در ادامه این مطالب را می بینید :
روش علمی و آزمایشگاهی اندازه گیری سفیدی پودرها
سفیدی پودرها یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های فیزیکی در صنایع مختلف مانند کاغذسازی، رنگسازی، تولید پلاستیک، سرامیک و صنایع معدنی است. اندازه‌گیری دقیق سفیدی به کنترل کیفیت محصول کمک کرده و استانداردسازی تولید را تسهیل می‌کند.
برای اندازه‌گیری سفیدی پودر به صورت علمی و آزمایشگاهی، معمولاً از دستگاه‌های نوری پیشرفته استفاده می‌شود که میزان بازتاب نور از سطح نمونه را در طیف‌های مشخص اندازه می‌گیرند.
روش‌های مختلفی وجود دارد، اما اصول کلی کار تقریباً مشابه است و در بیشتر موارد مطابق با استانداردهای بین‌المللی مانند ISO 2470 یا DIN 53145 انجام می‌شود.
مراحل اندازه گیری سفیدی پودر:
- آماده‌سازی نمونه: ابتدا پودر موردنظر باید خشک، یکنواخت و بدون ناخالصی باشد. گاهی لازم است پودر با الک مخصوص، دانه‌بندی یکنواخت شود.
- فشرده‌سازی یا قالب‌گیری: برخی روش‌ها نیاز به قالب‌گیری دارند، یعنی پودر را با فشار مناسب به صورت قرص یا سطح صاف تبدیل می‌کنند تا نور به طور یکنواخت بازتاب پیدا کند.
- تنظیم دستگاه: دستگاه باید قبل از استفاده با صفحه مرجع سفید (کالیبراسیون) تنظیم شود تا مقایسه دقیق بین نمونه‌ها ممکن باشد.
- اندازه‌گیری: نمونه در محفظه مخصوص قرار می‌گیرد و دستگاه میزان بازتاب نور را در چند طول موج اندازه‌گیری کرده و درصد سفیدی (یا شاخص سفیدی) را نمایش می‌دهد.
- تجزیه و تحلیل نتایج: نتایج به صورت عددی یا گرافیکی ارائه شده و معمولاً میانگین چند قرائت به عنوان نتیجه نهایی ثبت می‌شود.
دستگاه‌های مورد نیاز برای اندازه گیری سفیدی پودر:
- اسپکتروفتومتر (Spectrophotometer): دقیق‌ترین وسیله برای اندازه‌گیری میزان بازتاب نور در طول موج‌های مختلف. اسپکتروفتومتر می‌تواند مشخص کند چه درصدی از نور سفید بازتاب شده است و شاخص سفیدی را محاسبه نماید.
- دستگاه سفیدی‌سنج (Whiteness Meter): ابزاری تخصصی که فقط برای اندازه‌گیری سفیدی طراحی شده و معمولاً ساده‌تر و سریع‌تر از اسپکتروفتومتر است. انواع دستی و رومیزی این دستگاه موجود است.
- الک‌های آزمایشگاهی: برای یکنواخت‌سازی اندازه ذرات پودر پیش از آزمایش ضروری هستند.
- پرس یا قالب فشرده‌سازی: برای تهیه نمونه‌هایی با سطح صاف و بدون تخلخل که بازتاب نور دقیقی داشته باشند استفاده می‌شود.
- صفحه مرجع سفید استاندارد: برای کالیبراسیون دستگاه و اطمینان از صحت نتایج کاربرد دارد.
نحوه ارائه نتایج اندازه گیری سفیدی
نتایج سفیدی‌سنجی معمولاً به صورت عددی در قالب درصد یا شاخص سفیدی ارائه می‌شود. این نتایج نشان می‌دهد که نمونه مورد آزمایش چه میزان از نور سفید را بازتاب می‌کند.
بسته به دستگاه و استاندارد اندازه‌گیری، خروجی نتایج می‌تواند در قالب‌های مختلفی باشد:
شاخص سفیدی ISO (ISO Brightness):
- طبق استاندارد ISO 2470، میزان بازتاب نور در طول موج 457 نانومتر اندازه‌گیری می‌شود.
