Espectrômetro / Espectrómetro

Como funciona um espectrômetro?
Um espectrômetro é um dispositivo de medição óptica para determinar a intensidade da luz em função do comprimento de onda. O espectro resultante reflete a quantidade de luz refletida ou absorvida de um objeto. Um espectrômetro consiste em alguns elementos básicos, incluindo uma fonte de luz, um sistema de imagens (espelho, lente) e um detector. A interação desses três componentes permite determinar os espectros de cor de diferentes materiais em diferentes estados de agregação e consistência.

Qual é a diferença entre um colorímetro e um espectrômetro?
O colorímetro usa o método triestímulo com o objetivo de mapear a visão humana. Na retina do olho humano as três cores vermelho, verde e azul são percebidas através de três tipos diferentes de cones. O colorímetro imita essa percepção da cor por meio de três sensores de cores com diferentes sensibilidades nas gamas de vermelho, verde e azul. Os valores de cor determinados desta forma são registrados pelo colorímetro como valores X, Y e Z, e exibidos na tela. A maioria dos colorímetros converte automaticamente as coordenadas X, Y e Z em espaços de cor comuns como CIELab CIELuv, Yxy ou RGB.

O espectrômetro funciona com o mesmo princípio básico, mas a principal diferença de um colorímetro é a sensibilidade e o número de sensores. Dependendo da qualidade do dispositivo, o espectrômetro usa consideravelmente mais sensores, de forma que o dispositivo tem uma sensibilidade de comprimento de onda específica na faixa baixa dos nanômetros. Não determina apenas as coordenadas de cor, mas também permite determinar e mostrar com muito mais precisão a distribuição e intensidade espectral. O espectrômetro também pode detectar metamerismo. Nesse fenômeno, dois objetos diferentes parecem ter a mesma cor sob uma determinada fonte de luz, mas ao usar uma segunda fonte de luz diferente poderá perceber diferenças de cor significativas. Com frequência, a causa geralmente são as diferentes propriedades de reflexão espectral das superfícies, causadas pelo uso de diferentes pigmentos. O espectrômetro pode determinar adicionalmente outros índices colorimétricos como brancura, amarelecimento, opacidade, solidez da cor e vários índices de diferença de cor como deltaEab, deltaEuv, deltaEcmc ou deltaE2000.

É por isso que o espectrômetro é usado preferencialmente em pesquisa e desenvolvimento e sempre que as cores e os espectros de cor tenham que ser determinados com muita precisão. As curvas de remissão determinadas pelo espectrômetro são como uma impressão digital específica da cor medida em termos de intensidade e comprimento de onda, permitindo determinar a localização exata da cor. O uso de um colorímetro geralmente é suficiente quando quando se trata de fazer medições comparativas de cores com uma simples representação das diferenças de cor nos processos de produção, inspeções de entrada e saída de mercadorias e no controle de qualidade.

Medição de transmissão ou reflexão?
Dependendo se as amostras a serem medidas são objetos opacos, transparentes ou translúcidos, deverá selecionar um espectrômetro com as funções e geometrias adequadas. O uso padrão implica a medição de amostras opacas, portanto a maioria das medições são geralmente medições de reflexão. É por isso que a maioria dos espectrômetros estão equipados com uma geometria de medição correspondente. Para objetos transparentes ou líquidos, as geometrias de medição padrão como d/8 ou 45/0 não são adequadas, portanto selecione espectrômetros com geometria e função de medição adequadas. As medições de luz transmitida e simultaneamente também das quantidades de absorção, são realizadas especialmente em química analítica.

