陶瓷颜料色度测定方法

    一、 前言
     陶瓷颜料是陶瓷目前主要的装饰材料。颜料是发色的材料，它的色度无疑是它的最主要的指标之一。陶瓷颜料也不例外。但是，长期以来，对色度指标的测量，一直没有一个统一的方法，致使从事颜料研究、颜料生产、花纸生产及其使用单位，在评价陶瓷颜料色度方面没有统一的尺度，缺乏共同语言。常常会遇到这种情况：同一个颜料样品由于所使用的仪器不同，彩烤所用的白瓷板不同，这次测定和那次测定结果不一致，结果也会偏离很大；如果同一个颜料样品由两个单位来测，结果就会偏离更大；即使两个单位的取样方法相同，由于所采用的标准光源不同，采用的标准色度观察者光谱三刺激值数据不同，或者波长间隔不同，以及结果的表达方式不同等，测得的结果也就不会相同，这样的测定结果完全失去了可比性。在这种情况下，人们根本无法评价颜料质量。
     随着陶瓷颜料质量的不断提高和产品的不断更新，对陶瓷颜料色度的客观评价也越来越显得重要，研究制定一个标准的色度测定方法已势在必行。本工作是想通过实验研究，将颜色光学尤其色度学的理论运用于陶瓷颜料的色度测量方面，探讨建立一个标准方法。要探讨一个标准方法，并且作为国家标准，我们认为，既要考虑它的先进性，又要照顾现实性；既要考虑到目前的国际状况，又要照顾现在的国内水平，把理论上、原则上的需要和实际工作中的可能结合起来。只有这样才能建立一个既科学合理又简便易行、既具体典型又普遍适应的色度测定方法。为达到目的，就必须研究影响色度测量结果的各个方面，对所有影响因素，分别主次作出适当的统一规定，以求方法本身对日用陶瓷颜料的色度测量有最好的适应性，在目前情况下有最高精密高，从而使测量结果具有最好的重现性。
     二、 色度学在陶瓷颜料色度测定方面的应用
     颜色光学特别是色度学发展已经为颜色测量奠定了实验和理论基础。在此基础上，只要我们应用某种合适的仪器在及某些现成的公式和实验结论，就能对一般物体颜色进行客观的描述和定量的测量。陶瓷颜料的色度测量虽然与其它物体颜色有所不同，但也只有建立在颜色光学和现代色度学这个基础之上才能造成为可能。
     1． 采用适于2°视场角的1931年国际照明委员会标准色度观察者数据。
     颜色是可见光范围内的电磁波射入人眼对视神经的刺激所引起的感觉。那么，波长相同能量相等的光波射入不同人的眼中，是否会激起同样的颜色感觉呢？显然不会，各种类型的色盲和视觉弱者且不说，就是对正常视觉的人来说，不同地区的人和不同年龄的人对同色光的颜色感觉也会不同。这就是说，同一种色学刺激会给不同的人以不同的颜色印象。同一个颜色样品，不同的人来观察可能会得出不同的结论。颜色不仅决定于物体本身，也决定于人眼的构造及其生理特性，甚至心理作用。这一点是一切主观目视色度计不适于颜色测量的根本原因。为了避开任何一个具体的观察者，对同一个色光刺激让所有的有都得到同一个色度结果，我们必须采用标准色度观察者。国际照明委员会（CIE）已为我们提供了两套适于不同视场所角的标准色度观察者数据。考虑到陶瓷颜料的一般使用条件，陶瓷颜料都具有实平滑的光谱反射率曲线，我们认为采用国际照明委员会适于2°视场所角的1931年标准色度观察者数据，并且规定在用加权坐标法计算三刺激值时波长间隔一律用10nm。
     2． 采用标准C光源：
     既然颜色是可见光对人眼的刺激所引起的感觉，那么所有的物体色都将会受到光源的制约。用不同的光源去照射同一个物体，该物体就会反射出不同的光，不同的反射光进入人眼，自然会产生不同的刺激。因此，一种物体的颜色除了决定于物体的本质和观察者外，也依赖于照射它的光源。也就是说要看在什么样的光源下进行观察。一束单色的红光照射在原来在白光下认为是各种不同颜色的物体上，它都只会显示红色或黑色，除此之外，绝不会有其它的颜色。所有本身不发光的物体的颜色都随照射光的光源的光谱功率分布而变化。同一物体在不同的光源下有不同的色度。自然我们会想到，有我们说某物体呈现某种颜色时必须指明是在什么光源下呈现的颜色，否则，就没有多在意义。为了有一个统一的标准光源供颜色工作者检定颜色使用，CIE模仿日光的不同时相，早、中、晚，夏、冬，推荐了A、B、C、D四种标准照明体和实现A、B、C标准照明体的三种标准光源。根据我们调查了解，尽管CIE推荐使用D65，但由于D65人工实际光源目前还没有实现，国际上许多国家仍然采用C光源，国内大都也采用C光源，个别部门采用A光源。从发展趋势看，会由C光源慢慢过渡到D65光源。日本早期的测色仪器都采用C光源。最近的新仪器，不管是日本的还是美国的自动分光光度计都贮备了C、D、A、B各个标准光源相应的数据。C光源模仿了日光和兰天散射光的混合效果，基本上代表了平均日光的光色，因而以C光源为标准光源所标定的颜色，基本上和我们白天的所看到的该物体的颜色相吻合。其次，C光源的人工实际光源已有市售，可供验色之用。考虑到国际国内目前的情况，我们认为，在陶瓷颜料的色度测量方向，目前也宣布采用标准C光源，将来可以过渡到D65光源。
