Spektralphotometer vs. Kolorimeter: Was ist der Unterschied?

Farbe umgibt uns in jedem Augenblick unseres Lebens und beeinflusst unsere Gefühle, unser Verhalten und unsere Überzeugungen auf große und kleine, bewusste und unbewusste Weise. Farbe kann eine Stimmung erzeugen, uns vor Gefahren warnen, uns wichtige Informationen geben und uns sogar Freude bereiten. Trotz der universellen Präsenz von Farbe bleibt es schwer, sie zu beschreiben, was zum Teil auf Variationen in der Farbwahrnehmung von Person zu Person und zum Teil auf einen Mangel an Beschreibungen für jede der Millionen von Schattierungen zurückzuführen ist, die das menschliche Auge wahrnimmt.

Die instrumentelle Farbmessung überschreitet die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung und des Vokabulars und ermöglicht es uns, Farbinformationen als objektive Daten zu erfassen und eine gemeinsame Sprache der Farbe zu schaffen, die für die Kommunikation innerhalb und zwischen Branchen auf der ganzen Welt unerlässlich ist, von Lebensmitteln und Getränken bis hin zu Pharmazeutika. Die beiden fortschrittlichsten Arten von Farbmessgeräten sind Farbmessgeräte und Spektralfotometer, die beide hochentwickelte Technologien zur genauen und präzisen Quantifizierung und Definition von Farbe einsetzen.

Obwohl diese Geräte eng miteinander verwandt sind, haben sie einzigartige Eigenschaften, die das eine für eine bestimmte Art von Messung geeigneter als das andere machen können. Die Kenntnis der Eigenschaften von Kolorimetern und Spektralphotometern kann Ihnen helfen, das beste Gerät für Ihre Anwendung auszuwählen.

Was ist ein Kolorimeter?

Ein Farbmessgerät ist für eine Art psychophysische Farbanalyse ausgelegt, d. h. seine Messungen entsprechen der menschlichen Farbwahrnehmung. Mit anderen Worten, es ist so konzipiert, dass es Farben so sieht wie wir.

Seine Ergebnisse sind direkt und werden als Tristimuluswerte gelesen. Ein Tristimuluswert ist ein Wert, der eine Farbe mit Zeichen identifiziert, die verschiedene Dimensionen ihres visuellen Erscheinungsbildes darstellen. Ein Tristimuluswert kann Werte wie X, Y und Z oder L, a und b enthalten. Der "Goldstandard" für Tristimulusfarben ist das CIE-Farbsystem, das von der Internationalen Beleuchtungskommission entwickelt wurde - das CIE im Titel steht für die französische Version ihres Namens.

Ein Farbmessgerät besteht aus einigen einzigartigen Komponenten.

• Leuchtmittel: Das Leuchtmittel stellt eine bestimmte Lichtquelle dar, z. B. Tageslicht oder Glühlampenlicht, um eine gleichmäßige Helligkeit auf das Objekt zu projizieren. In einem Farbmessgerät ist eine Lichtart fest eingestellt.
• Beobachter: Der Standardbeobachter bietet ein bestimmtes Sichtfeld, mit dem die Farben analysiert werden können. Ein Farbmessgerät verwendet in der Regel einen 2-Grad-Standardbeobachter, der für die Farbbewertung und Qualitätskontrolle geeignet ist.
• Tristimulus-Absorptionsfilter: Der Absorptionsfilter isoliert bestimmte Wellenlängen, die auf die Probe angewendet werden.

Arten von Kolorimetern

Farbmessgeräte sind für die objektive und genaue Bestimmung von Farben unerlässlich. Ihre verschiedenen Varianten messen die Farbe in unterschiedlicher Tiefe und Intensität. Zu den Typen gehören:

• Densitometer: Sie messen den Schwärzungsgrad bzw. die Dichte von halbtransparentem Material.
• Fotometer: Farbfotometer messen, wie Farbe übertragen und reflektiert wird.