- نتیجه به صورت درصد بیان می‌شود. مثال 92٪ طبق ISO 2470
شاخص سفیدی CIE (CIE Whiteness Index):
- براساس سیستم رنگی CIE Lab، سفیدی از روی مقادیر رنگی محاسبه می‌شود (مخصوصاً محورهای L*, a*, b*).
- فرمول خاصی برای محاسبه دارد و نتیجه می‌تواند عددی بالای 100 هم باشد. مثال CIE Whiteness 108
شاخص Y یا بازتابی (Reflectance Y):
- درصد بازتاب نور مرئی از سطح نمونه اندازه‌گیری می‌شود.
- بیشتر در اسپکتروفتومترهای صنعتی گزارش می‌شود. مثال Y Reflectance 88.5%
شاخص سفیدی Hunter (Hunter Whiteness Index):
- یکی از روش‌های قدیمی که با استفاده از مختصات رنگی Hunter Lab محاسبه می‌شود. مثال Hunter Whiteness 85
نکته: هرچه عدد سفیدی بالاتر باشد (نزدیک به 100 یا حتی بیشتر در برخی شاخص‌ها)، پودر سفیدتر و خالص‌تر ارزیابی می‌شود. اگر پودر ناخالصی، رنگ‌پریدگی یا تیرگی داشته باشد، عدد سفیدی پایین‌تر می‌آید.
مقدار سفیدی تقریبی چند پودر رایج:
- کربنات کلسیم (Calcium Carbonate): (سفیدی بسیار بالا، بین 88٪ تا 96٪ ) بسته به نوع معدن (مثل سنگ مرمر خالص یا آهک صنعتی) تغییر می‌کند. کربنات‌های مرغوب مخصوص صنایع رنگ و پلاستیک معمولاً بالای 94٪ هستند.
- سیلیس کریستوبالیت (Cristobalite Silica): (سفیدی خوب، بین 85٪ تا 92٪) کریستوبالیت خالص و فرآوری‌شده مخصوص صنایع لعاب یا رنگسازی سفیدی بالاتری دارد، اما سیلیس‌های صنعتی کمی خاکستری‌تر هستند.
- دی‌اکسید تیتانیوم (Titanium Dioxide – TiO₂): (یکی از سفیدترین مواد معدنی شناخته‌شده با سفیدی بیش از 96٪ تا 99٪) بسته به نوع (روتیل یا آناتاز) و فرآوری سطحی، این مقدار کمی تغییر می‌کند. تیتانیوم خالص برای صنایع رنگ و مستربچ معمولاً بیش از 98٪ سفیدی دارد.
- بنتونیت (Bentonite): (سفیدی متغیر، بین 60٪ تا 85٪) بنتونیت خالص و سفید که در مصارف آرایشی یا دارویی استفاده می‌شود سفیدی بالاتری دارد، اما بنتونیت‌های صنعتی معمولاً کمی متمایل به خاکستری یا کرم‌رنگ هستند.
۱۰ پودر سفید برتر به ترتیب میزان سفیدی:
- دی‌اکسید تیتانیوم (Titanium Dioxide – TiO₂) : سفیدی 96٪ تا 99٪ (سفیدترین پودر صنعتی شناخته شده)
- کربنات کلسیم خالص (Calcium Carbonate): سفیدی 94٪ تا 97٪ (صنایع رنگ و کاغذ با خلوص بالا) لینک خرید
- اکسید روی (Zinc Oxide – ZnO):سفیدی 95٪ تا 98٪ (کاربرد در لوازم آرایشی، لاستیک‌سازی)
- سیلیس کریستوبالیت (Cristobalite Silica):سفیدی 85٪ تا 92٪ (مخصوص صنایع سرامیک و لعاب) لینک خرید
- تالک سفید (White Talc – Magnesium Silicate): سفیدی 85٪ تا 90٪ (آرایشی، سرامیک، کاغذ) لینک خرید
- باریت سفید (White Barite – BaSO₄): سفیدی 85٪ تا 90٪ (در صنایع رنگ و پلاستیک) لینک خرید
- آلومینا خالص (Calcined Alumina – Al₂O₃): سفیدی 88٪ تا 92٪ (کاربرد در صنایع نسوز و سرامیک) لینک خرید
- بنتونیت سفید (White Bentonite – Montmorillonite): سفیدی 80٪ تا 85٪ (صنایع آرایشی و دارویی) لینک خرید
- کائولن سفید (White Kaolin – China Clay): سفیدی 78٪ تا 88٪ (صنایع کاغذ، سرامیک و رنگ) لینک خرید
- دولومیت سفید (White Dolomite – CaMg(CO₃)₂): سفیدی 80٪ تا 85٪ (در صنایع ساختمانی و سرامیکی) لینک خرید
نکته مهم:
- دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) عملاً معیار سنجش اندازه گیری سفیدی در صنعت است.
