UV条件设置对仪器测量荧光色稳定性的影响

米 曦，宋 鹏

（1.中国纺织信息中心，北京 100020；2.上海元彩科技有限公司，上海 201616）

随着生活方式的不断改变，消费者对于服装面料也有了各种不同需求；其中，对荧光面料的需求与日俱增，特别是在户外运动服装领域。由于荧光增白剂或荧光染料特有的功能和特点，可以使织物的白度和鲜艳度提高，荧光色在可见光照射下，呈现无荧光状态，但在纳米紫外灯照射下，会呈现强烈的红、黄、绿、蓝等色光。目前，含荧光的织物主要用于运动、户外、安全和玩具等需要安全警示的地方。

在电脑测色仪被广泛使用后，国内外已有不少服装品牌采用电脑测色仪来判定色差是否在可接受范围，在设定测色仪的测量参数时，其中有一项参数为：UV 包含或UV 不包含。对于大部分常规非荧光颜色而言，选择UV 包含或不包含对测量结果的影响较小，但对于荧光色特别是强荧光色来说，UV 条件的设置会对最终的测色结果造成影响，行业内没有较为统一的说法。

本实验研究了荧光色样品在UV 包含和UV 不包含两种条件下，在不同测色仪上进行测量，对测量结果的稳定性进行分析探讨。

1 仪器测色原理

1.1 色彩产生的基本原理

色彩是通过眼睛进行感应，然后把信息传递给大脑，再由大脑进行整理并且结合生活经验所产生的一种对光的视觉效应。从根源上说，色彩并不是存在于物体本身，而是物体吸收了照射它的可见光的大部分，然后把特定波长的光反射出来，这些反射出来的单一波长的光被我们的眼睛感应到，就形成了色彩的感受和概念。如果没有光，我们就无法在黑暗中看到任何形状与色彩。所以说，色彩的来源是光，或者说色彩是指光作用于人眼而引起的除形象以外的视觉特性。其本质是大脑对投入人眼中的光的主观感受，是光的客观存在，也是人的一种心理感觉，不同波长的光被感知为不同的色彩。色彩既与物质本身的特性有关，还受观察条件、照明条件和观察者的视觉特性等因素的影响。色彩学是一种受物理学、视觉生理学和心理学影响的综合学科。

色相、明度和彩度为色彩的三属性。色相表示色彩的分类，如红、橙、黄、绿、蓝、紫等，是色彩最主要的特征，是不同颜色最明显的区别。彩度又称饱和度或艳度，是指色彩的纯度，表示物体表面颜色的浓淡或灰亮。明度是指非发光物体表面相对明暗或深浅的特性，由物体漫反射或漫透射的程度决定［1］。

1.2 颜色测量原理

如上所述，颜色并不是物质的固有特性，其既与物质本身的分光特性等有关，又与照明条件、观测条件、观察者的视觉特性有关。物体在不同的光源下具有不同的颜色，测色时首先要确定用什么光源。此外，一个物体的颜色可由三刺激值来表示，三刺激值是以最低覆盖范围在400～700 nm 的光谱反射曲线为基础计算得到的。分光光度计是运用光线照射到被测物后产生反射光，再利用光学元件捕获这些光线，检测光线颜色的光谱能量分布、波长、颜色三刺激值和色度坐标值等各种指标，最后通过CIELAB 色差公式，计算得到原样与测试样的色差值［2］。

2 荧光的产生及荧光材料测量对光源的要求

荧光是自然界一种常见的发光现象。奎宁是第一个被明确定义的有机荧光物质。荧光物质由短波长的紫外光或可见光照射后，会在极短的时间内发射出各种颜色和不同强度的可见光，紫外光或可见光停止照射后，该光线也很快地随之消失，这种光线被称为荧光［3］。

随着人们对服装的色彩、鲜艳度以及安全等方面的要求越来越高，荧光染料得到了广泛应用。荧光染料是染料的一种，其吸收可见光和近紫外辐射的能量后又发射波长不同的可见光，在印刷行业，青、品红、黄是3 种基础油墨，分别吸收红、绿、蓝3 色光，但荧光染料除了吸收上述波长区的能量外，还会不同程度地吸收一些其他颜色的光。荧光染料染色织物的计算机测配色也就越来越受到广大工程技术人员以及检测人员的关注。荧光材料的颜色测量并不能采用普通的光谱光度法，因为不但要测量材料的真实反射，同时还要测量材料的荧光反射，测量的结果为总的光谱辐亮度因数［4］。

对荧光材料的测量应以测量总光谱辐亮度因数或把反射分量和荧光分量分开测量这两种方法为基础。在测量总光谱辐亮度因数时，必须对辐照光源的光谱功率分布进行严格控制，以便获得好的重复性和精度。必须了解整个辐照系统的光谱功率分布，包括光源及所有对入射到样品的光谱功率分布进行调制的光学元件。光谱荧光辐亮度因数受到光谱功率分布的强烈影响，也就对总光谱辐亮度因数的测量结果有影响，这是荧光材料测量的主要问题。

3 实验

3.1 材料和设备

材料：15 个荧光织物，材料为全涤半消光春亚纺（50D/72F）。

设备：5 台Datacolor 台式测色仪，代码为1#、2#、3#、4#、5#。

3.2 测试方法

选取一批荧光色样（15 个，颜色如图1 所示），在5 台不同的测色仪上，分别在UV 不包含和UV 包含的条件下进行测色，对两种条件下测量结果的稳定性进行比较。UV 不包含作为对照组，测试UV 包含条件下不同仪器间的测色稳定性。

