石油化工行業(yè) - 色差儀工作原理及計算公式應用案例

概況

石油化工行業(yè)產(chǎn)品眾多，包括各種樹脂和醇類酯類溶劑等多種有機化工原料以及合成材料（塑料、合成纖維、合成橡膠），還有燃料油、潤滑油等油品。

其產(chǎn)品在國民經(jīng)濟的發(fā)展中有重要作用，是我國的支柱產(chǎn)業(yè)部門之一。與人們的生活密切相關，大到太空的飛船、天上的飛機、海上的輪船、陸地上的火車、汽車，小到我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X、辦公桌、牙刷、毛巾、食品包裝容器、多彩多姿的服飾、各式各樣的建材和變化多端的游樂器具等等，都跟石油化工有著密切的關系。
可以說，我們?nèi)粘Ｉ钪械摹耙?、食、住、行”樣樣都離不開石化產(chǎn)品。
石油化工產(chǎn)品如此重要和繁多，對其質(zhì)量的把控尤為重要，顏色是其質(zhì)量控制當中的重要環(huán)節(jié)。
作為全球色彩測量和數(shù)據(jù)化分析的專家，愛色麗先進的色彩解決方案適用于石油化工產(chǎn)品的各個分支。

顏色表征及測量參數(shù)

對于顏色的表述，目前各行各業(yè)普遍使用的是CIEL*a*b*顏色表征系統(tǒng)。

使用分光光度儀將顏色數(shù)據(jù)化，可以更為科學的表征石油化工產(chǎn)品的顏色特性。
其中L*表示顏色的深淺坐標，a*代表紅綠軸坐標，b*代表黃藍軸坐標，分解成兩維示意圖如下。

這樣空間中任意一點的顏色可以用（L*a*b*）來表示。比如圖中的R 點顏色就可以用（L1*,a1*,b1*）來表示，兩個樣品的顏色差異就可以用兩點的坐標差來表示：

ΔL* = L2* - L1*

Δa* = a2* - a1*

Δb* = b2* - b1*

若ΔL*為正數(shù)，說明L2* > L1*, L*越大顏色越淺，說明L2*樣品偏淺；同理，若ΔL*為負數(shù)，說明L2*樣品偏深。依次類推：

若Δa*為正數(shù)，則樣品偏紅（不夠綠）；Δa*為負數(shù)，樣品偏綠（不夠紅）；

若Δb*為正數(shù)，則樣品偏黃（不夠藍）；Δb*為負數(shù)，樣品偏藍（不夠黃）。

基于此種L*a*b*的顏色數(shù)據(jù)化方式，我們就能清楚的知道石油化工產(chǎn)品在紅綠黃藍色相和深淺上的數(shù)據(jù)變化和差異，進而做進一步的數(shù)據(jù)分析。

石油化工產(chǎn)品除了常規(guī)的L*a*b*顏色數(shù)據(jù)測量，還有一些其他參數(shù)的測量需求，例如白度指數(shù)、黃度指數(shù)、透光率、霧度，以及鉑鈷、Gardner、Saybolt和ASTM色度等液體色度。

下面我們分別來解釋一下這些參數(shù)：

白度指數(shù)表征物體色白的程度，用WI表示，白度值越大，白的程度越大。白度有很多種，例如：CIE白度、ASTM E313白度、藍光白度、甘茨白度等等，根據(jù)客戶要求選取對應的白度。
黃度指數(shù)表征物體色黃的程序，用YI表示，用于評價塑料質(zhì)量和老化程度。正值表示材料呈現(xiàn)黃色，負值表示材料呈現(xiàn)藍色。黃度主要有ASTM E313黃度和D1925黃度。
透光率表示光線透過介質(zhì)的能力，為透過試樣的光通量與照射到試樣上的光通量之比，為百分數(shù)，用T表示。

霧度是透明或半透明材料的內(nèi)部或表面由于光漫射造成的云霧狀或混濁的外觀，是其光學透明性的重要參數(shù)。為透過試樣而偏離入射光方向2.5°角以上的散射光通量與透射光通量之比，為百分數(shù)，用Haze表示。
APHA也稱為鉑鈷，主要是對澄清液體（工業(yè)醇類、溶劑、水等）的色度評估。數(shù)值范圍從0（淺色）到500（深色）。參見標準ASTM D1209。
Gardner顏色指數(shù)，也稱為鐵鈷，主要是對液態(tài)樹脂、油漆、干油、脂肪酸等化學品和油品的色度評估。數(shù)值范圍從1.0（淺色）到18.0（深色）。參見標準ASTM D 6166。
Saybolt色度，主要是對車用汽油、航空汽油、噴氣燃料、石腦油、煤油、白油以及石油蠟等產(chǎn)品的色度評估。數(shù)值范圍從+30（淺色）到-16（深色）。參見標準ASTM D156。
ASTM色度，主要是對潤滑油、燃料油、柴油等石油產(chǎn)品的色度評估。數(shù)值范圍從0.5（淺色）到8.0（深色）。參見標準ASTM D1500。

