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白度、亮度在造紙行業里使用極為頻繁,無論是生產實踐、商業貿易還是書刊文獻中都經常使用,但是在實際使用過程中經常出現概念模糊和混淆的情況。本文從定義、光源、測量儀器和測量結果的差異等方面就白度、ISO亮度與D65亮度的稱為D65亮度。

對亮度的定義進行比較可知,ISO標準定義的ISO亮度與國家標準定義存在區別,ISO亮度采用C光源,而我國國家標準定義的亮度采用D65光源。根據定義,只有符合ISO2469的規定才能稱之為ISO亮度,按照GB/T7973規定的亮度應稱之為D65亮度。

白度的另外一種表示方法是CIE白度,這個術語在我國造紙工業應用較少,造紙行業也沒有制定相應的方法標準,但是在國際上應用較為廣泛,ISO/TC6制定了相應的測試方法標準,國內也有部分企業采用這種白度表示方法。CIE白度分為C光源和D65光源兩種照明條件,相應的ISO標準分別為ISO11475《紙和紙板———CIE白度的測定,D65/10°(室外光)》和ISO11476《紙和紙板———CIE白度的測定,C/2°(室內光)》,兩種不同光源的CIE白度公式分別為:

從上面兩個公式可以看出,CIE白度是在整個可見光譜范圍內對白色的評價,CIE白度比亮度更符合人眼對白度的評價。ISO亮度或D65亮度只是457nm藍光的反射因數,它反映的只是紙張的亮度,反映不出樣品的顏色或色調的特點,但是它能較好的反映出近白色紙張的白色差別,并且表示方法簡單,因此使用亮度指標來反映紙張的白度。

2光源及測量結果的差別

從定義上比較可以看出,因采用光源的不同,亮度表示方法也不相同。下面從光源的光譜特性來分析比較不同光源對ISO亮度與D65亮度量值的影響,圖1是兩種光源的相對功率分布比較。

C光源代表相關色溫6774K的平均晝光,它的光色近似于陰天的天空,相當于室內光。D65光源代表相關色溫6504K時相狀態的晝光,相當于室外光。從兩種光源相對光譜功率分布比較可以看出,在可見光范圍內,C光源和D65光源相對光譜功率分布有差異,但相差不大。但是在紫外光范圍內,D65光源的紫外成分大大高于C光源。因此,在測量不含熒光增白劑樣品時,兩種光源條件對亮度測試的結果相差不大,但是在測量含有熒光增白劑的樣品時,由于熒光增白劑經紫外光照射后激發出藍色可見光,從而達到提高白度和亮度的目的,而D65光源中紫外成分大大高于C光源,比C光源可以激發出更多的可見光,因此測試含有熒光增白劑的同一樣品時,D65亮度大于ISO亮度。我國造紙工業及歐洲國家亮度采用D65光源,而北美及日本亮度采用C光源。

為了比較兩種光源條件下亮度測量的差別,采用同一漿樣在同樣的打漿、抄造條件下抄制兩種紙樣,其中#3紙樣不含熒光增白劑,#4紙樣含有一定量的熒光增白劑。使用L&WElrepho分光度計分別測量兩種紙樣在D65和C兩種光源條件下400～700nm波長的反射因數、CIE白度和亮度(見表1)。

3測量儀器功能的比較

隨著測量技術的發展,測量白度、亮度的儀器也有很大發展。20世紀60～70年代主要使用ZBD型白度儀,到80年代主要使用SBD型白度儀,它們的幾何條件均為45/0,從90年代開始大量使用d/0型白度儀,以WS-SD、YQ-Z-48A/B、DN-B型為代表,近幾年來許多單位進口了先進的分光光度儀。因此,我國造紙行業使用的白度儀規格型號較多。下面就這些型號的白度儀的主要差別、測量范圍及儀器的主要功能進行比較。

從儀器的幾何條件分為45/0和d/0儀器兩種。

45/0儀器采用與樣品表面成45°平行光照射樣品,在樣品的垂直方向接收反射光,典型的儀器是SBD型白度儀,該儀器依據GB/T8940.1—1988,采用D65光源,因此只能測量D65亮度。目前使用較多的d/0儀器采用積分球形成漫射光照射樣品,在樣品的垂直方向接收反射光,光源因儀器的型號不同而不同(見表2)。

從儀器類型上可分為濾光片式白度儀和簡易式分光光度計。濾光片式白度儀是將光源發出的光或樣品表面反射的光經特定的藍色濾光片濾光后,采用光電技術測量白度、亮度,國內生產的大部分儀器采用D65光源(如SBD型白度儀、YQ-Z-48A/B、YQ-Z-DN、WS-SD型白度儀),只能測量D65度,JY9800型反射光度計則包括了兩種光源,可以同時測量ISO亮度和D65亮度。因此能否測量ISO亮度因儀器的型號而異。簡易式分光光度計采用光譜光度法,將樣品表面反射的光通過單色儀或光柵分成單色光后,通過光電技術按照一定的波長間隔測量光反射因數,再結合相對光譜功率分布計算出兩種光源條件下白度、亮度。采用分光法能夠使儀器的光譜特性控制更為精確,因此能夠得到較高的準確度,而且功能更多,常用的有Elrepho2000L&WElrepho型分光光度計。表2列出幾種不同型號的白度儀的特性差別。

表2可以看出,這幾種儀器采用的光源、幾何條件及所依據的標準存在著一定的差別,不同的儀器測量的參數是不同的,在使用過程中應能正確區分。

4結語

白度是用來表示物體色白的程度,而CIE白度、ISO亮度和D65亮度是在造紙工業中的具體應用,ISO亮度和D65亮度是兩個不同的概念,從定義、采用的光源、測量儀器及測量結果幾個方面均存在著差別,在使用過程中應正確理解和區分,不能混為一談。