图1 15 个荧光色样的颜色

15 个荧光色样对应的RGB 数据如图2 所示。考 虑到荧光样品的特殊性，尽量选取不同色相的颜色，本实验选取红、橙、黄、绿、蓝、紫等不同色相的15 个样品。这15 个样品均是由相应的荧光染料在同样的面料上染色而成，且随机选取了5 台不同的测色仪器进行测试，这5 台测色仪器的型号一致，均为Datacolor 公司的高精度台式测色仪，而且仪器都确保处于正常的使用状态，得到了正确的维护和保养，但不同仪器设备本身由于硬件以及使用环境的差异，还是会存在一定范围内的台间差异。

图2 15个荧光色样对应的RGB 数值

4 结果与讨论

4.1 225#色样的测试结果

图3 由两部分组成，右侧一维坐标轴代表dL，即批次样与标准样在颜色明度/深浅度数值上的差异，以坐标原点为中心，上半轴+L代表与标准样相比，明度L偏大的方向，即明度偏高，数值越大，明度的偏差越大。同理，下半轴-L代表与标准样相比，明度L偏低的方向。左侧二维坐标轴，横坐标代表a偏差，即批次样与标准样对比，在红绿色光方面的差异（+a代表偏红，-a代表偏绿），纵坐标代表b偏差，即批次样与标准样对比，在黄蓝色光方面的差异（+b代表偏黄，-b代表偏蓝）。以此代表颜色在三维Lab 色空间体系中的相对位置情况。

在a、b色偏向的二维坐标轴上，大圈范围代表UV 包含条件下测色数据的范围，对应的是右侧跨度较大的上半轴上的dL 范围。相反，a、b色偏向上小圈是UV 不包含条件下的测色数据分布，对应的是dL 轴上下半部分较小跨度的范围。

由图3 可以看出，不管是在明度的分散范围还是a、b色偏向的分散范围上，UV 包含条件下测得的数据相对都比较分散，即UV 包含条件下的数据分布离散度较大；且有一个异常离群点（图3 中箭头所指），代码为3#的测色仪测得的数据与其他仪器上测得的数据色差（CMCDE）达到了1.8 左右。而在UV 不包含条件下的测色数据离散度较小，在不同的仪器上测得的数据相对一致；且3#仪器测得的数据也在可控范围之内（CMCDE 小于0.5）。这说明UV 包含条件下测得的数据相对于UV 不包含条件更不稳定。

图3 225#色样在UV 包含和UV 不包含条件下的测色数据分布

图4 代表UV 不包含条件下400～700 nm 可见光光谱上颜色的反射率分布。由图4可以看出，5台仪器上测色所得反射率基本一致。

图4 225#色样在UV 不包含条件下的反射率

图5 代表UV 包含条件下360～700 nm 光谱上颜色的反射率分布。由图5 可以看出，在500～540 nm 区间有个别仪器测得的数据明显与其他仪器有偏差。这是由仪器本身的条件导致，所得的测色数据会与其他仪器所得结果偏差较大。3#仪器在500～540 nm波段的反射率较低，达不到其他仪器的峰值。

图5 225#色样在UV 包含条件下的反射率

4.2 189#色样的测试结果

由图6 可以看出，在UV 包含条件下，测得的数据分布离散度较大，同样是3#测色仪测得的数据与其他仪器测得的数据色差较大。而在UV 不包含条件下的数据离散度较小，在不同的仪器上测得的数据相对一致，且3#仪器测得的数据也在可控的范围之内（CMCDE 小于0.5）。

图6 189#色样在UV 包含和UV 不包含条件下的测色数据分布

189#色样在UV 包含和UV 不包含条件下的反射率见图7、8。由图7、8 反射率分析可以看出，在UV 不包含条件下，5 台仪器测色的反射率基本保持一致；但在UV 包含条件下，3#仪器在510～550 nm 区间的反射率较低，达不到其他仪器的峰值。

图7 189#色样在UV 不包含条件下的反射率

该仪器之所以达不到其他仪器的峰值，可能是由于仪器本身的硬件问题，导致在荧光的某些范围内存在光谱能量不足的情况。

图8 189#色样在UV 包含条件下的反射率

5 结论

（1）相较于UV 不包含条件，UV 包含条件下所得的测色数据更分散，且因为测色仪器的问题，可能会出现某些波长区间达不到峰值的情况，使个别数据成为离散点，与其他仪器测得的数据相差甚远。出现不同仪器间差异较大的结果。而选用UV 不包含测色条件，因为没有用到荧光部分（500～540 nm 波段），所以最终所得结果能够保持一致。

（2）机器码为3#的测色仪在UV 包含条件下，500～540 nm 波段出现荧光能量不足，致使某些荧光样品在UV 包含条件下的测色数据出现异常，但是在UV 不包含条件下却能保持数据的相对稳定。

（3）荧光色在UV 包含条件下测色，因为仪器的问题，可能会出现测色数据不稳定的结果；而在UV不包含条件下，测色数据会相对更稳定。根据测色稳定性方面的要求，UV 不包含条件可以有效避免因为荧光能量不足所带来的不同仪器间的数据差异。荧光色样在测色时，如非指定要求，考虑测色的稳定性和不同仪器间的台间差异，建议使用UV 不包含的测色条件，以避免因仪器本身的问题导致荧光能量不足，个别颜色测色不准。