Qual geometria de medição é a mais adequada?
A geometria de medição determina a posição da fonte de luz do dispositivo de medição em relação à superfície do objeto medido, bem como o alinhamento do sensor em relação à superfície refletora do objeto medido. A seleção da geometria de medição correta ou mesmo incorreta pode influenciar significativamente os resultados da medição e levar a interpretações errôneas ao trocar informações entre clientes e fornecedores. Uma vez que a geometria de medição do espectrômetro não pode ser ajustada ou modificada posteriormente, deverá garantir antes de comprar, qual geometria de medição é a mais adequada para a respetiva aplicação. As geometrias de medição mais conhecidas são d/8 e 45/0 para as medições de reflexão ou d/0 para as medições de transmissão.

A geometria de medição d/8, também conhecida como esfera de Ulbricht, gera uma luz difusa, reduzindo assim o efeito da textura da superfície em termos de brilho e rugosidade. Esta geometria de medição permite olhar dentro da cor literalmente. Alguns espectrômetros com esta geometria também possuem armadilhas ópticas de brilho (SCI; SCE) para permitir que o efeito de brilho seja incluído ou excluído na medição. A geometria d/8 é usada, por exemplo, para superfícies ásperas ou têxteis.

Por outro lado, a geometria de medição 45/0 produz um reflexo direcional mais em linha com a percepção humana. La geometria de medição 45/0 é portanto útil quando a impressão visual de um objeto deve ser semelhante à do olho humano. A diretiva DIN 5033 recomenda medições em superfícies brilhantes e pintadas com uma geometria de 45/0.
Existem também espectrômetros especiais com geometria multiangular. O princípio básico é idêntico às geometrias mencionadas anteriormente com a diferença de que a medição não é feita apenas de um ângulo, mas de vários ângulos (por exemplo, 15°, 25°, 75° e 110°). Estes dispositivos são usados para revestimentos metálicos e vernizes, pois esses revestimentos produzem valores de cor muito diferentes dependendo do ângulo de visão.

Que tipo de luz devo usar na medição?
O uso de diferentes tipos de luz pode alterar a percepção das impressões de cor e, no caso de um dispositivo de medição, levar a diferentes resultados de medição. Portanto, a CIE definiu alguns tipos de luz como padrão com uma emissão espectral definida para criar uma comparabilidade entre os diferentes tipos de dispositivos e de fabricantes. A escolha do tipo de luz deve estar baseada na aplicação posterior do produto. A fonte de luz padrão D65 é uma das mais utilizadas. O D65 simula a luz do dia com componentes UV a uma temperatura de cor de aproximadamente 6500 Kelvin. A fonte de luz padrão C também simula a luz do dia, mas sem componentes UV e numa temperatura de cor de aprox. 6770 Kelvin. A fonte de luz F11 também é chamada luz de grandes armazéns. Tem uma temperatura de cor de 4000 Kelvin e é adequada quando os produtos são visualizados sob luz artificial. Além dessas, existem muitos outros tipos de luz que estão padronizados em bandas estreitas ou amplas. A maioria dos espectrômetros têm uma grande seleção de diferentes tipos de luz para cobrir uma ampla gama de aplicações.

O que devem considerar em relação à precisão?
Ao selecionar os requisitos que devem ter a precisão, preste atenção à reprodutibilidade dos resultados das medições e à comparabilidade dos diferentes espectrômetros de uma série. Em particular, no caso de espectrômetros, deverá prestar atenção também à resolução espectral dos dispositivos de medição. Se uma empresa usa diferentes modelos de instrumentos de diferentes fabricantes, deve-se procurar alcançar a maior precisão possível entre os diferentes modelos, mas na prática isso raramente é possível. Portanto, o ideal é usar um modelo do mesmo fabricante para uma aplicação. Desta forma, são alcançados a máxima repetibilidade e valores comparativos entre os espectrômetros.

