纸张光学性能测试纸张光学性能测试及亮度标准量值传递及亮度标准量值传递 白度、ISO亮度和D65亮度亮度(白度)量值传递白度与亮度的区别与联系 在造纸行业标准中，为什么将术语在造纸行业标准中，为什么将术语“ “白度白度” ”改改为为“ “亮度亮度” ”？ 依据方法标准依据方法标准GB/T 7974 GB/T 7974 测试的亮度是否为测试的亮度是否为ISOISO亮度？亮度？ l白度定义：白度定义：GB/T 17749-1999GB/T 17749-1999白度的表示方法白度的表示方法中白度定义为表中白度定义为表征物体色白的程度，白度值越大，则白色程度越大。在征物体色白的程度，白度值越大，则白色程度越大。在这个定义中没有说明测量白度的方法。这个定义中没有说明测量白度的方法。目前各行业的白度表示方法非常多，约有近目前各行业的白度表示方法非常多，约有近100100种。种。我国造纸行业标准中还没有对白度进行定义。我国造纸行业标准中还没有对白度进行定义。造纸行业通常采用造纸行业通常采用ISOISO亮度、亮度、D65D65亮度和亮度和CIECIE白度等来评白度等来评价纸张的白度。价纸张的白度。白度、ISO亮度与D65亮度的区别白度、ISO亮度与D65亮度的区别ISOISO亮度亮度在在ISO 2470ISO 2470：19991999纸、纸板和纸浆纸、纸板和纸浆漫反射漫反射因数的测定（因数的测定（ISOISO亮度）中对亮度）中对ISOISO亮度进行了定亮度进行了定义：义：用符合用符合ISO2469ISO2469中规定、配有滤光片或具备相应中规定、配有滤光片或具备相应的功能使光谱特性有效波长为的功能使光谱特性有效波长为457nm457nm、半波宽、半波宽44nm44nm、并通过调整照射到样品的光源、并通过调整照射到样品的光源UVUV含量与含量与CIECIE照明体照明体C C一致的仪器测定的内反射因数。一致的仪器测定的内反射因数。D65D65亮度亮度D65D65亮度术语是在国际标准中定义的，亮度术语是在国际标准中定义的，D65D65亮度的亮度的国际标准正在制定中。国际标准正在制定中。GB/T 7974-2000GB/T 7974-2000纸、纸板和纸浆纸、纸板和纸浆漫反射因漫反射因数的测定定义的亮度为：数的测定定义的亮度为： 在在GB/T 7973GB/T 7973所规定的反射光度计的模拟所规定的反射光度计的模拟D65D65光源光源条件下，试样对主波长（条件下，试样对主波长（4570.54570.5）nmnm蓝光内反蓝光内反射因数。这个定义就是我们日常使用中所称的白射因数。这个定义就是我们日常使用中所称的白度，在我国造纸标准中称为亮度，准确地说应为度，在我国造纸标准中称为亮度，准确地说应为D65D65亮度。亮度。l亮度测量光源条件的区别我国造纸行业亮度的测量采用D65光源照明，称为D65亮度，ISO标准采用C光源照明，称为ISO亮度。D65光源和C光源的差别紫外光可见光3和4纸样400nm700nm反射因数曲线图 对于不含荧光增白剂样品，D65光源条件下的CIE白度和亮度与C光源条件下的CIE白度和亮度基本一致，而对于含荧光增白剂样品，D65光源条件下的CIE白度和亮度大大高于C光源条件下的CIE白度和亮度。 ISO11475ISO11475纸和纸板纸和纸板CIECIE白度的测定，白度的测定，D65/10D65/10（室外光）（室外光）WW1010Y Y1010+800+800（x xn.10n.10-x-x1010）+1700(y+1700(yn.10n.10-y-y1010) ) W W1010D65/10D65/10条件下的条件下的CIECIE白度白度 Y Y1010D65/10D65/10条件下的三刺激值条件下的三刺激值Y Y1010 x xn.10n.10 ，y yn.10n.10规定的光源和观察者条件下完全反射漫射体的色品坐标。