在20世紀(jì)70年代光澤度儀（光澤計）開始流行。德國設(shè)備制造商開始大規(guī)模生產(chǎn)光澤計和標(biāo)準(zhǔn)板并以合理的價格銷售，這些光澤計和標(biāo)準(zhǔn)板適用于生產(chǎn)線使用。這些儀器是基于那個時代造紙工業(yè)使用的實驗室儀器。由于技術(shù)革新和更嚴格的審美需求，光澤單位（GU）的偏差顯著降低。一些儀器制造商聲稱他們的光澤計能精確至0.1GU，而應(yīng)用規(guī)范往往指出1GU的范圍是驗收標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)實嗎？為了回答這個問題，我們先了解一下國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO和ASTM）中光澤度的定義，以及參考實驗室的測量情況。

光澤定義

要定義一個光澤單位，我們需定義一些參考點。這些標(biāo)準(zhǔn)中定義的光澤參考點是0GU和100GU參考標(biāo)準(zhǔn)。0GU參考標(biāo)準(zhǔn)是完全無光表面，反射為零。100GU的參照標(biāo)準(zhǔn)是基于黑色或石英玻璃。折射率是當(dāng)光以特定波長從一種介質(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)產(chǎn)生的角度變化，用于計算表面的反射率。通過使用菲涅耳方程可完成計算。這看起來似乎相當(dāng)不錯，但在定義所使用的波長時存在著缺陷。ASTM和ISO用來定義100GU的參考標(biāo)準(zhǔn)時所使用的光譜線的波長不同。ISO采用d線（氦），而ASTM指的是D1-線（鈉）。這實際上有1.7納米的差異，但在標(biāo)準(zhǔn)化方面是一個重要的偏差，可能會導(dǎo)致意想不到的結(jié)果。

在一般情況下僅使用兩個參考點，這對于標(biāo)準(zhǔn)來說是非常薄弱的基礎(chǔ)。此外，這兩個點之間的線性關(guān)系只是基于假設(shè)。沒有方法來驗證這種假設(shè)的線性關(guān)系，因為還沒有被定義更多的參考點，因此是不可用的。

表面粗糙度

人們還發(fā)現(xiàn)了第二個沒有規(guī)定的參數(shù)。校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)板的表面粗糙度不是菲涅爾公式的一部分，在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中也沒有考慮粗糙度。有些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了平整度，測量光澤度的置信水平是多少？

但是粗糙度最多規(guī)定為“高度拋光”（這個高有多高呢？）。然而表面粗糙度確實影響表面的反射。儀器制造商用光澤校準(zhǔn)板來證實在整個光澤度范圍內(nèi)用相同材料制備的產(chǎn)品的線性關(guān)系，但是表面的精加工情況各有不同，如粗糙度和紋理。

嚴格地說，按照菲涅耳公式和標(biāo)準(zhǔn)的定義，這些校準(zhǔn)板應(yīng)該具有相同的光澤值。然而，當(dāng)由參考實驗室（NIST或BAM）測量時，他們會給出不同值。于是問題出現(xiàn)了，“難道表面粗糙度會影響光澤值？”答案是明確的：是的，確實是，并且影響顯著。

表1給出了幾個全球標(biāo)準(zhǔn)中使用的主要參數(shù)。由于這種差異造成的光澤值的差異最多可高達幾個光澤單位。

圖1給出了光澤度和粗糙度之間的關(guān)系。表面越粗糙，光澤度越低。該圖是光澤度與Ra值（表面粗糙度的算術(shù)平均值）的關(guān)系圖。所有數(shù)據(jù)都是從具有相同的折射率、用相同材料制成的黑玻璃板上得到的。

