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影響儀器的準確性，主要先參考儀器的設(shè)計方式。市場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。

若分光光譜儀是以單光束設(shè)計，燈源的老化問題會嚴重影響儀器的準確性。

單光束（Single-Beam）

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

當儀器完成測量燈源能量後，再測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%）便可以計算出來。

單光束設(shè)計設(shè)計是簡單，但問題便是出於太簡單。單光束設(shè)計的弊端便是數(shù)據(jù)會在不隨同測量次數(shù)而有所漂移。如果在*次測量燈源能量（I₁）後，儀器沒有再進行其他測量燈源能量（I₁）的程序，儀器只是在*次測量燈源能量（I₁）後，不停地測量顏色樣品。由於燈源的能量會因為燈源的老化而減弱，接著反射能量亦同步減少。因為即使只是連續(xù)測量同一顏色，儀器的燈源會不停老化，儀器會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)計算反射率。結(jié)果在同一點多次測量反射率數(shù)據(jù)時, 其反射率數(shù)據(jù)會不斷地下降，因此儀器的短期重複性及準確性便會降低。

樣品

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

雙光束（Double-Beam）

雙光束的原理是燈源的光會先投射在一個反光面上，因為反光面的特別設(shè)計，反光面會把燈源的光平均向不同角度反射。在其中兩個反射角中，一個角度會直接反射至一個接收器以測量其能量（E₁），另一個角度的反射光能量（E₂）會投射到測量顏色樣品。

由於這兩個被反光面反射的反射光能量是一樣，即E₁=E₂。利用接收器#1便可以測量出E₁的能量，即可以得知E₂的能量，E₂的能量便是作為計算反射率的分母，即投射在顏色上的光。當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測量，然後便可以計算反射率（R₂/E₂）。即使燈源老化，導(dǎo)致燈源能量（E）改變，亦不會影響儀器的短期重複性及準確性便會降低。因燈源能量在投射在反光面後，不管燈源能量是否有增強或減弱或其他改變，E₁=E₂ 的能量永遠一樣。E2的角色其實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反射光能量都會每次測量顏色同時重新測量，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。因為若E2投射光能量改變，R2反射光能量則會按比例改變，反射率（R% = R1/E2）便會保持穩(wěn)定及準確。

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