Devem realizar controles de qualidade internos ou observar requisitos externos?
Um aspecto importante que deve ser esclarecido antes de comprar um espectrômetro são os valores de referência subjacentes que serão usados para medições comparativas posteriores. São medições internas nas quais a fiabilidade e a qualidade dos processos devem ser verificadas com base nos padrões de cores especialmente definidos? Ou deve-se levar em consideração as especificações externas de um cliente ou fornecedor? Se devemos considerar as especificações externas, é necessário esclarecer previamente entre as partes quais instrumentos de medição serão usados e quais parâmetros são importantes. É especialmente importante chegar a um acordo prévio sobre os parâmetros de medição (espaço de cor, geometria de medição, abertura de medição, iluminante, SCI, SCE, Spin, Spex), já que caso contrário não será garantida a comparabilidade dos valores medidos. O ideal seria que ambos os usuários utilizassem instrumentos de medição idênticos do mesmo fabricante.

Usar as coordenadas de um espaço de cor ou mapas de cor?
Em algumas aplicações são utilizados os valores de cor dos sistemas de cor padronizados ou de mapas de cor para realizar medições comparativas. Os mapas de cores mais conhecidos são, por exemplo, RAL, NCS, DIN ou Pantone. Esses mapas de cores podem ser utilizados para realizar testes visuais no processo de produção e controle de qualidade. A comparação visual de cartelas de cores com tintas de impressão, corantes ou revestimentos de cor está frequentemente sujeitas a erros, pois não é possível verificá-la objetivamente e em condições constantes. A reprodutibilidade e a objetividade podem ser proporcionadas por um colorímetro, visto que os mapas de cores armazenados digitalmente podem ser comparados com as amostras de cores do cliente sob condições definidas.
Além de mapas de cores, os espaços de cor como o CIELab ou o RGB são usados em muitas aplicações industriais para determinar as cores com um espectrômetro. Os espaços de cor são corpos tridimensionais geometricamente definidos, onde cada cor está definida por 3 coordenadas nas direções X, Y e Z. Especificando as coordenadas espaciais do espaço de cor correspondente, as cores podem ser determinadas com muita precisão e as distâncias de cor podem ser determinadas com precisão. Os espaços de cor, ao contrário dos mapas de cor, podem representar todas as cores perceptíveis. Não são usados apenas em certas indústrias, mas em muitos campos. Portanto, são de aplicação universal, assim que, o uso de espaços de cor é geralmente mais comparável e independente.

Qual papel desempenha o corpo de ensaio?
São superfícies lisas, uniformes ou sólidas? Deve determinar as cores de líquidos ou de pós finos? São granulados grossos ou pastas viscosas? Para todas essas consistências, existem espectrômetros apropriados. Quando as amostras não são sólidas, é necessário usar recipientes para preencher com materiais de ensaio líquidos, em pó ou pastosos. Assim, os espectrômetros podem ser usados para medir e testar materiais de diferentes consistências.

Que tipo de construção o espectrômetro deve ter?
Dependendo do tipo de uso também é bom selecionar um design adequado do ponto de vista ergonômico. Em alguns espectrômetros o display está localizado na parte superior, enquanto em outros medidores de cor a leitura é feita na parte dianteira e o sistema de sensores está montado internamente numa caixa. Existe também o espectrômetro com sensor externo. Depois está o espectrômetro que incorpora uma câmera que permite encontrar o ponto de medição correto quando o dispositivo é posicionado sobre o objeto a ser medido. Esta função é especialmente útil para objetos pequenos e pequenas aberturas, pois ajuda a posicionar o instrumento corretamente para medir no ponto desejado.

No caso, por exemplo, do usuário realizar muitas medições estando sentado, o ideal seria usar um espectrômetro com o display para cima. Esses dispositivos são colocados geralmente na posição horizontal, o que permite um suporte estável sobre o objeto a ser medido. O espectrômetro com design vertical normalmente possui um display que aponta para o usuário. Além disso, as superfícies de suporte disponíveis geralmente são menores. Este design é mais adequado para medições móveis. Muitos pontos de medição são de difícil acesso, especialmente em salas de produção. Estes tipos de dispositivos permitem medir diretamente em pontos de difícil acesso, pois permitem colocar o dispositivo sobre uma superfície pequena e em diferentes posições para realizar a medição.