     3． 采用自动记录分光光度计
     根据我们的调查，目前颜色测量仪器最多的是采用光电积分测色仪，其次是分光光度计，发展趋势是采用自动记录分光光度计。至于目视色度计一般只适用于颜色光学的研究，而不适用于颜色的客观测量。
     目前正在发展中的这种自动记录分光光度计，一般具有双单色仪，配有电子计算机或微处理机，它既可以反射又能测透射色，不仅适用于一般颜色测量，而且由于带有双单色仪可以进行荧光物体的颜色测量。这种仪器备有A、B、C、D等各种标准光源以及各种光源分别对应的2°视场角和10°视场角，波长间隔为5nm和10nm的全套数据可供选用。测量结果经过计算机或微处理机自动计算后由打字机打印输出结果。有的自动记录分光光度计另外带有X-Y记录仪，可以给出试样的光谱反射率曲线，同时由另一打字机打印出相应波长的反射率数据。这种自动分光光度计功能齐全，操作方便，测量速度快，精度高，是目前最理想的测色仪器。光电积分测色仪一般说来模拟标准光源的三刺激曲线带来的模拟误差较大，特别是X曲线和Z曲线。最大处可达2%左右；照明光源，滤色片和光电池的老化，对测量准确度影响较大。长期使用之后，重现性误差。仪器精度一般在1%左右。而一般的自动记录分光光度计测量精度都在0.1%左右，它不存在滤色片的老化问题，照明光源和光电沁的老化对测量结果影响不大。因此，我们义为应当规定采用自动记录分光光度计为陶瓷颜料色度测定的标准仪器。其它仪器象色差计、色度计与该种仪器存在的系统误差经校正后若能获得相同的测量结果，也可以使用。由于陶瓷颜料具有较强的光泽，用于其色度测定的仪器，其光源条件最好采用o/d方式，并且应设有光泽吸收井。
     4． 确定结果表达方式，统一色差计算公式
     对同一颜料样品，即使大家制得的试样色度完全相同，但由于测量结果的表达方式不同，或者所使用的公式，也会给颜色评价带来不便，有时甚至会导致错误的结论。
     色度学是一门新兴的科学。我国的颜色测量工作开展较晚。最初的颜色测量都是以目视法，比较参比样品与被测试样的色差大小，依据色差大小将试样分成等级。这种测量本身只涉及色差等级，不涉及色度的定量表达。后来有人用物体色的光谱反射率曲线来表征颜色。这种表达方式直观性很好，除绛色以外所有的颜色的主波长从曲线上一看就清楚了。同色调颜色的明度和饱和度也能作相对比较。但是此种表达方式不能直接用于定量计算，也无法计算不同颜色的饱和度。随着色度学的进展和以CIE标准色度系统为基础的光电积分测色仪器及光谱光度测色仪器的发展，结果表达方式都统归于CIE标准色度系统，即以光谱三刺激XYZ及色度座标XY和亮度因数T表示。有的单位只测匀色系统三座标值。无论哪种表达方式都建立在XYZ标准色度系统的基础上。
     主波长和色纯度可以由色度座标X、Y依据相应的标准光源标出。对于绛色找不出主波长，只能找到互补波长。色纯度则有激发纯和亮度纯二种，因此这种表达方式一般不宜采用。一方面因为结果不直观，不加以补充说明往往使人发生误解，另一方面色纯度并不与人们的视觉相一致。均匀色度空间三个座标值主要是直接用于一系列颜色的比较，计算结果与人眼视觉一致；但是存在最大缺点是不能利用加法定律进行配色计算，而且由于均色空间和相应的色差公式种类繁多（达几十种之多），并且CIE和各国颜色工作者都在不断探求新的更好的公式，因而必须统一一种匀色空间和相应的色差公式。否则用三个匀色座标值表达颜和计算色差就会发生混乱。孟塞尔颜色新标系统被认为是目前国际上较理想的心理颜色系统，用孟塞尔颜标号HV/C表达颜色，其色值H、光值V、饱和度C很直观地给人以明确的颜色印象。H、V、C与XYZ有一一对应的关系，它表达的色度和色差与人眼视觉保持良好的一致性。近年来越来越多的采用。日本在颜色测量和控制方面多用C光源下的X、Y和T表达。日本早期所经常使用的匀色系统为L、a、b系统，而近年来所设计的仪器除了L、a、b系统外，增加了CIE推荐1976年匀色空间L*、a*、b*和L*U*V*系统。美国的较新仪器也采用L*a*b*系统。国内有的行业已采用了L*a*b*系统。表1列出了六对色差相近的孟塞尔新标系统的颜色样品。通过Lab和L*a*b*两个系统分别计算出的色差可看出L*a*b*系统的确比Lab系统均匀得多。除了在光源测量中还常用到CIE1964年W*U*V*系统外，L*a*b*系统将被越来越广泛地采用。通过分析我们认为颜色的表达方式和采用的公式应遵从以下原则
     （1）直观性好，与人眼视觉一致性好。
     （2）便于配色计算，便于比较色差。
     （3）应照顾到国际范围内的统一性和可比性。
     根据以上原则，通过调查分析，我们认为应该采用综合性的结果表达方式，即用XYZ；XY；L*a*b*及HV/C的方式。因为其中任何一种表达方式本身都不够完善。目前只有这种综合表达方式才能满足以上原则。
    

表1          Lab系与L*a*b*系均匀性比较