石油化工行業 - 色差儀工作原理及計算公式應用案例

概況

石油化工行業產品眾多，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。

其產品在國民經濟的發展中有重要作用，是我國的支柱產業部門之一。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，小到我們日常使用的電腦、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，我們日常生活中的“衣、食、住、行”樣樣都離不開石化產品。
石油化工產品如此重要和繁多，對其質量的把控尤為重要，顏色是其質量控制當中的重要環節。
作為全球色彩測量和數據化分析的專家，愛色麗先進的色彩解決方案適用于石油化工產品的各個分支。

顏色表征及測量參數

對于顏色的表述，目前各行各業普遍使用的是CIEL*a*b*顏色表征系統。

使用分光光度儀將顏色數據化，可以更為科學的表征石油化工產品的顏色特性。
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，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，說明L2*樣品偏深。依次類推：

若Δa*為正數，則樣品偏紅（不夠綠）；Δa*為負數，樣品偏綠（不夠紅）；

若Δb*為正數，則樣品偏黃（不夠藍）；Δb*為負數，樣品偏藍（不夠黃）。

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

石油化工產品除了常規的L*a*b*顏色數據測量，還有一些其他參數的測量需求，例如白度指數、黃度指數、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：

白度指數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，根據客戶要求選取對應的白度。
黃度指數表征物體色黃的程序，用YI表示，用于評價塑料質量和老化程度。正值表示材料呈現黃色，負值表示材料呈現藍色。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，用T表示。

霧度是透明或半透明材料的內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。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，用Haze表示。
APHA也稱為鉑鈷，主要是對澄清液體（工業醇類、溶劑、水等）的色度評估。數值范圍從0（淺色）到500（深色）。參見標準ASTM D1209。
Gardner顏色指數，也稱為鐵鈷，主要是對液態樹脂、油漆、干油、脂肪酸等化學品和油品的色度評估。數值范圍從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品的色度評估。數值范圍從+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、柴油等石油產品的色度評估。數值范圍從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構解析

現在應用比較廣泛的分光光度儀的三種光學幾何結構分別是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構，它模擬的是諸如我們日常看書、太陽光下觀測物體的情景。

d/8°結構中使用了一個關鍵部件——積分球，積分球是一個內壁呈白色的圓球，其內壁有極高的反射和散射性能，光線通過積分球內壁進行完全漫反射，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)數據和排除鏡面反射(SCE)數據。
同一個樣品使用不同幾何結構的分光光度儀測量得到的結果是不同的。為了達到與目測結果一致，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構與目視評估結果為接近。

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構與目視結果更為接近。

積分球式儀器可同時測量包含鏡面和排除鏡面的數據，實用性更廣，樹脂材質多數光澤度比較高，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。
樹脂的材質從透明到半透明到不透明都有，而且半透明材質居多，根據透明程度選取測量方式，不透明材質選取反射測量；透明材質選取透射測量；半透明材質采取反射/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。
由此我們可以看到積分球式臺式機的優勢顯而易見，它有多種測量模式可供選擇，滿足石油化工所有產品的顏色測量需求。

測量方案

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

固態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，其產品多種多樣，顏色千變萬化，

除了顏色檢測，配色也是一個很大的需求和挑戰。傳統的人工配色對調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品質量。
下面我們來看一下愛色麗應不同的石油化工產品顏色測量需求所提供的測量方案吧：

不透明的固態樹脂和合成材料，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，除了顏色數據外，還會根據產品需要測量白度指數、黃度指數。