- خلوص، میزان آهن و سایر ناخالصی‌ها تأثیر زیادی روی عدد نهایی اندازه گیری سفیدی دارند.
- برخی محصولات بسته به فرآوری شیمیایی و فیزیکی (مثل شستشو، کلسینه کردن یا پوشش‌دهی) ممکن است سفیدی بالاتری نسبت به حالت طبیعی خود داشته باشند.
روش سنتی اندازه گیری سفیدی پودرها:
- مقایسه چشمی با نمونه مرجع: مقداری از پودر مورد نظر روی یک سطح سفید تمیز (مثلاً کاشی سفید یا کاغذ سفید) پخش می‌شود. در کنار آن، یک پودر مرجع که سفیدی شناخته‌شده‌ای دارد (مثل گچ خالص، کربنات کلسیم مرغوب یا پودر استاندارد قدیمی) قرار می‌گیرد. با نور طبیعی یا نور مصنوعی مناسب (ترجیحاً نور سرد و یکنواخت)، دو نمونه با چشم غیرمسلح مقایسه می‌شوند.
- استفاده از پشت زمینه تیره: گاهی برای درک بهتر میزان روشنایی، پودرها روی یک زمینه تیره (مثل پارچه سیاه) هم ریخته می‌شوند تا کنتراست بیشتر شود و اختلاف سفیدی بهتر دیده شود.
- مالش و یکنواخت کردن: برای جلوگیری از تاثیر زبری یا تراکم متفاوت ذرات، سطح پودر با یک کارت یا کاردک صاف می‌شود تا انعکاس نور از سطح یکنواخت باشد.
- نور مناسب: نور محیط بسیار مهم است؛ بهترین زمان اندازه گیری سفیدی ، نور روز در محیط باز ولی سایه‌دار است. نور مهتابی سفید هم گاهی استفاده می‌شود.
- قضاوت تجربی: افراد با تجربه، براساس سال‌ها مقایسه‌ی چشمی، حدود اندازه گیری سفیدی پودر را تخمین می‌زنند (مثلاً می‌گویند “این پودر حدود ۹۰٪ سفیدی دارد”).
محدودیت‌های این روش:
- خطای انسانی زیاد: دید چشم انسان به شدت تحت تاثیر نور، خستگی، زمینه رنگی و حتی شرایط روحی قرار می‌گیرد.
- عدم تکرارپذیری دقیق: هر شخص ممکن است قضاوت متفاوتی داشته باشد.
- تأثیر بافت و دانه‌بندی: اگر پودر زبرتر یا ریزتر باشد، نور را متفاوت منعکس می‌کند و ظاهر سفیدی تغییر می‌کند.
- عدم امکان ثبت عددی دقیق: فقط یک تخمین ذهنی ارائه می‌شود.
روش سنتی اندازه گیری سفیدی ، مناسب برای بررسی اولیه و سریع کیفیت است. اما برای کنترل کیفیت دقیق صنعتی، حتماً باید از دستگاه‌های استاندارد (مثل اسپکتروفتومتر یا سفیدی‌سنج) استفاده شود.
نوشته شده در : دانشنامه پارس اور