规定的光源和观察者条件下完全反射漫射体的色品坐标。ISO11476ISO11476纸和纸板纸和纸板CIECIE白度的测定，白度的测定，C/2C/2（室内光）（室内光） WWY+800Y+800（x xn n-x-x）+1700(y+1700(yn n-y)-y) WC/2 WC/2条件下的条件下的CIECIE白度白度 YC/2 YC/2条件下的三刺激值条件下的三刺激值Y Y1010 x xn n，y yn n规定的光源和观察者条件下完全反射漫射体的色品坐标规定的光源和观察者条件下完全反射漫射体的色品坐标 白度是用来表示物体色白的程度，而白度是用来表示物体色白的程度，而CIECIE白度、白度、ISOISO亮度和亮度和D65D65亮度是在造纸工业中的具体应用。亮度是在造纸工业中的具体应用。 ISO ISO亮度和亮度和D65D65亮度是两个不同的概念，从定义、采用的亮度是两个不同的概念，从定义、采用的光源、测量仪器及测量结果几个方面均存在着差别。光源、测量仪器及测量结果几个方面均存在着差别。 对于不含荧光增白剂的纸张，对于不含荧光增白剂的纸张，ISOISO亮度和亮度和D65D65亮度的量值亮度的量值是基本一致的。是基本一致的。 对于含有荧光增白剂的纸张，对于含有荧光增白剂的纸张，D65D65亮度和亮度和ISOISO亮度的量值有亮度的量值有较大的差别。较大的差别。依据依据GB/T 7974 GB/T 7974 标准测的亮度应为标准测的亮度应为D65D65亮度而不是亮度而不是ISOISO亮亮度。度。l我国建立的色度量值传递系统我国建立的色度量值传递系统中国计量科学研究院建立了中国计量科学研究院建立了0/d0/d几何条件的色度量几何条件的色度量值传递系统。可以对值传递系统。可以对0/d0/d条件的白度量值进行传递。条件的白度量值进行传递。但与但与d/0d/0几何条件存在差异。几何条件存在差异。该系统尚未建立荧光量值传递系统。该系统尚未建立荧光量值传递系统。造纸行业亮度的测量是造纸行业亮度的测量是d/0d/0几何条件，而且纸张中几何条件，而且纸张中添加了荧光增白剂，因此我国现有的色度量值传添加了荧光增白剂，因此我国现有的色度量值传递系统不能满足造纸行业亮度测量的需要。递系统不能满足造纸行业亮度测量的需要。造纸行业亮度量值传递造纸行业亮度量值传递ISOISO建立的亮度量值传递系统建立的亮度量值传递系统分为三级：分为三级：基准：完全反射漫射体。基准：完全反射漫射体。二级参比标准：有二级参比标准：有3 3个标准化实验室传递二级参比标准，个标准化实验室传递二级参比标准，分别是德国分别是德国PTBPTB、加拿大、加拿大NRCNRC和美国和美国NIST NIST 。三级参比标准：有三级参比标准：有6 6个授权实验室传递三级参比标准。分个授权实验室传递三级参比标准。分别是瑞典别是瑞典STFISTFI、芬兰、芬兰KCLKCL、德国、德国BAMBAM、法国、法国CTPCTP、美国、美国IPSTIPST和加拿大和加拿大PAPPICANPAPPICAN。三级参比标准将亮度量值传递。三级参比标准将亮度量值传递到各个实验室。到各个实验室。由于直接从由于直接从ISOISO授权实验室获得量值费用相当昂贵，建立授权实验室获得量值费用相当昂贵，建立我国造纸行业的亮度传递系统是非常必要的。