. (5.1)Fluoresoivien värien mittalaitteet voidaan jakaa kolmeen eri ryhmään. Tarkimpia fluoresoivien värien mittalaitteita ovat kahta monokromaattoria käyttävät mittalaitteet. Fluorometrit ovat toinen ryhmä ja niitä käytetään erityisesti analyyttisessä kemiassa. Fluorometreissä on perusoptiikka, mutta niillä ei voida paljoakaan vaikuttaa näytteen mittausgeometriaan ja värimittausominaisuuksiin. Kolmannessa mittalaiteryhmässä ovat värimittarit, joilla pystytään vaikuttamaan edellä mainittuihin ominaisuuksiin. Fluoresoivien värien mittaukseen ja mittalaitteisiin liittyviä virheitä on tarkemmin käsitelty luvussa 6. Luvussa 7 käsitellään mittalaitteisiin liittyviä standardeja.
Kuvan 5.1 mukaisissa mittalaitteissa käytetään sekä monokromaattista valaisua että monokromaattista mittausta. Näistä saatu spektrinen mittausaineisto integroidaan yhdistettyyn spektriseen radianssikertoimeen, jota voidaan tämän jälkeen analysoida CIE-värimittausmenetelmillä. Vaikkakin nämä mittalaitteet ovat erittäin tarkkoja, ne ovat kuitenkin kalliita ja mittalaitteita ei ole hyväksytty kaikissa värimittauslaboratorioissa.
Fluorometrejä käytetään fluoresoivien pigmenttien ja mineraalien ominaisuuksien yleisiin ja kemiallisiin mittauksiin. Fluorometrit ovat kahden monokromaattorin mittalaitteita. Niissä käytetään yleensä 0/90-mittausgeometriaa ja yleensä näillä suoritettavat mittaukset ovat värimittauksissa vain suuntaa-antavia. Yleensä fluorometreillä saadaan tuloksena emissiospektri kiinnitetyllä valaisuaal-lonpituudella tai absorptiospektri kiinnitetyllä emissiotarkasteluaallonpituudella viritettynä. Fluorometrin kaavakuva on kuvassa 5.2.
Osa tämän tutkielman fluoresenssimittauksista on suoritettu Perkin Elmer LS 50 B fluorometrillä ja se on esitelty tarkemmin kappaleessa 5.6.
Esimerkiksi fluoresoivia liikennemerkkimateriaaleja mitataan spektrofotomet-reillä, jotka käyttävät valaisuun valonlähdettä D65. Tällä mittalaitteella mitatuista näytteistä saadut tulokset riippuvat D65-valaisulähteen tarkkuustekijöistä, joista enemmän tuonnempana. Kuvassa 5.3 on värimittarin toimintaperiaate.
Fluoresoiva takaisinheijastavia näytteitä on mahdollista mitata käyttäen apuna siirtostandardeja ja tristimulussuodinta käyttävää värimittaria. Tätä mittalaitetta käyttämällä ei päästä aivan yhtä tarkkoihin tuloksiin kuin edellä mainittuja mittalaitteita käyttämällä.
Fluoresoivien värien värimittaukseen vaikuttavat mittausgeometria ja spektriset tekijät. Esimerkiksi kaikkein mittausherkimpiä ovat fluoresoivat takaisinheijas-tavat materiaalit, jotka ovat herkkiä valaisu - ja tarkasteluolosuhteitten muu-toksille tarkasteluakselilla ja tarkastelukulmissa. Fluoresoivien materiaalien mittauksessa suositellaan käytettäväksi enimmäkseen 0/45-geometriaa integroivan pallon d/0-geometrian sijaan, koska tällöin ei tapahdu useita heijastuksia valaisussa, joka häiritsee absorptio-emissiomittauksia. Kuitenkin joissakin fluoresoivien värien mittauksessa käytetään d/0 ja 0/d -geometrioita.
Spektrisiä tekijöitä ovat tekijät, jotka vaikuttavat näytteen värimittaukseen. Näistä mainittakoon mitattava spektrinen alue, kaistanleveys ja muoto, sekä mittaustiheys.
Yleisimmät fluoresoivien värien mittauksessa käytettävät mittausgeometriat, ovat 45/0 ja 0/45. Näitä käytetään erityisesti mitattaessa fluoresoivia takaisinheijastavia materiaaleja. Tämän lisäksi käytetään integroivan pallon diffuuseja (diffuusi = hajaheijastus) 0/d ja d/0-geometrioita.
45/0-geometriassa näytettä valaistaan yhdellä tai useammalla säteellä, jonka efektiivinen valaisukulma on 45° ± 2° näytteen pinnan normaalista. Tarkastelukulman ja näytteen pinnan normaalin välinen kulman ei saa ylittää 10° . Akselin ja valaisusäteen kulma ei saa ylittää 8° .
Valaisukulma ei saa ylittää 10° näytteen normaaliin nähden. Näytettä tarkastellaan 45° ± 2° kulmassa mitattavan pinnan normaaliin nähden. Akselin ja valaisusäteen kulma ei saa ylittää 8° .
