影響ZBD白度儀測(cè)定結(jié)果偏差的討論
ZBD白度儀的光譜特性，由白熾燈、藍(lán)色濾光片。墟泊色濾光片和硒光電池共同組成。通過(guò)對(duì)zBD白度儀各光學(xué)元件光譜特性的測(cè)定，求出ZBD白度儀的整機(jī)有效波長(zhǎng)約為453nm,半波寬度約為60nm,以改變單參量。分別求出目前生產(chǎn)的ZBD白度儀所使用的白熾燈，藍(lán)色濾光片、唬泊色濾光片及硒光電池光譜特性不一致引起的測(cè)量臺(tái)間誤差。這一臺(tái)間誤差對(duì)于含熒光增白劑的紙張尤為明顯。
因而本文認(rèn)為ZBD白度儀的臺(tái)間誤差與其主配件的光譜特性直接有關(guān)。但基于ZBD白度儀的性能具有穩(wěn)定性，提出通過(guò)元件篩選來(lái)保證整機(jī)光譜特性一致以此減小ZBD白度儀的臺(tái)間誤差，并對(duì)ZBD白度儀的性能改進(jìn)，以使其向150標(biāo)準(zhǔn)靠擾提出一些看法。認(rèn)為作這樣改進(jìn)后的ZBD白度儀可以成為既有一定水平，又適合我國(guó)紙張白度測(cè)試的儀器。
一、前言
白度作為白或近白的紙與紙板的質(zhì)量指標(biāo)在造紙工業(yè)中歷來(lái)都為人們所重視。造紙行業(yè)的白度。英文為BRIGHTNESS,實(shí)際應(yīng)稱為亮度，因?yàn)檎嬲陌锥萕hiteness與亮度是兩個(gè)不同的概念。當(dāng)一定波長(zhǎng)范圍的光照射紙張表面時(shí)，用儀器測(cè)出的被紙面漫反射的光占整個(gè)入射光束能量的百分率稱為張的亮度。而白度則是人眼的反映，依靠人眼采用系列的白度板來(lái)區(qū)分紙張的白度序列。由于最早在造紙行業(yè)中是由人眼來(lái)評(píng)價(jià)紙和紙板的白度，因而白度這一術(shù)語(yǔ)被引用至今。
世界上許多國(guó)家對(duì)紙張白度測(cè)t儀的光譜特性都有規(guī)定，如下表所示：
可以看出，把白度測(cè)定儀的有效波長(zhǎng)定為457nm是各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的一致之處。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GBI542一79以圖形規(guī)定的白度儀光譜特性實(shí)際上與TAPPIT452相接近，并指定ZBD白度儀為我國(guó)紙張白度計(jì)量?jī)x儀器。根據(jù)各國(guó)對(duì)紙張白度儀光譜特性的規(guī)定。150組織于1977年頒布的150/2469,150/2470中對(duì)白度儀的光譜特性統(tǒng)一定為：全有效波長(zhǎng)457士0.snm.半波寬度為44nm.并把Elrepho白度儀定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的參考儀器。鑒于光譜特性對(duì)于白度儀具有重要性。本文將由此來(lái)分析zBD白度儀對(duì)于紙張白度測(cè)量的一些間題，包括ZBD白度儀以白熾燈代替氮燈測(cè)紙張熒光白度的可行性；zBD白度儀性能穩(wěn)定性的論證，zBD白度儀測(cè)量臺(tái)間誤差的產(chǎn)生原因及其消除方法并提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)的一些可行途徑。
二、ZBD白度儀
以白熾燈為光源測(cè)t紙張熒光白度的可行性紙的白度也稱為藍(lán)光漫反射因數(shù)。它由紙的纖維素和非熒光添加劑的藍(lán)光漫反射因數(shù)以及熒光增白劑〔4〕的熒光激發(fā)所致的藍(lán)光漫反射因素共同構(gòu)成。即紙的白度可分為纖維白度和熒光白度兩部分。
