影响ZBD白度仪测定结果偏差的讨论

　　ZBD白度仪的光谱特性，由白炽灯、蓝色滤光片。墟泊色滤光片和硒光电池共同组成。通过对zBD白度仪各光学元件光谱特性的测定，求出ZBD白度仪的整机有效波长约为453nm,半波宽度约为60nm,以改变单参量。分别求出目前生产的ZBD白度仪所使用的白炽灯，蓝色滤光片、唬泊色滤光片及硒光电池光谱特性不一致引起的测量台间误差。这一台间误差对于含荧光增白剂的纸张尤为明显。

　　因而本文认为ZBD白度仪的台间误差与其主配件的光谱特性直接有关。但基于ZBD白度仪的性能具有稳定性，提出通过元件筛选来保证整机光谱特性一致以此减小ZBD白度仪的台间误差，并对ZBD白度仪的性能改进，以使其向150标准靠扰提出一些看法。认为作这样改进后的ZBD白度仪可以成为既有一定水平，又适合我国纸张白度测试的仪器。

　　一、前言

　　白度作为白或近白的纸与纸板的质量指标在造纸工业中历来都为人们所重视。造纸行业的白度。英文为BRIGHTNESS,实际应称为亮度，因为真正的白度Whiteness与亮度是两个不同的概念。当一定波长范围的光照射纸张表面时，用仪器测出的被纸面漫反射的光占整个入射光束能量的百分率称为张的亮度。而白度则是人眼的反映，依靠人眼采用系列的白度板来区分纸张的白度序列。由于最早在造纸行业中是由人眼来评价纸和纸板的白度，因而白度这一术语被引用至今。

　　世界上许多国家对纸张白度测t仪的光谱特性都有规定，如下表所示：

　　可以看出，把白度测定仪的有效波长定为457nm是各国标准的一致之处。我国标准GBI542一79以图形规定的白度仪光谱特性实际上与TAPPIT452相接近，并指定ZBD白度仪为我国纸张白度计量仪仪器。根据各国对纸张白度仪光谱特性的规定。150组织于1977年颁布的150/2469,150/2470中对白度仪的光谱特性统一定为：全有效波长457士0.snm.半波宽度为44nm.并把Elrepho白度仪定为国际标准的参考仪器。鉴于光谱特性对于白度仪具有重要性。本文将由此来分析zBD白度仪对于纸张白度测量的一些间题，包括ZBD白度仪以白炽灯代替氮灯测纸张荧光白度的可行性；zBD白度仪性能稳定性的论证，zBD白度仪测量台间误差的产生原因及其消除方法并提出结构改进的一些可行途径。

　　二、ZBD白度仪

　　以白炽灯为光源测t纸张荧光白度的可行性纸的白度也称为蓝光漫反射因数。它由纸的纤维素和非荧光添加剂的蓝光漫反射因数以及荧光增白剂〔4〕的荧光激发所致的蓝光漫反射因素共同构成。即纸的白度可分为纤维白度和荧光白度两部分。

　　自六十年代以来，造纸工业中开始大量使用荧光增白剂，以至有造纸工业无白不荧的说法。荧光是一种光致发光的物理现象。

　　造纸工业最常用的荧光增白剂为二氨茂二磺酸衍生物的产品。其荧光激发效应来自茂团的共扼双键。蔑团吸收幅照中波长在350nm附近的近紫外光线的能量。这一能量被吸收成为分子内部的电子动能。那些获得光量子的电子从基态被激发到高能规道（第激发态）。处于高能态的电子一部分能量变为耗散热时，电子跃迁到第一激发态。电子再从第一激发态返回基态时，以波长约为45onm的蓝光形式释放出能量，这就是荧光激发的机理。

　　荧光激发对蓝光漫反射因素的贡献也称为荧光白度，荧光白度在理论上可能达到30个白度单位，而实际上一般在5~15个白度单位。荧光激发的机理表明。荧光白度与纸张中荧光增白剂的添加状况和光源幅射光谱中的近紫外成份相对含量有关。对于两个制作不同的白度仪，可能产生有效波长同为457nm的光谱特性。而其幅射的光谱功率分布却不尽相同。如果差异发生在激发荧光的近紫外光谱区（即350nm附近），而且荧光代表的A光源〔7〕的相对能量率曲线。图中可见在320~400nm的近紫外线光谱区域内D.5光源幅射的相对能量远远大于A光源。