Wie funktioniert ein Kolorimeter?

Die Verwendung eines Kolorimeters basiert häufig auf dem Beer-Lambert-Gesetz, das besagt, dass die Konzentration einer gelösten Substanz proportional zu ihrer Absorption ist. Das Kolorimeter beginnt mit einer einfachen Lichtquelle. Mit Hilfe einer Linse und Tristimulus-Absorptionsfiltern wird der Lichtstrahl zu einer einzigen, gebündelten Wellenlänge, die dann in die Probenlösung eindringt. Auf der anderen Seite der Lösung befindet sich ein Fotozellendetektor, der feststellt, wie viel von der Wellenlänge absorbiert wurde. Der Detektor ist mit einem Prozessor und einer digitalen Anzeige verbunden, die die Ergebnisse lesbar ausgibt.

Nachdem Sie nun wissen, wie es funktioniert, lassen Sie uns einen Blick auf die Vor- und Nachteile eines Kolorimeters werfen.

Die Vorteile des Kolorimeters

Nachfolgend sind einige der Vorteile eines Farbmessgeräts aufgeführt.

• Sie konzentrieren sich auf die Tristimuluswerte. Wenn Sie keine Spektraldaten über den gesamten Bereich benötigen, müssen Sie bei einem Farbmessgerät nicht für Werkzeuge bezahlen, die Sie nicht verwenden.
• Sie sind in der Regel besser tragbar. Kolorimeter sind weniger komplex, so dass sie leichter zu transportieren oder im Feld zu verwenden sind.
• Sie arbeiten schnell. Viele Anwendungen für Farbmessgeräte erfordern schnell arbeitende Geräte, z. B. an einem Fließband, und ein Farbmessgerät kann dies leisten.

Die Nachteile von Kolorimetern

Während die Vorteile eines Kolorimeters klar auf der Hand liegen, gibt es auch einige Nachteile, die damit verbunden sind.

• Sie bieten keine vollständige Palette von Daten. Farbmessgeräte sind zwar großartig, wenn Sie nicht viele Daten benötigen, aber sie bieten Ihnen keine Spektralinformationen über Ihre Probe. Ein Farbmessgerät verfügt nicht über einstellbare Lichtquellen und Filter, die zusätzliche Messungen ermöglichen. Es ist nicht in der Lage, die Stärke des Farbstoffs zu bestimmen oder bei der Farbrezeptierung zu helfen.
• Sie sind nicht vielseitig. Farbmessgeräten fehlt es an Vielseitigkeit, da ihr Hauptzweck darin besteht, Produkte mit einer vordefinierten Probe zu vergleichen. Sie eignen sich nicht gut für Anwendungen in der Forschung oder Produktentwicklung, da es ihnen an Genauigkeit und einstellbaren Komponenten mangelt.
• Sie können Metamerie nicht erkennen. Metamerie liegt vor, wenn Farben unter einer bestimmten Beleuchtungsbedingung identisch aussehen, unter einer anderen jedoch nicht. Zum Beispiel kann ein Produkt bei Leuchtstoffröhrenbeleuchtung ganz anders aussehen als im Sonnenlicht. Farbmessgeräte können dieses Phänomen nicht erkennen und ausgleichen.

Anwendungen für Farbmessgeräte

In der Regel vergleicht das Farbmessgerät die Ergebnisse mit einer vorhandenen Probe. Farbmessgeräte sind außerordentlich genau für einfache Farbmessungen und eignen sich ideal für die Bestimmung von Farbunterschieden, Echtheit und Stärke sowie für Routinevergleiche ähnlicher Farben. Farbmessgeräte sind daher von unschätzbarem Wert für die Qualitätskontrolle von Farben und werden hauptsächlich in der Produktions- und Kontrollphase der Herstellung eingesetzt.

