспринимается как часть товара: блёклая упаковка или неверная передача оттенка логотипа могут натолкнуть на мысль о подделке. Общепринятые стандарты в области цвета тесно связаны с оценкой качества товара – этот принцип заложен в психологии потребителя.
Контролировать качество при помощи цвета можно и при производстве косметической продукции. Особенно актуальным это становится на этапе производства сырья, в частности пигментов, от которых зависит итоговый цвет изделия. Однако колориметры могут применяться ещё раньше, на этапе исследований – например, для детального сравнения цвета волос до и после окрашивания при тестировании краски.
Или ещё один пример – сравнение цвета образца косметической продукции с её цветом на коже, ведь оттенки будут немного различаться. Один и тот же цвет косметики может быть не одинаковым даже в зависимости от точки обзора, и это также важно учитывать при производстве.
Измерения одного только цвета в косметической промышленности недостаточно: необходима также оценка различных эффектов – например, блеска. Представим матовую и глянцевую помаду: между их визуальным восприятием есть разница, даже если они одного цвета. Для оценки степени блеска используется отдельный класс устройств – блескомеры. Показатель блеска определяется отношением интенсивности отраженного света к излученному и сравнивается с эталонным значением. Угол освещения поверхности выбирается в зависимости от типа покрытия, которое может быть, например, глянцевым или матовым.
Со схожими проблемами сталкиваются автомобильные производители: для привлечения внимания к автомобилям они окрашивают их в специальные цвета с металлическим или перламутровым эффектами. Поверхности с такими эффектами также могут менять цвет в зависимости от угла обзора. В таких случаях производители используют многоугловые (гонио) спектрофотометры.
Использование сложных оттенков становится непростой задачей для автомобилестроения, ведь все поверхности автомобиля должны иметь один цвет, даже если состоят из разных материалов – и кузов, и бампер, и даже корпуса зеркал. Учитывая, что все эти детали производят разные поставщики, которые используют разные методы окраски, контроль цветового соответствия выходит на первый план.
Кроме того, востребованным измерение цвета становится при ремонте автомобилей: покраска деталей требует точного попадания в тон, иначе разница будет заметна даже невооружённым глазом. Использование спектрофотометра особенно необходимо, когда неизвестен код краски, кузов автомобиля перекрашивался ранее или в каталоге цветов сервиса отсутствует требуемый образец.
Область применения спектрофотометрических методов в медицине и фармацевтике довольно широка: на определении оптического поглощения основаны многие методы количественного анализа соединений. Кроме того, измерение цвета может помочь установить зависимость между спектрами поглощений различных соединений и их химическим строением – то есть для проведения не только количественного, но и качественного анализа. Например, спектрофотометры могут применяться для исследований крови – измерения её сатурации (насыщения кислородом) путем измерения поглощения света, прошедшего через пробу в различных спектральных диапазонах. Измерения могут проводиться даже проточно.
Если рассматривать конкретные направления, то измерение цвета в медицине может быть актуальным в стоматологии. Скажем, прежде чем выбрать композитный материал для реконструкции зуба, стоматологу необходимо определить его тон – даже малейшая разница в цвете может со временем стать крайне заметной и неприятной.
Это далеко не полный список направлений, в которых может применяться измерение цвета: спектрофотометры и колориметры используются при производстве бумаги, полимеров и изделий на их основе, изготовлении стройматериалов, при реставрационных работах или капитальном ремонте зданий, на текстильных предприятиях и в полиграфии. Контроль цвета в различных отраслях обеспечивает единство информации о цвете продукции, передаваемой между филиалами или разными производствами; а также позволяет сократить расходы, связанные с неправильным подбором цвета и необходимостью повторного окрашивания. При этом именно измерение цвета позволяет количественно описать то, что, казалось бы, передать невозможно – наши зрительные впечатления.
Для чего нужен колориметр?
Каждая партия свежеобжаренных кофейных зерен проходит проверку по семи пунктам, в число которых входит цвет обжарки. Цвет — один из ключевых факторов оценки качества кофе. Цвет обжаренных зерен позволяет понять, насколько правильной была обжарка и не случилось ли каких-нибудь отклонений в процессе.
Колориметр — это специальный прибор для измерения цвета. Профессиональными колориметрами измеряют цвет молотого зерна после каждой обжарки. Диапазон измерения, как правило, варьируется в пределах 45-70 пунктов по шкале ColorTrack, где более высокое число означает более темную обжарку. Полученный в ходе замеров результат проходит сравнение с профильным значением обжарки, а также с предыдущим и последующим. Отклонение даже на несколько десятых пункта — повод для отмены отправки лота покупателю.
Виды колориметров
Световой
Принцип работы этой разновидности схож с фотоаппаратом. Колориметр инициирует вспышку, подобную фотографической. В момент отражения вспышки от кофе специальный датчик измеряет количество света, которое вернулось назад. Особенность этого устройства в том, что во время работы на контрольный образец не должно попадать стороннее освещение.
Количество отраженного света напрямую связано с глубиной обжарки — чем темнее обжарено зерно, тем меньше света вернется к датчику. Соответственно, показатели измерения варьируются в зависимости от степени обжарки зерна.
Световой колориметр прост в работе, но имеет свои недостатки. Во-первых, замер проводится только в одной точке, что делает его показатели не самыми точными и требует одинаковых условий для образцов (помол, расположение в емкости и т.д.). Во-вторых, прибору требуется ежегодная замена ламп. Точность устройства сильно отражается на его стоимости — если самые недорогие модели стоят около 1000 долларов, то более точные приборы имеют цену уже в 5000 долларов и выше.
Лазерный
Принцип работы этого вида основан на использовании лазерной рефлектометрии. Использование лазера позволяет определить степень цвета более точно по шкале от нуля до сотни. Кроме того, в таком колориметре образец вращается, как в СВЧ-печи, благодаря чему замер производится с нескольких сторон, а не в одной точке. Поэтому показатели лазерного колориметра довольно точны.
Как и в случае со световым колориметром, показатель цвета зависит от степени обжарки. Точность определения при этом составляет до 1/100 доли. Устройство также подстраивается под текущие параметры температуры и влажности воздуха. Основной недостаток лазерного колориметра — его стоимость.
Спектрофотометр
Это устройство подсвечивает поверхность молотого кофе и измеряет отраженную энергию инфракрасных волн. Длина инфракрасной волны является специфичной для некоторых составляющих в кофе, которые зависят от тепловой энергии и в момент обжарки поглощаются.
Такой прибор является самым дорогостоящим из всех трех видов (цена — около 15 тысяч долларов). При это по ряду параметров спектрофотометр проигрывает лазерному колориметру:
Кроме того, некоторые производители дают на свои модели лазерных колориметров пожизненную гарантию, в отличие от производителей спектрофотометра, которые обеспечивают лишь годовую гарантию на свой продукт.
Нужен ли колориметр вообще?
Родственные оттенки, отличающиеся на 1-2 цветовых единицы, трудно увидеть невооруженным глазом. Тем не менее даже такая небольшая разница станет существенным фактором влияния на вкус. Поэтому для компаний, занимающихся обжаркой, наличие колориметра настоятельно рекомендуется. Без проведения замеров цвета кофе нельзя нормально оценить, насколько стабильно качество обжарки в каждой партии.