　　而400~soonm光谱区域内A光源相对能量变化率比D光源大。据此。ZBD白度仪在入射光路中引入透过率波长约为3gonm的蓝色滤光片，使A光源中本来很有限的近紫外光充分透过，而对400~soonm范围内的长波光的透过则有限制作用。这样就提高了A光源幅射光谱中近紫外成分的相对含量。

　　以透过蓝色滤光片的光照射试样就提高了荧光激发对白度的贡献，只要蓝色滤光片选择适当。对于纸张白度的测量可以与氮灯模拟的D光源较为一致，这是ZBD白度仪以白炽灯替代氛灯作为纸张荧光白度测量的依据。实际上只要对蓝滤光片透过波长稍作修改，也可以用卤素灯来替代氛灯。另外，仪器以氮灯为光源，其造价将增大好几倍，且整机的体积庞大，仪器的维修保养大为复杂，这就限制了仪器和纸厂的广泛使用，这是ZBD白度仪以白炽灯替代氮灯作为光源的实际理由。

　　三、ZBD白度仪的稳定性

　　ZBD白度仪性能是否稳定？我们认为可以把zBD白度仪与Elreph.白度仪测量值作分析比较，然后再作结论。

　　60种不同的纸样分别用ZBD白度仪（白炽灯为光源）和ElrePho白度仪（R45了，以氛灯为光源）测定的结果。可以看出，不论纸样是否带有荧光增白剂。ElrePho白度仪的测量值都比ZBD高，但间题的本质并不在于这一差异值的大小，而是要看这一差异值是否稳定。即要考察两类仪器测量值的相关关系。如果相关性好，就可以认为ZBD白度仪的性能相对于ElrePbo白度仪是稳定的，它们之间的测量值差异可以通过适当的方法减小以至消除。从表亚看出，无论纸样是否带有荧光增白剂，两仪器的测量值的回归系数都接近于1但大于1.这一点与表工中Elrepho白度仪的测量值略大于ZBD的事实相符。两仪器的测量值的相关系数均大于0.98,这表明无论荧光纸样还是非荧光纸样的测量，ZBD白度仪对于ElrePho白度仪有良好的跟踪性，因而可以认为ZBD白度仪的性能有较好的稳定性。

　　至于两仪器测量值的差异，从光谱特性上分析大致有以下几方面原因：

　　（1）在荧光激发和荧光发射光谱范围内两仪器光谱特性有差异

　　ZBD白度仪虽然通过蓝色滤光片的作用，提高了光源幅射中近紫外成份的相对含量，但比ElrePho氨灯光幅射中近紫外成份的相对含量仍低些。这就使得ZBD白度仪的荧光激发仍不如ElrePho充分。本文试样中荧光增白剂含量越高的纸样，Elrepho白度仪的测量值就比ZBD越高。但也曾见有ZBD白度仪对荧光试样的测量比ElrePho高的报道。

　　这就说明蓝色滤光片对ZBD白度仪光源幅射中近紫外相对含量的调节范围是较大的。两仪器在荧光发射区域光谱特性不一致。会使得对于等量的荧光激发测得的结果并不一样。由于荧光激发问题较为复杂，其引起荧光白度的差异是无规的。

　　（2）有效波长的影响

　　一种白度仪光谱特性的确定。实际上是规定一个加权函数[8〕。正确规定的加权函数应使仪器的白度测定结果与平均人眼的目视评价相一致。在应用上，由于各行各业的具体情况不同，因而各有其不同的“喜爱白”各行各业也有不同的白度测定有效波长。

　　图是纸张相对光谱反射率的典型例子，由图可知，在可见光范围内纸张的反射率随波长而递增。在400~soonm区域内反射率变化较为显著（荧光反射也在这一区域），而到700nm则趋于饱和。因此有效波长偏向短波区有利于鉴别出白度相近的纸张，即提高仪器对白度的分辨力。这正是国内外一致把纸张白度测量的有效波长选为457nm的原因。由于在457二附近的光谱区对白度是敏感的。因而有效波长的差异往往引起白度测量值的差异。

　　（3）半波宽度的影响

　　一般地说，半波宽度增大，会降低仪器对白度的分辨力。由于仪器的光谱特性是一个加权函数，因而半宽度不一致也是引起仪器测量值差异的原因。本文进一步的分析表明，半波宽度不一致所引起的测量值差异与其它因素相比是不太显著的。

　　我们用与此相似的方法分析了ZBD白度仪的台间误差。发现它与ZBD白度仪的光谱特性直接有关。