燈源老化是否影響分光光譜儀的可靠性?

分光光譜儀的燈源老化是否會(huì)影響儀器的準(zhǔn)確性，主要先參考儀器的設(shè)計(jì)方式。市場(chǎng)上的分光光譜儀大致上分為兩類，分別為“單光束（Single-Beam）”及 “雙光束（Double-Beam）”兩類設(shè)計(jì)。

若分光光譜儀是以單光束設(shè)計(jì)，燈源的老化問題會(huì)嚴(yán)重影響儀器的準(zhǔn)確性。

單光束（Single-Beam）

單光束的原理是在測(cè)量樣品前，儀器會(huì)先把燈源的能量測(cè)量。然後取得燈源所發(fā)出的投射光能（I₁）作為計(jì)算反射率的分母。

當(dāng)儀器完成測(cè)量燈源能量後，再測(cè)量燈光投射在顏色反射後的反射光能量（R₁）。然後把反射能量除以燈光能量（R₁），反射率（R%）便可以計(jì)算出來。

單光束設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)單，但問題便是出於太簡(jiǎn)單。單光束設(shè)計(jì)的弊端便是數(shù)據(jù)會(huì)在不隨同測(cè)量次數(shù)而有所漂移。如果在*次測(cè)量燈源能量（I₁）後，儀器沒有再進(jìn)行其他測(cè)量燈源能量（I₁）的程序，儀器只是在*次測(cè)量燈源能量（I₁）後，不停地測(cè)量顏色樣品。由於燈源的能量會(huì)因?yàn)闊粼吹睦匣鴾p弱，接著反射能量亦同步減少。因?yàn)榧词怪皇沁B續(xù)測(cè)量同一顏色，儀器的燈源會(huì)不停老化，儀器會(huì)利用不停減弱的反射光能量（R₁）數(shù)據(jù)配合原先還未減弱的燈源能量（I₁）數(shù)據(jù)計(jì)算反射率。結(jié)果在同一點(diǎn)多次測(cè)量反射率數(shù)據(jù)時(shí), 其反射率數(shù)據(jù)會(huì)不斷地下降，因此儀器的短期重複性及準(zhǔn)確性便會(huì)降低。

樣品

在使用單光束分光光譜儀時(shí)，只有一個(gè)方法可以提升儀器的短期重複性及準(zhǔn)確性。每次測(cè)量顏色前都必須先行測(cè)量燈源的能量，然後再測(cè)量顏色。測(cè)量燈源的能量後是絕對(duì)不容連續(xù)測(cè)量顏，否則短期重複性及準(zhǔn)確性便不能確保。雖然此方法是不可以提升短期重複性及準(zhǔn)確性，但測(cè)量時(shí)間會(huì)過長(zhǎng)及不方便。

雙光束（Double-Beam）

雙光束的原理是燈源的光會(huì)先投射在一個(gè)反光面上，因?yàn)榉垂饷娴奶貏e設(shè)計(jì)，反光面會(huì)把燈源的光平均向不同角度反射。在其中兩個(gè)反射角中，一個(gè)角度會(huì)直接反射至一個(gè)接收器以測(cè)量其能量（E₁），另一個(gè)角度的反射光能量（E₂）會(huì)投射到測(cè)量顏色樣品。

由於這兩個(gè)被反光面反射的反射光能量是一樣，即E₁=E₂。利用接收器#1便可以測(cè)量出E₁的能量，即可以得知E₂的能量，E₂的能量便是作為計(jì)算反射率的分母，即投射在顏色上的光。當(dāng)E₂能量的光被顏色反射後，其反射光能量R便可以透過接收器#1測(cè)量，然後便可以計(jì)算反射率（R₂/E₂）。即使燈源老化，導(dǎo)致燈源能量（E）改變，亦不會(huì)影響儀器的短期重複性及準(zhǔn)確性便會(huì)降低。因燈源能量在投射在反光面後，不管燈源能量是否有增強(qiáng)或減弱或其他改變，E₁=E₂ 的能量永遠(yuǎn)一樣。E2的角色其實(shí)與單光束的燈源能量（I₁）。而且此E2投射光（即E1能量）能量及R2反射光能量都會(huì)每次測(cè)量顏色同時(shí)重新測(cè)量，從而不斷更新E2能量作為排除因燈源老化使反射光能量及反射率數(shù)據(jù)漂移。因?yàn)槿?span lang="EN-US">E2投射光能量改變，R2反射光能量則會(huì)按比例改變，反射率（R% = R1/E2）便會(huì)保持穩(wěn)定及準(zhǔn)確。

目前大多數(shù)市場(chǎng)上的分光光譜儀都是採(cǎi)用雙光束設(shè)計(jì)，例如X-Rite的手提式SP-60/62/64及臺(tái)式分光光譜儀都是以雙光束設(shè)計(jì)。