一般來講測量Gardner顏色指數(shù)的樣品顏色要比測量APHA的樣品顏色更黃些。ASTM色度要深于Saybolt色度。

顏色測量儀器幾何結(jié)構解析

現(xiàn)在應用比較廣泛的分光光度儀的三種光學幾何結(jié)構分別是0o/45o、d/8o和多角度。多角度儀器應用于特殊效果的顏色，此處不多做講述。
0o/45o結(jié)構儀器測量的是特定角度的物體散射光。是早的顏色測量儀器結(jié)構，它模擬的是諸如我們?nèi)粘？磿?、太陽光下觀測物體的情景。

d/8°結(jié)構中使用了一個關鍵部件——積分球，積分球是一個內(nèi)壁呈白色的圓球，其內(nèi)壁有極高的反射和散射性能，光線通過積分球內(nèi)壁進行完全漫反射，從而這些漫反射光能夠從不同方向照射到樣品表面，樣品進行吸收和反射，其反射的8o方向的光被接收器接收進行顏色分析。

由于對稱位置的積分球面有可開閉的裝置，所以可以采集包含鏡面反射(SCI)數(shù)據(jù)和排除鏡面反射(SCE)數(shù)據(jù)。
同一個樣品使用不同幾何結(jié)構的分光光度儀測量得到的結(jié)果是不同的。為了達到與目測結(jié)果一致，建議按照如下原則選擇儀器和設置：

對于普通顏色樣品，其有較好的漫反射性能，0°/45°和積分球排除鏡面反射的結(jié)構與目視評估結(jié)果為接近。

對于表面光澤較高的樣品，其鏡面反射光比較強，積分球包含鏡面反射的結(jié)構與目視結(jié)果更為接近。

積分球式儀器可同時測量包含鏡面和排除鏡面的數(shù)據(jù)，實用性更廣，樹脂材質(zhì)多數(shù)光澤度比較高，采用積分球式儀器的包含鏡面測量與目視結(jié)果更為接近。

而且積分球式臺式機具有反射、透射以及以透射為基礎的霧度測量功能，0°/45°的儀器只能進行反射測量。
樹脂的材質(zhì)從透明到半透明到不透明都有，而且半透明材質(zhì)居多，根據(jù)透明程度選取測量方式，不透明材質(zhì)選取反射測量；透明材質(zhì)選取透射測量；半透明材質(zhì)采取反射/透射測量，既測量面色又測量底色，做到雙重控制。
石油化工產(chǎn)品中的液體色度都是采用透射測量，務必使用積分球式臺式機才可實現(xiàn)。
由此我們可以看到積分球式臺式機的優(yōu)勢顯而易見，它有多種測量模式可供選擇，滿足石油化工所有產(chǎn)品的顏色測量需求。

測量方案

石油化工產(chǎn)品中涉及到顏色檢測的產(chǎn)品可按類別分為：固態(tài)的樹脂和合成材料、液態(tài)的溶劑和液態(tài)樹脂、油品類的汽油潤滑油和柴油等。

固態(tài)樹脂和合成材料一般為顆粒狀或者注塑成片狀來檢測。對于塑料、橡膠等合成材料，其產(chǎn)品多種多樣，顏色千變?nèi)f化，

除了顏色檢測，配色也是一個很大的需求和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的人工配色對調(diào)色人員有很高的要求，而且在實際操作中不可避免的會受到外界因素的影響。

愛色麗提供的電腦配色可以幫助您進行快速的配色和修色，盡量減少顏色問題導致的停工和浪費，縮短交貨期并保證產(chǎn)品質(zhì)量。
下面我們來看一下愛色麗應不同的石油化工產(chǎn)品顏色測量需求所提供的測量方案吧：

不透明的固態(tài)樹脂和合成材料，采用反射的方式測量，如果是顆粒狀，需要使用相應的夾具進行測量，除了顏色數(shù)據(jù)外，還會根據(jù)產(chǎn)品需要測量白度指數(shù)、黃度指數(shù)。

透明的片狀固態(tài)樹脂和合成材料，采用透射的方式測量，除了顏色數(shù)據(jù)外，還會根據(jù)產(chǎn)品需要測量透光率、霧度、黃度指數(shù)。

推薦儀器：Ci7800積分球式臺式機、Ci7600積分球式臺式分光光度儀

液態(tài)的溶劑和液態(tài)樹脂，顏色比較透明，采用直接透射測量，除了顏色數(shù)據(jù)外，根據(jù)產(chǎn)品需要測量鉑鈷色度或者Gardner色度。

推薦儀器：Ci7800積分球式臺式機、Ci7600積分球式臺式分光光度儀

油品類的汽油潤滑油和柴油等，采用直接透射測量，除了顏色數(shù)據(jù)外，根據(jù)產(chǎn)品需要測量Saybolt色度或者ASTM色度。

顏色是油品的重要質(zhì)量特征，也是用戶很容易觀察到的特點。顏色可以反映油品的精練程度，對于顏色范圍已知的油品，如果其顏色超出此范圍，就有可能是受到了污染。

推薦儀器：Ci7800積分球式臺式機、Ci7600積分球式臺式分光光度儀

塑料、橡膠等合成材料的電腦配色，利用分光光度儀采用反射/透射的方式測量，結(jié)合Color iMatch軟件計算配方，計算時既會考慮到顏色，又會考慮透光率，使得終的配色結(jié)果在底色和面色上均與目標相匹配。
推薦儀器：Ci7800 或者Ci7600 + Color iMatch 電腦配色軟件