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測色計的光源選擇問題

2023-07-06

測色計的光源選擇目前爭論比較多的一個問題，用戶對這個問題都比較關心。本文進行了簡單總結。

在顏色測量儀器中，選擇什么光源，應首先考慮的是穩定性，光源定向性，壽命以及最終獲得的光譜曲線的有效性。目前采用的多為鹵素石英鎢絲燈及氬燈兩種光源。

鎢燈是顏色測量儀器（包括各種可見光譜分光光度計）最常用的光源，它是一個內充惰性氣體或者鹵素（防止鎢絲氧化和熱蒸發）的白熾燈泡。

用鎢作為燈絲材料是因為鎢有足夠的強度，并能經受高溫。經測試在可見光區鎢燈的光譜曲線與黑體發射器光譜曲線幾乎完全重疊。隨著近年穩壓和脈沖電源的發展，鎢燈能夠提供重復穩定的，高色溫的光束，完全可以滿足外觀顏色測量對光源的需要。

氬燈是另一種常用于顏色測量儀器的光源。它是一個裝有一對電極的充滿氬氣的密封玻璃管。當在電極上加上高電壓時，內部氬氣就會受到激發瞬間產生弧光，這屬于一種充氣放電燈。氬燈的優點在于譜線比白熾燈的譜線更接近于日光并且能量較高。然而，對于大多數弧光燈來說要得到穩定的光輸出是相當困難的，而對于精密準確的顏色測量來說，連續無波紋的光譜（穩定的光輸出）恰恰是最為重要的。

從光檢測的角度來講，過強的光源強度一般都會超出了檢測器的線性范圍，這是一個常識，在光路設計上又需要減弱最終到達檢測器件的光強度，這使得光路設計復雜化，另外，大家都知道，目前絕大多數紫外可見分光光度計均采用D2燈和鎢燈做光源，對于測量物體表面顏色來講，人眼看見的就是可見光，采用能量消耗小，電路設計簡單，受命長，系統體積小，價格低廉、容易維護更換的鎢燈是非常合適的。在上個世紀60-70年代，所有的旋光儀均采用鈉光燈作為光源，因為按照旋光度的定義，儀器需要能量集中在 589nm的光源，當時鈉光燈幾乎是唯一的選擇，但是，與氙燈一樣，鈉光燈作為一種真空放電激發器件，使用壽命和光強度的穩定性，均很難保證，并且鈉光燈成為了旋光儀昂貴的消耗品，在今天，幾乎所有的旋光儀均采用鎢燈+干涉濾光片作為光源，光源燈的壽命相對于儀器來講幾乎是無限長，因為新的低能耗，脈沖石英鹵素鎢絲燈光源技術解決了這一難題。
氙燈可以發出短暫的高強度的弧光，但卻很難產生重復的等強度的弧光。因此，使用氙燈作光源的儀器，就得依靠對測量進行多次平均化來減少由于光強度不重復帶來的負面影響，并且，若分光光度儀為便攜式儀器的話，由于操作次數影響儲電能量，所以每次發出光的能量也不同和不穩定，并且在測定間隙，要等待充電，進行下一次的測定，充電的程度不同又會影響光強度。再則，氙燈光源
需要比較復雜的高壓震蕩激發電路，維修亦非常復雜，在更換時，除了要更換燈泡外，還要更換整組電容，所以價格較貴。
因此，在目前標準的分光光度計上，采用鹵素鎢燈(石英外殼)從技術和上均是最適宜的。特別是便攜式儀器，需要輕巧，省電，便于維護和操作，如將氙燈安裝到便攜式儀器中，等于是將我們手機上的 LCD 液晶顯示器換成了傳統的CRT 陰極射線管顯示器，采用氙燈光源可以說是一個設計錯誤，或者，一些公司還沒有掌握最新的光源及光路處理技術時，在設計制造上不得不暫時做一些妥協。