我国造纸行业的亮度传递系统是非常必要的。1亮度量值传递系统我国造纸行业亮度量值传递系统我国造纸行业亮度量值传递系统国家纸张质量监督检验中心建立了造纸行业的亮国家纸张质量监督检验中心建立了造纸行业的亮度最高计量标准，开展造纸行业的亮度量值的传度最高计量标准，开展造纸行业的亮度量值的传递工作。递工作。计量标准采用的是计量标准采用的是L&W ERPHO SE070 L&W ERPHO SE070 光谱式光光谱式光度计。度计。定期从瑞典定期从瑞典STFISTFI获取获取ISOISO量值。量值。每个季度对各个实验室发放亮度标准纸样，传递每个季度对各个实验室发放亮度标准纸样，传递亮度量值。亮度量值。 计量标准的计量性能计量标准的计量性能 几何条件：几何条件： d/0 d/0，符合，符合ISO 2469ISO 2469及及GB/T 7973GB/T 7973标准规定要求标准规定要求 光源：光源： 脉冲式氙灯，模拟脉冲式氙灯，模拟D65D65、C C光源照明光源照明 光谱范围：光谱范围： 360 nm 360 nm740 nm740 nm 报告范围：报告范围： 可以测量可以测量400 nm400 nm700 nm,700 nm,波长间隔为波长间隔为10nm10nm的反射因数的反射因数 有效带宽：有效带宽： 10nm 10nm 测光范围：测光范围： 0 0200%200% 测量孔径：测量孔径： 34 mm 34 mm 滤镜：滤镜： 395 nm 395 nm 和和 420 nm 420 nm滤镜滤镜 紫外辐射量：紫外辐射量： 通过程序自动调节通过程序自动调节D65 D65 和和 C C的紫外辐射量。的紫外辐射量。 重复性：重复性： 0.01 0.01 ISOISO标准编号标准编号 ISOISO标定值标定值测量值测量值线性误差线性误差E90E9091.2691.2691.2391.23-0.03-0.03E80E8078.0278.0278.1978.190.170.17E70E7071.4971.4971.7671.760.270.27E60E6060.5760.5760.9360.930.360.36E50E5049.5849.5849.7949.790.210.21E20E2018.8918.8919.1519.150.260.26目的 保证亮度量值能准确地传递到各工作实验室的仪器；对仪器紫外辐射量进行准确调整；评价仪器的线性误差；计算定标因子，用于测量荧光增白值。测量亮度的仪器简易型分光光度计光电积分式反射光度计2 亮度量值传递的必要性亮度量值传递的必要性简易型分光光度计仪器一般由光源、积分球、光仪器一般由光源、积分球、光栅、接收器及计算机处理系统栅、接收器及计算机处理系统组成，采用的光源一般是高压组成，采用的光源一般是高压氙灯，氙灯闪光后照射到积分氙灯，氙灯闪光后照射到积分球内壁经过多次反射后形成漫球内壁经过多次反射后形成漫射光照射在样品，样品上的反射光照射在样品，样品上的反射光通过光纤传递到光栅进行射光通过光纤传递到光栅进行分光，将可见光分散为波长间分光，将可见光分散为波长间隔隔20nm20nm、10nm 10nm 、5nm5nm或更短或更短波长的单色光，通过均匀分布波长的单色光，通过均匀分布的至少有的至少有1616个接收器，测量各个接收器，测量各波长的反射因数，利用相应的波长的反射因数，利用相应的加权系数计算出亮度。加权系数计算出亮度。 