Faktoren, die beim Kauf eines Kolorimeters zu berücksichtigen sind

Beim Kauf eines Kolorimeters ist es wichtig, den Anwendungsbereich und andere Faktoren zu bestimmen, wie zum Beispiel:

• Budget: Ihr Budget kann die Funktionen bestimmen, die Sie von dem Farbmessgerät erhalten.
• Qualitätskontrolle: Verschiedene Farbmessgeräte messen die Farbgenauigkeit von Materialien in unterschiedlichem Maße, daher ist es wichtig, die Anforderungen Ihrer Branche zu kennen.
• Anwendung: Der Verwendungszweck kann bestimmen, welches Gerät Sie benötigen. Benchtop-Farbmessgeräte sind am besten für Labors geeignet, während tragbare Lösungen für den Einsatz in der Industrie geeignet sind.
• Digital oder analog: Die Häufigkeit der Tests bestimmt das Farbmessgerät, das Sie benötigen. Digitale Varianten bieten eine einfache Handhabung, wenn Sie viele Tests mehrmals am Tag durchführen.

Was ist ein Spektralphotometer?

Ein Spektralphotometer ist ein Gerät, das für die physikalische Analyse von Proben mittels Vollspektrum-Farbmessung entwickelt wurde. Durch die wellenlängenbezogene Spektralanalyse der Reflexions-, Absorptions- oder Durchlässigkeitseigenschaften einer Probe liefert es präzise Daten, die über das hinausgehen, was das menschliche Auge wahrnehmen kann. Falls gewünscht, können Farbspektralphotometer auch zur Berechnung psychophysikalischer kolorimetrischer Informationen verwendet werden.

Spektralphotometer sind unglaublich präzise und bieten eine große Bandbreite an Daten. Sie verwenden ähnliche Komponenten wie ein Kolorimeter, allerdings mit leichten Abweichungen.

• Leuchtmittel: Das Leuchtmittel eines Spektralphotometers ist vielseitig. Sie können Standard- und fluoreszierende Leuchtmittel verwenden, die verschiedene Arten von Licht darstellen.
• Beobachter: Der Beobachter eines Spektrophotometers ist in der Regel größer, etwa 10 Grad. CIE empfiehlt ihn als das am besten geeignete Gerät für industrielle Farbanwendungen.
• Prisma, Gitter oder Interferenzfilter: Um bestimmte Wellenlängen zu isolieren, verwendet ein Spektralphotometer ein Prisma, ein Gitter oder einen Interferenzfilter, mit dem es die Auswahl der Wellenlänge verändern kann.

Arten von Spektralphotometern

Es gibt verschiedene Arten von Spektralphotometern:

• Atomabsorptionsspektralphotometer: Es analysiert die Metallelemente in Materialien durch Messung der Strahlungsabsorption von Atomdämpfen.
• Fluoreszenzspektralphotometer: Diese Spektralphotometer scannen das Fluoreszenzspektrum von flüssigen Fluoreszenzetiketten und werden in der Regel für wissenschaftliche Forschung, klinische Tests und Lebensmitteltests verwendet.
• Infrarot-Spektralphotometer: Dieses Gerät misst die Absorptionswerte von Materialien bei einer Wellenlänge von weniger als 760 nm.
• UV-VIS-Spektralphotometer: Dieses Gerät analysiert Material im sichtbaren und ultravioletten Wellenlängenbereich und misst quantitativ die Absorption.
• VIS-Spektralphotometer: Dieses Gerät analysiert die sichtbaren Wellenlängen, misst die Absorption und führt eine quantitative Analyse durch.

Spektralphotometer messen Trübung und Farbe gleichzeitig

Der Unterschied zwischen Spektralphotometern und Farbmessgeräten liegt in ihren Messmöglichkeiten. Spektralphotometer messen auf einer umfassenderen Ebene, indem sie die Farbe von Materialien und ihre Trübung analysieren. Die Trübung ist die in einer Flüssigkeit vorhandene Trübung und kann die Klarheit und visuelle Qualität einiger flüssiger Stoffe erheblich beeinträchtigen. Bei einigen Getränken, bei denen ein durchsichtiges Aussehen für die Qualitätskontrolle unerlässlich ist, ist die Messung des Trübungsgrades von größter Bedeutung. 

