Nanomania

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Quanto è importante la specifica della risoluzione quando si sceglie uno spettrofotometro?

Grazie allo sviluppo della  miniaturizzazione dell’elettronica in questi anni i misuratori di colore sono diventati sempre più piccoli, più maneggevoli e potenti. Chiunque necessiti di un misuratore di colore oggi può scegliere fra un’ampia gamma di modelli e fornitori, e questo può essere un bel rompicapo. Quali criteri usare per prendere la giusta decisione? Quelli più ovvi sembrerebbero essere il costo e le caratteristiche,   poi: Il numero di spazi colori visualizzati, la grandezza e la facilità d’uso, gli accessori….. Ma l’accuratezza è altresi importante, e quindi ricomincia la confusione.

Più importante della risoluzione…

Uno Spettrofotometro misura lo spettro di un colore, o meglio lo spettro di riflessione del campione misurato nel range del visibile. L’accuratezza dipende quindi dal sensore spettrale. Ma questa è solo metà della storia. L’illuminazione, la geometria (ad  esempio, la simmetria e il rapporto fra le parti non riflettenti nella sfera di Ulbricht) e le parti ottiche, hanno tutti un importante peso per ottenere valori assoluti accurati e un ottimo accordo inter-strumentale,. Tuttavia la qualità di queste parti è difficile da dimostrare e non può essere semplicemente esaustiva nella scheda tecnica di presentazione. Al contrario, le prestazioni del sensore possono essere facilmente descritte in cifre. La risoluzione spettrale, in particolare, è spesso evidenziata come qualità essenziale. Ma questo non è del tutto corretto: certo per strumenti identici che montano dei sensori con risoluzioni migliori, questo permetterebbe di ottenere una migliore accuratezza, ma nessuna industria offre lo stesso strumento con sensori diversi, così la giusta comparazione deve essere fatta per ciascuno strumento nel suo insieme. 

...è l’accuratezza della misura

Lo spettro di riflessione di un campione è definito come la percentuale della radiazione riflessa alle varie lunghezze d’onda. L’accuratezza con la quale questa curva spettrale viene determinata è lo specchio dell’accuratezza della misura. Ogni punto sulla curva ha due coordinate: lunghezza d’onda in nm (nano metri) e la percentuale di riflessione (fig. 1). E’ importante che entrambe le coordinate siano misurate con la massima precisione, ripetibilità e accuratezza. La risoluzione spettrale ( Il numero di punti misurabili) è meno importante dell’accuratezza che questi punti determinano. Qual’è il valore di alta risoluzione se la lunghezza d’onda si sposta fra una misura e l’altra o se i valori della riflessione fluttuano di decimi di percentuale del range di misura? Solo se questi parametri sono determinati con elevata accuratezza la risoluzione può diventare importante. Ma la risoluzione dipende anche dalla inclinazione della curva. Un valore di 10 nm è completamente sufficiente per la misura di riflessione di un oggetto colorato, anche 20 nm sono sufficienti, ma se dovessimo catturare spettri con curve molto pendenti, come ad esempio gli spettri di radiazione emessi dalle lampade fluorescenti, allora dovremmo usare risoluzioni di 0,x nm per catturarli con precisione, ma fortunatamente per campioni che riflettono il colore non esistono spettri così stretti.

La banda passante a metà altezza del monocromatore è corretta?

Il monocromatore raccoglie la luce riflessa dal campione e la divide nelle sue componenti spettrali collimandoli sul sensore che li converte in segnali elettrici. Così il monocromatore è responsabile della risoluzione spettrale, mentre il sensore determina l’accuratezza del segnale misurato. Il numero di sensori posizionati a valle del monocromatore determina la risoluzione spettrale come specificato nella brochure. Ma il monocromatore raggiunge veramente questa risoluzione? Questo può essere determinato dalla banda passante a metà altezza che specifica i passi con la quale la lunghezza d’onda viene divisa dal monocromatore. Dovrebbe avere lo stesso ordine di importanza la risoluzione del sensore.  Una risoluzione di 3 nm è poco usata se il monocromatore può controllare solo passi di 10nm; sarebbe come montare un motore di Formula 1 su una macchina commerciale.

Il fruscio sulla cima di un albero…

...potrebbe avere un effetto calmante sulla vostra anima. Mentre il segnale di rumore del sensore irriterebbe sicuramente i vostri nervi. Questo fenomeno è conosciuto nel settore fotografico:  aumentando il numero di pixel senza modificare la grandezza del sensore, aumenterà certamente la risoluzione, ma la grandezza di ogni singolo elemento del CCD inevitabilmente diminuirà. La minor area dei singoli sensori determinerà una minor capacità di raccogliere il segnale della luce, facendo aumentare così il segnale di rumore. In casi di bassa riflettenza, come ad esempio i materiali neri, questo rumore può influenzare negativamente sia i valori misurati sia una buona ripetibilità. ( nel caso fotografico, aree che dovrebbero essere nere, sono visualizzate colorate). A volte conviene collegare più elementi con altri. In questo caso la risoluzione che ipotizziamo 2nm risulterà in misura di 10nm, il vantaggio iniziale di un’alta risoluzione si autolimita da solo!

Altri Parametri...

...in pratica spesso abbiamo molta più influenza sull’accuratezza e la ripetibilità. Quando usiamo uno strumento tecnologicamente avanzato ed innovativo, l’accuratezza della misura dipende spesso dal colore e dalla superficie del campione, o dalla grandezza o curvatura della superficie, piuttosto che dalla risoluzione. Questo perchè la qualità non può essere espressa in semplici cifre. La vera qualità di uno spettrofotometro è messa in luce solo misurando praticamente un campione reale.