2 亮度量值传递的必要性亮度量值传递的必要性光电积分式反射光度计光电积分式反射光度计光电积分式反射光度计由光源、光电积分式反射光度计由光源、积分球内壁、玻璃透镜、接收积分球内壁、玻璃透镜、接收器及其它光学部件组合而成，器及其它光学部件组合而成，使匹配而成的光谱特性近似等使匹配而成的光谱特性近似等价于价于CIECIE标准照明体及标准色标准照明体及标准色度观察者的光谱数据。亮度的度观察者的光谱数据。亮度的测量是通过蓝色滤光片获得主测量是通过蓝色滤光片获得主波长波长457nm457nm蓝光，通过测量样蓝光，通过测量样品所反射光并对其进行积分，品所反射光并对其进行积分，就可以计算出蓝光漫反射因数就可以计算出蓝光漫反射因数即亮度。即亮度。 2 亮度量值传递的必要性亮度量值传递的必要性l亮度测量准确性的影响因素亮度测量准确性的影响因素 光源光谱特性的准确性 光源的稳定性 滤光片及光源的紫外辐射量的变化 工作白板的量值变化 积分球内壁涂层变化 因此需要定期进行亮度量值传递。2 亮度量值传递的必要性亮度量值传递的必要性3 亮度量值传递介质的选择亮度量值传递介质的选择l不同材料进行量值传递的比较不同材料进行量值传递的比较 试验材料，试验材料，分别为:硫酸钡粉末 压制硫酸钡白板乳白玻璃 陶瓷白板 ，分为有光泽和无光泽两种纸样 3 亮度量值传递介质的选择亮度量值传递介质的选择采用的仪器uu分光式仪器：LWElrepho SE070 、Datacolor Elrepho 2000 uu光电积分式仪器：YQ-Z-48A白度颜色测定仪、JY9800积分式反射光度计3 亮度量值传递介质的选择亮度量值传递介质的选择样样品名称品名称 JY9800JY9800 E2000E2000 48A48A 非非荧荧光材光材料料BaSO4 BaSO4 0.110.110.210.210.270.27纸样纸样 0.180.180.200.200.750.75无光陶无光陶 0.170.170.140.140.650.65有光陶有光陶 0.220.220.360.360.160.16乳白玻璃乳白玻璃 0.380.380.160.162.152.15含含荧荧光增光增白白剂剂材料材料FWAFWA纸样纸样0.330.330.310.312.152.15FWAFWA无光无光泽泽陶瓷板陶瓷板0.750.750.680.685.665.66FWAFWA有光有光泽泽陶瓷板陶瓷板1.221.221.751.757.157.15 以以L&WL&W仪作为标准，其它三台仪器的结果与之相比较。仪作为标准，其它三台仪器的结果与之相比较。 5 5类介质类介质4141种材料种材料 ，试验结果见下表：，试验结果见下表：4 亮度量值传递标准纸样亮度量值传递标准纸样国际上亮度量值的传递均采用纸样，尤其是在传递荧光量国际上亮度量值的传递均采用纸样，尤其是在传递荧光量值时，采用纸样能保证较高的准确性。值时，采用纸样能保证较高的准确性。质检中心亮度量值传递纸样分为四种，分别编号质检中心亮度量值传递纸样分为四种，分别编号1#1#、2#2#、3#3#和和4#4#。1#1#纸样采用新闻纸，亮度约为纸样采用新闻纸，亮度约为58%58%；2#2#纸样采用苇浆抄造，纸样采用苇浆抄造， 亮度约为亮度约为68%68%；3#3#纸样采用针叶木浆抄造，纸样采用针叶木浆抄造， 亮度约为亮度约为84%84%； 以上纸样均不含以上纸样均不含FWAFWA。4#4#纸样采用与纸样采用与3#3#纸样相同的纸浆，打浆和抄造条件相同，纸样相同的纸浆，打浆和抄造条件相同，但加入一定量的荧光增白剂，亮度约为但加入一定量的荧光增白剂，亮度约为105%105%，CIECIE白度约白度约为为(1355)%(1355)%。