0/d geometriassa valaisukulma ei saa ylittää 10° suhteessa mitattavan pinnan normaaliin ja heijastunutta säteilyä mitataan integroivan pallon avulla.
d/0 geometriassa mitattavaa pintaa valaistaan diffuusisti integroivan pallon avulla ja tarkastelukulma ei saa ylittää 10° suhteessa mitattavan pinnan normaaliin. Integroivaa palloa käytettäessä ei sen porttien pinta-ala saa ylittää 10 % koko pallon pinta-alasta.
Esimerkiksi takaisinheijastaville fluoresoiville materiaaleille on ehdotettu vieläkin tarkempia tarkastelugeometrian arvoja (0/45-geomteria). Valaisuakselin rajat ovat ± 1° , jolloin mahdollistetaan kahden asteen kokonaisvalaisu. Apertuurin koko saa maksimissaan olla 4° . Täten kokonaiskulmamaksimiksi valaisulle ja apertuurille saadaan 6° . Valaisu- ja tarkastelukulmat on esitetty kuvassa 5.6.
Päivänvalosimulaattorin laatu on tärkeä tekijä fluoresoivien värien mittauksessa. Mittausten aikana valaisulähteen spektrinen tehojakauman tulisi pysyä vakiona. Monet värimittarit käyttävät suotimella varustettua volframi-halogeenilamppua valonlähteenään, jolla simuloidaan D65-valonlähdettä. Teoriassa nämä simuloidut D65-valonlähteet tarjoavat tarkan standardivalonlähteen simuloinnin.
Spektrofotometrin D65-valonlähteen laadun määrittämiseksi esimerkkinä on mitattu näyteportin valon spektrinen jakauma. Kuvassa 5.7 on vertailtu spektrofotometrin valonlähteen spektriä ja CIE-standardivalonlähde D65 spektriä toisiinsa.
Kuvasta 5.7 nähdään, että jakaumat käyvät melko hyvin yksiin aallon-pituusalueella 550-700 nm, mutta alle 500 nm huomattavaa eroa on havaittavissa. Simuloidun lähteen suhteellinen tehojakauma on paljon matalampi kuin standardivalonlähteen. CIE määrittelee lähteen yhdenmukaistamiskertoimen (Source Conformance Factor-SCF) simuloidun D65-valonlähteen hyvyyden arvioimiseen kaavalla 5.1.
. (5.1)S tarkoittaa CIE-standardivalonlähteen D65 ja näytettä kohtisuoraan olevan valonlähteen spektristä irradianssia normeerattuna sataan aallonpituudella 560 nm. Spektriä arvioidaan 10 nm välein ja n tarkoittaa verrattujen mittauspisteiden kokonaismäärää. Suositusarviona pidetään SCF300-700 < 15.0 tai SCF400-700 < 10.0. Esimerkkimittalaitteessa lasketut arvot olivat 19.4 alueella 300-700 nm ja 13.1 alueella 400-700 nm. Jos mittalaitteen valaisulähde poikkeaa paljon standardivalaisulähteen D65 arvosta, se vaikuttaa kaikkien fluoresoivien värien päivänvalon värimittauksiin [5].
Fluoresoivien värien mittalaitteissa valaisulähteinä käytettävien volframi-halogeenilamppujen ikääntyminen vaikuttaa osaltaan värimittaustulosten oikeellisuuteen. Esimerkkinä [5] käytettiin viittä erilaista lamppua mitattaessa neljää erilaista fluoresoivaa värinäytettä. Kolme lampuista oli uusia. Kaksi muuta lamppua oli ollut käytössä, ensimmäinen 6 kuukautta (lamppu 2) ja toinen 2 viikkoa (lamppu 3). Lamput asennettiin vuorollaan spektrofotometriin ja lamppujen annettiin lämmetä muutamia tunteja lamppujen vaihtojen välillä. Mittalaite kalibroitiin jokaisella mittauskerralla uudelleen mittalaitteen valmistajan ohjeiden mukaan käyttäen valkeita ja mustia standardimittauskeraameja. Jokainen lampuista oli mittalaitevalmistajan hyväksymää mallia. Näytteistä mitattiin spektrinen radianssikertoimen β λ huippuarvot. Taulukosta 5.1 nähdään kuinka erilaisilla lampuilla samasta näytteestä mitatut spektrisen radianssikertoimen arvot poikkeavat toisistaan. Merkintä Ifluor tarkoittaa näytteen fluoresenssin emission intensiteettiä.
| Lampuista mitattujen radianssikertoimien β λ arvot | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Näyte | Ifluor | Uusi | Vanha | Vanha | Uusi | Uusi |
| A | 176 | 191 | 174 | 197 | 190 | 190 |
| B | 107 | 127 | 115 | 132 | 126 | 127 |
| C | 85 | 81 | 75 | 84 | 81 | 81 |
| D | 63 | 53 | 50 | 54 | 53 | 53 |
Taulukosta nähdään, että vaihtelevuus β λ arvoissa kasvaa, kun fluoresenssin emission intensiteetti kasvaa. Kuvaan 5.8 on mitattu lamppujen ulostuloteho, jotta voidaan olla varmoja siitä, että mittaukset suoritettiin samalla käyttöjännitteellä kuin mittalaiteessakin.