Kolorimeter vs. Spektralphotometer: Was ist der Unterschied?

Moderne Farbmesstechnologien gehen über den subjektiven menschlichen Blick hinaus und ermöglichen es uns, einen Regenbogen von Farben objektiv zu quantifizieren. Bildquelle: Unsplash-Benutzer Denise Chan

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 menschlichen 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. Die beiden fortschrittlichsten Arten von Farbmessgeräten sind Farbmessgeräte und Spektralphotometer, 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 machen als das andere.1 Wenn Sie die Eigenschaften eines Kolorimeters und eines Spektralphotometers verstehen, können Sie das beste Gerät für Ihre Anwendung auswählen.

Farbmessgeräte sind ideal für die Bewertung der endgültigen Farbergebnisse und die Ermittlung unerwünschter Farbabweichungen geeignet. Bildquelle: Pexels-Benutzer Karolina Grabowska

Was ist ein Kolorimeter?

Ein Farbmessgerät ist so konzipiert, dass es eine Art psychophysikalische Probenanalyse durchführt, indem es die menschliche Augen-Hirn-Wahrnehmung nachahmt, was bedeutet, dass seine Messungen mit der menschlichen Wahrnehmung korrelieren. 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 bezeichnet eine Farbe mit Zeichen, die verschiedene Dimensionen ihrer visuellen Erscheinung 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 sollen.

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 Kolorimeter nicht für Werkzeuge bezahlen, die Sie nicht verwenden werden.
• Sie sind in der Regel leichter zu transportieren. Farbmessgeräte 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, wie 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 einsetzbar. 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 tritt auf, 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. Als solche sind sie von unschätzbarem Wert für die Qualitätskontrolle von Farben und werden hauptsächlich in der Produktions- und Kontrollphase der Herstellung eingesetzt.

Was ist ein Spektralphotometer?

Ein Spektralphotometer ist ein Gerät, das für die Analyse physikalischer Proben mittels Vollspektrum-Farbmessung konzipiert ist. Durch die wellenlängenspezifische Spektralanalyse der Reflexions-, Absorptions- oder Transmissionswerte einer Probe liefert es präzise Daten, die über das hinausgehen, was das menschliche Auge wahrnehmen kann. Falls gewünscht, können Spektralphotometer 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 Farbmessgerät, 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.

Wie funktioniert ein Spektralphotometer?

Der grundsätzliche Aufbau eines Spektralphotometers ähnelt dem eines Kolorimeters, allerdings mit mehr Schritten und Variationen sowie einigen anderen Komponenten. Ein Beleuchtungsmittel projiziert eine Lichtquelle auf ein Objekt und durch ein Prisma, ein Gitter oder einen Filter. Das verwendete Gerät isoliert nur ein Wellenlängenband, das auf die Probe trifft. Ein Sensor erfasst dann das Licht, das nicht von dem Gegenstand absorbiert wird, und leitet die Daten an einen Prozessor oder Computer mit der entsprechenden Software weiter. Er kann Dinge wie Reflexionsgrad, Transparenz und Beleuchtungsstärke zusammen mit einem Tristimuluswert erkennen.

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 Metamerie und Reflexionsgrad.
• Sie sind vielseitig einsetzbar. Mit einem Spektralphotometer können Sie in der Regel die Beleuchtungsstärke und die Beobachtereinstellungen anpassen, um genau die richtigen Optionen zu erhalten.
• Die Arbeit mit leistungsfähiger Software. Durch die Integration mit Software bieten Spektralphotometer eine neue, umfassende Möglichkeit zur Überprüfung und Analyse von Daten außerhalb eines eingebauten Displays.
• Sie sind in einer Vielzahl von Ausführungen erhältlich. Spektralphotometer gibt es für eine Vielzahl von Probentypen, darunter Pulver, Flüssigkeiten und transparente Materialien. Auch tragbare Optionen sind erhältlich.

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 Farbmessgerät.
• 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 nötig.

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 vielfältigen geometrischen Anordnungen, einschließlich 45°/0° und d/8°, betrieben werden können. So können Spektralphotometer Metamerie messen, die Stärke von Farbstoffen bestimmen, eine breite Palette von Probentypen analysieren und dem Benutzer die Wahl lassen, ob er die spiegelnde Reflexion einbeziehen oder ausschließen möchte, um geometrische Eigenschaften zu berücksichtigen.

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

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 Messungen als ein Kolorimeter durchführen, 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, beispielsweise zur Qualitätskontrolle.

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.

Bei der Abwägung zwischen einem Farbmessgerät und einem Spektralphotometer ist es wichtig, eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen, die die Anwendbarkeit in Ihrer Situation beeinflussen können, z. B. die Lichtquelle. Bildquelle: Pexels Benutzer Sebastian Müller

Wählen Sie das beste Farbmessgerät 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 diese Fragen, die von David R. Wyble vom Rochester Institute of Technology inspiriert wurden, Ihnen helfen, Klarheit bei der Abwägung Ihrer Optionen zu gewinnen:2

• Typ der benötigten Daten: Benötigt die Anwendung Spektraldaten oder nur Tristimuluswerte?
• Geometrie des Instruments: Verfügt das Instrument 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 der 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? Kann es den rauen Bedingungen in der Fabrik standhalten?
• Software-Schnittstelle: Erlaubt die zugehörige Software das einfache Sammeln, Analysieren und Weitergeben von Daten?
• Produktqualität: Nicht alle Farbmessgeräte sind gleich, 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 60 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. Wenden Sie sich an uns, wenn Sie mehr über unsere Farbmessgeräte, anpassbaren Softwarepakete und unseren engagierten Kundendienst erfahren möchten, und lassen Sie uns Ihnen bei der Auswahl der richtigen Geräte für Ihre Anwendungen helfen.