稳定性稳定性稳定性稳定性 ：通过长达通过长达1818个月的测量，纸样每三个月的稳定性个月的测量，纸样每三个月的稳定性为：为： 1 1纸样纸样0.06%0.06% 2 2纸样纸样0.12%0.12% 3 3纸样纸样0.10%0.10% 4 4纸样纸样0.10%0.10% 稳定性可以满足一个季度的使用期限。稳定性可以满足一个季度的使用期限。5 亮度标准纸样稳定性、测量重复性亮度标准纸样稳定性、测量重复性5 亮度标准纸样稳定性、测量重复性亮度标准纸样稳定性、测量重复性测量重复性测量重复性20份纸样在位置不变的情况下分别重复测量10次，标准偏差均在0.05以下，有18个纸样测量结果的标准偏差均在0.02以下，说明纸样有较好的测量重复性，可以多次使用。 6亮度标准纸样亮度标准纸样在量值传递中的应用在量值传递中的应用仪器紫外辐射量调整仪器紫外辐射量调整标定工作白板标定工作白板仪器定标因子标定仪器定标因子标定 评价仪器的线性误差评价仪器的线性误差仪器线性误差的修正仪器线性误差的修正 仪器紫外辐射量调整仪器紫外辐射量调整 方法：仪器黑筒校零，将方法：仪器黑筒校零，将3#3#纸样标准量值输入到纸样标准量值输入到仪器并进行校准，测量仪器并进行校准，测量4#4#纸样，比较测量值与标纸样，比较测量值与标定值。如果差值大于定值。如果差值大于0.5%0.5%，应调整仪器紫外滤光，应调整仪器紫外滤光片位置，使用片位置，使用4#4#纸样测量值与标定值一致。一般纸样测量值与标定值一致。一般要校零、校准、测量反复多次才能完成。要校零、校准、测量反复多次才能完成。 调整以后可以保证仪器的量值和滤光片位置处于调整以后可以保证仪器的量值和滤光片位置处于标准状态。标准状态。标定工作白板标定工作白板 每台白度仪一般有两块非荧光白板和一块荧光每台白度仪一般有两块非荧光白板和一块荧光白板。用标准纸样标定仪器的工作白板，从而达白板。用标准纸样标定仪器的工作白板，从而达到量值传递的目的。到量值传递的目的。标定方法：标定方法： 完成上一工作后，用仪器测量完成上一工作后，用仪器测量3 3块工作板，并块工作板，并记录测量结果，该结果即为工作板的标准量值。记录测量结果，该结果即为工作板的标准量值。 注意：在标准工作板之前，应保证工作板洁净，注意：在标准工作板之前，应保证工作板洁净，否则先进行清洗。否则先进行清洗。仪器定标因子标定仪器定标因子标定仪器定标因子标定仪器定标因子标定 按按GB/T 7974GB/T 7974的规定方法进行。的规定方法进行。 F=B F=B（R Rf f-R-Rc c）式中：式中： F F荧光亮度；荧光亮度； R Rf f含荧光增白剂试样在模拟含荧光增白剂试样在模拟D65D65光源照明条件下亮度光源照明条件下亮度测定值；测定值； R Rc c含荧光增白剂试样在模拟含荧光增白剂试样在模拟D65D65光源照明条件下截止光源照明条件下截止紫外线后亮度测定值；紫外线后亮度测定值；B B 定标因子。定标因子。 B=(S-N)/(Sf-Sc) SS在模拟在模拟D65D65光源照明条件下，荧光标准板亮度的标定值，即光源照明条件下，荧光标准板亮度的标定值，即4#4#标准纸样标定值。标准纸样标定值。 NN不含荧光增白剂三级参比标准在模拟不含荧光增白剂三级参比标准在模拟D65D65光源照明条件下亮度，光源照明条件下亮度，即即3#3#标准纸样标定值；标准纸样标定值；S Sf f在模拟在模拟D65D65光源照明下，光源照明下，4#4#标准纸样的亮度测定值标准纸样的亮度测定值S Sc c在加紫外截止滤光片消除紫外后在加紫外截止滤光片消除紫外后4#4#标准纸样的亮度测定值；标准纸样的亮度测定值；评价仪器的线性误差 仪器的线性误差反映仪器测量结果的准确性。