Wie Trübung funktioniert

Wenn ein Material dem Licht ausgesetzt wird, wird ein Teil des Lichts absorbiert, während ein anderer Teil zurück zum Auge reflektiert wird. Wenn Partikel vorhanden sind, beeinflussen sie die Klarheit des zurückgeworfenen Lichts, was zu einem trüben Aussehen führt. Dies kann auf einen höheren Trübungsgrad zurückzuführen sein, der die Qualitätskontrolle beeinträchtigen kann. Wenn ein erheblicher Anteil an kleinen Materialien in der Substanz schwimmt, erscheint sie weniger klar.

Dieser Trübungsgrad in Flüssigkeiten kann den Eindruck erwecken, dass bestimmte Getränke nicht appetitlich sind, und ist auch ein entscheidender Faktor für die Messung der Sicherheit von abgefülltem Wasser.

Die Bedeutung von Spektralphotometern für die Trübungsmessung

Die Ermittlung und Stabilisierung des Trübungsgrads ist für die Erhaltung der Farbkonsistenz und der Qualität vieler flüssiger Produkte von entscheidender Bedeutung, da die Verbraucher den Kauf zunächst mit dem Auge tätigen und die Produkte prüfen, während sie sich in der Flasche befinden. Unsere Augen können Trübungen oder Farben aufgrund von Ermüdung, Subjektivität und verschiedenen anderen Faktoren nicht genau messen. An dieser Stelle kommen Spektralphotometer ins Spiel. Die fortschrittliche Technologie der Spektralphotometer ermöglicht es Ihnen, sowohl Farbe als auch Trübung mit Präzision zu messen, wobei die quantitative Analyse als objektive Daten verwendet wird.

Wie funktioniert ein Spektralphotometer?

Der grundsätzliche Aufbau eines Spektralphotometers ähnelt dem eines Kolorimeters, allerdings mit mehr Schritten und Variationen sowie einigen anderen Komponenten. Das verwendete Gerät isoliert nur ein Wellenlängenband, das auf die Probe trifft. Ein Sensor erfasst dann das Licht, das nicht von der Probe absorbiert wird, und leitet die Daten an einen Prozessor oder Computer mit der entsprechenden Software weiter. Er kann Dinge wie den spektralen Reflexionsgrad und den Transmissionsgrad mit einem Tristimuluswert erfassen.

Dieser komplizierte Prozess beseitigt die Unsicherheiten, die eine subjektive Farbanalyse mit sich bringt. Während Farbmessgeräte hervorragende Quellen für die Farbmessung sind, gehen Spektralphotometer noch einen Schritt weiter, indem sie die Messungen in objektive Daten für eine effektive Farb- und Trübungsanalyse quantifizieren, die menschliche Fehler minimiert und umfassende Ergebnisse liefert.

Als Nächstes gehen wir auf die Vor- und Nachteile eines Spektralphotometers ein.

Vorteile eines Spektralphotometers

Einige der Vorteile eines Spektralphotometers sind folgende.

• Sie sind unglaublich umfassend. Ein Spektralphotometer verfügt über fortschrittlichere Hardware und kann Eigenschaften messen, die ein Kolorimeter nicht messen kann, einschließlich Spektraldaten.
• Sie sind vielseitig. In der Regel können Sie die Einstellungen für Lichtquelle und Beobachter anpassen, um genau die richtigen Optionen für ein Spektralfotometer zu erhalten.
• Sie arbeiten mit leistungsstarker Software. Durch die Integration mit Software bieten Spektralphotometer eine neue, umfassende Möglichkeit zur Überprüfung und Analyse von Daten außerhalb eines integrierten Displays.
• Es gibt sie in einer Vielzahl von Ausführungen. Spektralphotometer sind für eine breite Palette von Probentypen erhältlich, darunter Pulver, Flüssigkeiten und transparente Materialien. Portable Spektralphotometer sind ebenfalls erhältlich.
• Sie liefern schnelle Ergebnisse. Einige Spektralphotometer liefern Ergebnisse in nur vier Sekunden, was die Geschwindigkeit und Effizienz erhöht.
• Sie helfen dabei, die gewünschte Farbe zu erreichen. Die kontinuierliche Erzielung der gewünschten Farbe ist entscheidend für die Markenkonsistenz und die Prozesskontrolle.
• Sie sind ideal für präzise Analysen. Für forschungsorientierte Umgebungen, in denen Genauigkeit von größter Bedeutung ist, bieten Spektralphotometer detaillierte Analysen und Ergebnisse auf mehreren Ebenen, um konsistente Ergebnisse zu erzielen.

