Nowa generacja przyrządów łączy konwencjonalny spektrofotometr z fluorymetrem
Otaczający nas świat jest barwny i jasny. Neonowe barwy od kilku lat wracają do mody. Powstawanie takich kolorów wymaga stosowania pigmentów fluorescencyjnych w przemyśle farb, tworzyw sztucznych i wielu innych. Chociaż są one szeroko stosowane od wielu lat, kontrola jakości materiałów fluorescencyjnych nadal pozostaje poważnym wyzwaniem. Poniższy artykuł przypomina teoretyczne podstawy fluorescencji, wskazuje, dlaczego standardowy spektrofotometr nie nadaje się do kontroli jakości materiałów fluorescencyjnych i jakie możliwości oferuje nowe połączenie spektrofotometru i fluorymetru — szczególnie w odniesieniu do przewidywania stabilności barwy.
Często dyskutowanym zagadnieniem jest zgodność wartości absolutnych parametrów koloru L*a*b* tej samej próbki mierzonej różnymi spektrofotometrami. Nawet jeśli zachowana jest jednakowa geometria pomiarowa i zadeklarowane jednakowe standardowe oświetlenie, różnice w odczycie L*a*b* mogą być znaczące. Fakt ten spowodowany jest różną konstrukcją spektrofotometrów, różnymi materiałami wykonania i w końcu różnymi standardami odniesienia w kalibracji fabrycznej.
Problem pogłębia się jeszcze bardziej, gdy badany materiał lakierowy zawiera pigment wykazujący właściwości fluorescencyjne.
Krótka teoria fluorescencji
Nazwa pochodzi od fluorescencyjnego minerału fluorytu (fluoryt, fluorek wapnia, CaF2). Fluorescencja to właściwość atomów i cząsteczek, tzw. fluoroforów, polegająca na pochłanianiu światła o określonej długości fali, a następnie emitowaniu światła o innej długości fali. Różnica między długością fali wzbudzenia a długością fali emisji jest znana jako przesunięcie Stokesa. Emitowane światło fluorescencyjne jest zwykle przesuwane w kierunku długofalowym widma światła w porównaniu ze światłem wzbudzenia. Fenomen ten opiera się na zasadzie przemian energetycznych zachodzących na poziomie cząsteczek, co ukazuje rysunek nr 1.
Rysunek 1. Diagram Jabłońskiego (góra) i dane widmowe jako rozkład normalny Gaussa ze szczególnym uwzględnieniem maksimów wzbudzenia i emisji (dół)
Ograniczenia spektrofotometru
Głównym celem spektrofotometru jest scharakteryzowanie materiału pod względem jego właściwości widmowych. Osiąga się to poprzez oświetlenie próbki, a następnie zmierzenie intensywności światła po jego odbiciu. Przy pomiarze materiału bez fluorescencji światło o określonej długości fali, które pada na powierzchnię, jest ponownie emitowane przy tej samej długości fali. W rezultacie powstaje typowe widmo remisji, znane również jako krzywa widmowa (reflektancji) lub krzywa koloru. Jeśli w materiale znajdują się również fluorofory, tradycyjny spektrofotometr nie jest w stanie odróżnić remisji (odbicia) materiałów niefluorescencyjnych od emisji składników fluorescencyjnych. W rezultacie powstaje połączenie widm odbicia i emisji, co może prowadzić do problemów interpretacji wyniku pomiaru.
Spektrofotometry jako źródło światła mają wbudowane różne rodzaje lamp. Przykładowo, podczas gdy lampa halogenowa wolframowa nie emituje prawie żadnych fotonów w niewidzialnym zakresie UV, lampa błyskowa ksenonowa dostarcza dużo energii w tym zakresie. Te dwa źródła światła różnią się również w zakresie fal krótkich, niebieskim widma widzialnego: lampa błyskowa ksenonowa emituje znacznie więcej energii niż lampa halogenowa. W zależności od specyficznych właściwości fluoroforów zawartych w materiale skutkuje to różnymi poziomami wzbudzenia, a zatem różnymi poziomami i długościami fal emisji (barwami) w obszarze widzialnym. Z tego możemy wywnioskować, że widma odbicia tej samej próbki fluorescencyjnej wykryte za pomocą różnych spektrofotometrów wyraźnie różnią się i tym bardziej nie można porównywać wyników pomiarów CIELab.