自六十年代以來(lái)，造紙工業(yè)中開(kāi)始大量使用熒光增白劑，以至有造紙工業(yè)無(wú)白不熒的說(shuō)法。熒光是一種光致發(fā)光的物理現(xiàn)象。
造紙工業(yè)最常用的熒光增白劑為二氨茂二磺酸衍生物的產(chǎn)品。其熒光激發(fā)效應(yīng)來(lái)自茂團(tuán)的共扼雙鍵。蔑團(tuán)吸收幅照中波長(zhǎng)在350nm附近的近紫外光線的能量。這一能量被吸收成為分子內(nèi)部的電子動(dòng)能。那些獲得光量子的電子從基態(tài)被激發(fā)到高能規(guī)道（第激發(fā)態(tài)）。處于高能態(tài)的電子一部分能量變?yōu)楹纳釙r(shí)，電子躍遷到第一激發(fā)態(tài)。電子再?gòu)牡谝患ぐl(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí)，以波長(zhǎng)約為45onm的藍(lán)光形式釋放出能量，這就是熒光激發(fā)的機(jī)理。
熒光激發(fā)對(duì)藍(lán)光漫反射因素的貢獻(xiàn)也稱為熒光白度，熒光白度在理論上可能達(dá)到30個(gè)白度單位，而實(shí)際上一般在5~15個(gè)白度單位。熒光激發(fā)的機(jī)理表明。熒光白度與紙張中熒光增白劑的添加狀況和光源幅射光譜中的近紫外成份相對(duì)含量有關(guān)。對(duì)于兩個(gè)制作不同的白度儀，可能產(chǎn)生有效波長(zhǎng)同為457nm的光譜特性。而其幅射的光譜功率分布卻不盡相同。如果差異發(fā)生在激發(fā)熒光的近紫外光譜區(qū)（即350nm附近），而且熒光代表的A光源〔7〕的相對(duì)能量率曲線。圖中可見(jiàn)在320~400nm的近紫外線光譜區(qū)域內(nèi)D.5光源幅射的相對(duì)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A光源。
而400~soonm光譜區(qū)域內(nèi)A光源相對(duì)能量變化率比D光源大。據(jù)此。ZBD白度儀在入射光路中引入透過(guò)率波長(zhǎng)約為3gonm的藍(lán)色濾光片，使A光源中本來(lái)很有限的近紫外光充分透過(guò)，而對(duì)400~soonm范圍內(nèi)的長(zhǎng)波光的透過(guò)則有限制作用。這樣就提高了A光源幅射光譜中近紫外成分的相對(duì)含量。
以透過(guò)藍(lán)色濾光片的光照射試樣就提高了熒光激發(fā)對(duì)白度的貢獻(xiàn)，只要藍(lán)色濾光片選擇適當(dāng)。對(duì)于紙張白度的測(cè)量可以與氮燈模擬的D光源較為一致，這是ZBD白度儀以白熾燈替代氛燈作為紙張熒光白度測(cè)量的依據(jù)。實(shí)際上只要對(duì)藍(lán)濾光片透過(guò)波長(zhǎng)稍作修改，也可以用鹵素?zé)魜?lái)替代氛燈。另外，儀器以氮燈為光源，其造價(jià)將增大好幾倍，且整機(jī)的體積龐大，儀器的維修保養(yǎng)大為復(fù)雜，這就限制了儀器和紙廠的廣泛使用，這是ZBD白度儀以白熾燈替代氮燈作為光源的實(shí)際理由。
三、ZBD白度儀的穩(wěn)定性
ZBD白度儀性能是否穩(wěn)定？我們認(rèn)為可以把zBD白度儀與Elreph.白度儀測(cè)量值作分析比較，然后再作結(jié)論。