Nachteile eines Spektralphotometers

Natürlich ist kein technisches Gerät ohne ein paar Nachteile. Hier sind ein paar Nachteile von Spektralphotometern.

• Sie sind komplexer. Mit der Komplexität kommt die Empfindlichkeit, und sie sind möglicherweise nicht so gut für Fabrikumgebungen geeignet.
• Sie können teurer sein. Obwohl der Preis je nach Modell variiert, kosten Spektralphotometer und ihr präzises, breites Spektrum an Informationen in der Regel mehr als ein Kolorimeter.
• Sie verfügen möglicherweise über mehr Technik als nötig. Wenn Sie nur einfache Farbmessungen benötigen, die ein Kolorimeter liefern kann, ist ein Spektralphotometer möglicherweise mehr, als Sie brauchen.

In der Vergangenheit waren Spektralphotometer groß und kompliziert, aber die moderne Technologie ermöglicht es, sie kleiner und benutzerfreundlicher zu gestalten.

Anwendungen von Spektralphotometern

Spektralphotometer bieten ein höheres Maß an Flexibilität und Vielseitigkeit als Farbmessgeräte, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass sie mehrere Beleuchtungs-/Beobachtungskombinationen bieten und in mehreren geometrischen Anordnungen arbeiten können, einschließlich gerichteter (0°/45° oder 45°/0°) und diffuser (d/8°). Diese Spektralphotometertypen sind in der Lage, Metamerie zu messen, die Stärke von Farbstoffen zu bestimmen, eine breite Palette von Probentypen zu analysieren und dem Benutzer die Wahl zu lassen, ob er die spiegelnde Reflexion einbeziehen oder ausschließen will, um geometrische Eigenschaften zu berücksichtigen.

Die Vollspektrumanalyse bietet auch eine größere Spezifität und kann Farbunterschiede aufdecken, die von Farbmessgeräten nicht erkannt werden. Spektralphotometrische Instrumente eignen sich ideal für eine breite Palette von Anwendungen in der Forschungs- und Entwicklungsphase, einschließlich der Farbrezeptierung und Farbsystementwicklung, sowie für die Farbqualitätskontrolle in der Produktion.

Faktoren, die beim Kauf von Spektralphotometern zu berücksichtigen sind

Wenn Sie sich überlegen, wie und in welchem Umfang Sie Ihr Spektralphotometer verwenden werden, können Sie bestimmen, welche Art von Lösung Sie benötigen:

• Budget: Die Festlegung Ihres Budgets ist wichtig, da die Spektralphotometer unterschiedlicher Preisklassen verschiedene Funktionen haben. Die Finanzierung ist eine gute Option für ein fortschrittlicheres Gerät.
• Laborplatz: Überlegen Sie, ob Sie für die Ziele Ihres Experiments ein tragbares oder ein Tischgerät benötigen.
• Spezifikationen: Besorgen Sie sich ein Spektralphotometer, das Materialien entsprechend dem Umfang und der Tiefe prüft, die Sie benötigen, z. B. Wellenlängenbereiche und Nachweisgrenzen. Das Spektralphotometer sollte auch auf Ihre Anwendungen abgestimmt sein.