仪器线性误差小，说明测量误差小。在造纸行业计量检定规程JJF(轻工)48-2000反射光度计中规定使用标准纸样来评价仪器的线性误差。 仪器线性误差的修正 由于在测量范围内仪器均存在的线性误差，不同的仪器线性误差不同，测量结果存在一定的误差。对于线性误差大的仪器，测量结果存在较大的误差。为了保证测量结果的准确性，可以用亮度纸样在不同的测量区间内进行修正，可以提高测量结果的准确性。 亮度标准纸样在光谱式光度计上的应用亮度标准纸样在光谱式光度计上的应用 标准纸样标准纸样3#3#提供了提供了400nm400nm至至700nm700nm的反射因的反射因数数据，数数据，4#4#纸样提供了纸样提供了CIECIE白度和白度和ISOISO亮度的数据。亮度的数据。 根据根据ISO11475 ISO11475 纸和纸板纸和纸板CIECIE白度的测定，白度的测定，D65/10(D65/10(室外日光室外日光) ) 及及 ISO11476 ISO11476纸和纸板纸和纸板CIECIE白度的测定，白度的测定，C/2(C/2(室内照明条件室内照明条件) ) 的标准要求，的标准要求，D65D65条件下紫外辐射量要根据条件下紫外辐射量要根据CIECIE白度值来进行调白度值来进行调整滤光片的位置，整滤光片的位置，C C光源条件下紫外辐射量要根据光源条件下紫外辐射量要根据ISOISO亮度值来调整滤光片的位置。亮度值来调整滤光片的位置。3#3#和和4#4#纸样提纸样提供的数据能够满足用于光谱式光度计的校准。供的数据能够满足用于光谱式光度计的校准。使用时的注意事项：使用时的注意事项：亮度标准纸样是作为一个量值传递标准而不是作亮度标准纸样是作为一个量值传递标准而不是作为工作标准。正确的使用方法是收到标准纸样后为工作标准。正确的使用方法是收到标准纸样后应尽快将量值传递到工作板上，而不是仪器每天应尽快将量值传递到工作板上，而不是仪器每天工作时作为工作标准样准仪器。使用的次数是有工作时作为工作标准样准仪器。使用的次数是有限的，长期频繁使用会导致量值较大的变化。限的，长期频繁使用会导致量值较大的变化。使用的位置是每叠纸样内页第一页的中间位置。使用的位置是每叠纸样内页第一页的中间位置。应保存在干燥环境。在高湿条件下，荧光纸样的应保存在干燥环境。在高湿条件下，荧光纸样的亮度量值会有一定的提高。亮度量值会有一定的提高。相对湿度对纸样亮度的影响相对湿度对纸样亮度的影响相对湿度对纸样亮度的影响相对湿度对纸样亮度的影响样品名称样品名称30%r.h.30%r.h.50%r.h.50%r.h.90%r.h.90%r.h. 50%r.h.50%r.h.1#1#样样57.8657.8657.7957.7957.8457.8457.8857.882#2#样样69.0469.0468.9768.9768.9768.9769.0769.073#3#非荧光样非荧光样84.3984.3984.3884.3884.4884.4884.4984.494#4#荧光样荧光样105.5105.5105.6105.6106.3106.3105.9105.9结果表明，大气中的相对湿度对荧光样品的亮度值影响较大，而且具有不可逆性。为了保证量值的准确统一，纸样在标定、使用应在标准大气条件下进行，至少应在较为干燥的环境下标定、使用。 标准纸样的订购和发放 标准纸样向国家纸张质量监督检验中心订购。一般于每年11月份开始订购下一年度的纸样，也可以随时订购。质检中心于每个季度的第2个月月初以快递的方式将标准纸样寄往订购单位。