60種不同的紙樣分別用ZBD白度儀（白熾燈為光源）和ElrePho白度儀（R45了，以氛燈為光源）測(cè)定的結(jié)果�？梢钥闯�，不論紙樣是否帶有熒光增白劑。ElrePho白度儀的測(cè)量值都比ZBD高，但間題的本質(zhì)并不在于這一差異值的大小，而是要看這一差異值是否穩(wěn)定。即要考察兩類儀器測(cè)量值的相關(guān)關(guān)系。如果相關(guān)性好，就可以認(rèn)為ZBD白度儀的性能相對(duì)于ElrePbo白度儀是穩(wěn)定的，它們之間的測(cè)量值差異可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒p小以至消除。從表亞看出，無(wú)論紙樣是否帶有熒光增白劑，兩儀器的測(cè)量值的回歸系數(shù)都接近于1但大于1.這一點(diǎn)與表工中Elrepho白度儀的測(cè)量值略大于ZBD的事實(shí)相符。兩儀器的測(cè)量值的相關(guān)系數(shù)均大于0.98,這表明無(wú)論熒光紙樣還是非熒光紙樣的測(cè)量，ZBD白度儀對(duì)于ElrePho白度儀有良好的跟蹤性，因而可以認(rèn)為ZBD白度儀的性能有較好的穩(wěn)定性。
至于兩儀器測(cè)量值的差異，從光譜特性上分析大致有以下幾方面原因：
�。�1）在熒光激發(fā)和熒光發(fā)射光譜范圍內(nèi)兩儀器光譜特性有差異
ZBD白度儀雖然通過(guò)藍(lán)色濾光片的作用，提高了光源幅射中近紫外成份的相對(duì)含量，但比ElrePho氨燈光幅射中近紫外成份的相對(duì)含量仍低些。這就使得ZBD白度儀的熒光激發(fā)仍不如ElrePho充分。本文試樣中熒光增白劑含量越高的紙樣，Elrepho白度儀的測(cè)量值就比ZBD越高。但也曾見(jiàn)有ZBD白度儀對(duì)熒光試樣的測(cè)量比ElrePho高的報(bào)道。
這就說(shuō)明藍(lán)色濾光片對(duì)ZBD白度儀光源幅射中近紫外相對(duì)含量的調(diào)節(jié)范圍是較大的。兩儀器在熒光發(fā)射區(qū)域光譜特性不一致。會(huì)使得對(duì)于等量的熒光激發(fā)測(cè)得的結(jié)果并不一樣。由于熒光激發(fā)問(wèn)題較為復(fù)雜，其引起熒光白度的差異是無(wú)規(guī)的。
（2）有效波長(zhǎng)的影響
一種白度儀光譜特性的確定。實(shí)際上是規(guī)定一個(gè)加權(quán)函數(shù)[8〕。正確規(guī)定的加權(quán)函數(shù)應(yīng)使儀器的白度測(cè)定結(jié)果與平均人眼的目視評(píng)價(jià)相一致。在應(yīng)用上，由于各行各業(yè)的具體情況不同，因而各有其不同的“喜愛(ài)白”各行各業(yè)也有不同的白度測(cè)定有效波長(zhǎng)。
圖是紙張相對(duì)光譜反射率的典型例子，由圖可知，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)紙張的反射率隨波長(zhǎng)而遞增。在400~soonm區(qū)域內(nèi)反射率變化較為顯著（熒光反射也在這一區(qū)域），而到700nm則趨于飽和。因此有效波長(zhǎng)偏向短波區(qū)有利于鑒別出白度相近的紙張，即提高儀器對(duì)白度的分辨力。這正是國(guó)內(nèi)外一致把紙張白度測(cè)量的有效波長(zhǎng)選為457nm的原因。由于在457二附近的光譜區(qū)對(duì)白度是敏感的。因而有效波長(zhǎng)的差異往往引起白度測(cè)量值的差異。
�。�3）半波寬度的影響
一般地說(shuō)，半波寬度增大，會(huì)降低儀器對(duì)白度的分辨力。由于儀器的光譜特性是一個(gè)加權(quán)函數(shù)，因而半寬度不一致也是引起儀器測(cè)量值差異的原因。本文進(jìn)一步的分析表明，半波寬度不一致所引起的測(cè)量值差異與其它因素相比是不太顯著的。
我們用與此相似的方法分析了zBD白度儀的臺(tái)間誤差。發(fā)現(xiàn)它與ZBD白度儀的光譜特性直接有關(guān)。