Was sind die Hauptunterschiede zwischen Kolorimetern und Spektralphotometern?

Zwischen Farbmessgeräten und Spektralphotometern gibt es einige Gemeinsamkeiten, aber die beiden Geräte sind dennoch sehr unterschiedlich. Der größte Unterschied liegt in der Leistungsfähigkeit und der Verwendung. Spektralphotometer sind unglaublich leistungsfähig und können detailliertere Farbmessungen durchführen als ein Kolorimeter, beispielsweise Spektraldaten. Deshalb werden sie vor allem für präzise Messungen in Forschung und Entwicklung oder im Labor eingesetzt. Kolorimeter sind im Vergleich dazu einfacher und werden häufig in der Produktion und Fertigung eingesetzt, z. B. zur Qualitätskontrolle.

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Einige weitere Unterschiede sind:

• Vielseitigkeit: Spektralphotometer haben viele einstellbare Optionen und können gut für verschiedene Arten von Proben und Messungen eingesetzt werden.
• Kosten: Wie bereits erwähnt, sind Spektralphotometer aufgrund ihrer leistungsstarken Technologie oft teurer als Kolorimeter.
• Genauigkeit: Kolorimeter sind nicht so genau und präzise wie Spektralphotometer.

Auswahl des besten Farbmessgeräts für Ihre Anwendung

Die Wahl eines Farbmessgeräts erfordert ein Verständnis der Vor- und Nachteile von Farbmessgeräten und Spektralphotometern, wie sie oben beschrieben wurden. Wenn Sie noch unsicher sind, welches Gerät für Ihre Zwecke am besten geeignet ist, können Ihnen diese Fragen, die von David R. Wyble vom Rochester Institute of Technology stammen, helfen, sich Klarheit über Ihre Optionen zu verschaffen.

• Typ der benötigten Daten: Benötigt die Anwendung Spektraldaten oder nur Tristimuluswerte?
• Gerätegeometrie: Verfügt das Gerät über die für Ihre Anwendung erforderliche Geometrie?
• Präzision und Genauigkeit: Welches Maß an Präzision und Genauigkeit ist für zufriedenstellende Ergebnisse erforderlich?
• Lichtquelle: Verfügt das Gerät über eine geeignete Lichtquelle für Ihre Anwendung?
• Geschwindigkeit der Messung: Wie schnell können Daten gewonnen werden? Welche Art von Probenvorbereitung ist erforderlich?
• Benutzerfreundlichkeit: Ist das Gerät auf den Benutzer ausgerichtet und ermöglicht es eine einfache und schnelle Bedienung?
• Robustheit: Ist das Gerät für die Umgebung geeignet, in der es eingesetzt werden soll? Hält es den rauen Bedingungen in der Fabrik stand?
• Softwareschnittstelle: Erlaubt die zugehörige Software die einfache Erfassung, Analyse und Weitergabe von Daten?
• Produktqualität: Farbmessgeräte sind nicht gleich Farbmessgeräte, unabhängig davon, ob es sich um Farbmessgeräte oder Spektralphotometer handelt. Wenn Sie sich für das beste Gerät entscheiden, können Sie sicher sein, dass Sie die besten Ergebnisse erhalten.

HunterLab-Farbmessung

Wir von HunterLab sind seit über 70 Jahren Pioniere auf dem Gebiet der Farbmessung. Wir bieten eine umfassende Palette moderner kolorimetrischer und spektralphotometrischer Geräte an, die den vielseitigen Anforderungen und anspruchsvollen Standards unserer Kunden in allen Branchen gerecht werden, sei es auf dem Feld, im Labor oder in der Fabrikhalle.

Unser Engagement für kontinuierliche Innovation und technologische Spitzenleistungen hat zur Entwicklung der hochwertigsten Farbmessgeräte, Spektralphotometer und Softwareprodukte geführt, die heute auf dem Markt erhältlich sind und die Möglichkeiten der Farbanalyse, Formulierung und Qualitätskontrolle erweitern. 

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