缺乏統(tǒng)一性

表面粗糙度和譜線波長這兩個問題是光澤度標(biāo)準(zhǔn)板統(tǒng)一的兩個系統(tǒng)性問題，這使得其操作時不可能同時符合多個標(biāo)準(zhǔn)。光澤計的幾何形狀和設(shè)計，通常適合于可在多個標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)運行。然而當(dāng)按目前定義的標(biāo)準(zhǔn)板進行光澤計的校準(zhǔn)時可能會產(chǎn)生問題，如表1所示。即使NIST和BAM著兩個主要的參考實驗室，彼此也不一致。NIST參照ASTM標(biāo)準(zhǔn)，而BAM參照ISO標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)之間缺乏統(tǒng)一性的原因很難解釋。文獻研究并沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)光澤/反射與表面粗糙度關(guān)系的任何重要研究。對涂層進行了一些研究，但是通常限于霧影、鮮映性和桔皮——所有重要參數(shù)，但都沒有經(jīng)定義的參考標(biāo)準(zhǔn)值。說的委婉一些，光澤度標(biāo)準(zhǔn)至少值得商榷。

針對光與表面粗糙度的關(guān)系，進行了一些科學(xué)研究，如貝克曼-基爾霍夫散射理論。但沒有統(tǒng)一的理論能夠與菲涅爾公式聯(lián)系起來。科學(xué)地研究兩種理論是否可以結(jié)合起來創(chuàng)造出一種有關(guān)光澤度校準(zhǔn)板的最終明確定義，以便測定統(tǒng)一的ISO和ASTM的絕對值。

除了光澤度標(biāo)準(zhǔn)板定義上的不確定性，還存在其它問題。每個人都想要他們的方法具有可追溯性這一點存在著嚴重危險。所有經(jīng)過認可的實驗室都需要將他們的標(biāo)準(zhǔn)板定期送去進行校準(zhǔn)，需要追溯至參考標(biāo)準(zhǔn)。參考標(biāo)準(zhǔn)肯定應(yīng)該比校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)板具有更高的確定性。這將意味著使用的參考標(biāo)準(zhǔn)板需要每年定期進行檢查。

許多按照ISO17025認可的校準(zhǔn)實驗室都能校準(zhǔn)用戶標(biāo)準(zhǔn)板，這些標(biāo)準(zhǔn)板與各市售的光澤計一起提供，用另外的市售光澤計進行核查。這種光澤計本身是用BAM認證的標(biāo)準(zhǔn)板校準(zhǔn)。在相關(guān)的100GU的范圍內(nèi)，BAM的不確定度高達±1GU。由于這一點，加上用于核查的市售光澤計的再現(xiàn)性和準(zhǔn)確度，很容易造成高達幾個光澤單位的誤差。

BAM和NIST的主要參考標(biāo)準(zhǔn)板應(yīng)根據(jù)其折射率進行檢查。在過去15年中，從未有過這兩個主要實驗室之間的交叉檢查。許多有關(guān)光澤度參考標(biāo)準(zhǔn)板方面的關(guān)系不太清楚，需要進一步理清楚，如粗糙度和光澤度之間的關(guān)系、譜線波長和校準(zhǔn)線之間假定的線性關(guān)系。

目前的情況是ISO重新修訂ISO2813光澤度標(biāo)準(zhǔn)的動機之一。為了將標(biāo)準(zhǔn)正式提升為下一層次的工作文件，ISO需要進行循環(huán)試驗或?qū)嶒炇议g研究（ILS）。在這項研究中選擇一些領(lǐng)先品牌的市售光澤計。研究證明，實驗室間研究（ILS）中所使用的儀器數(shù)據(jù)表中指出的重復(fù)性和再現(xiàn)性數(shù)值不太現(xiàn)實。此外這些重復(fù)性和再現(xiàn)性數(shù)值所基于的數(shù)據(jù)隨著時間的推移都丟失了。基于標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)試驗的測試結(jié)果，ISO已經(jīng)決定在ISO2813即將推出的版本中說明這些新的重復(fù)性（r）和再現(xiàn)性（R）水平，該水平是目前高端專業(yè)光澤計的可行性水平（表2）。

結(jié)論

ISO進行了更新ISO2813標(biāo)準(zhǔn)的第一步，但這只解決了問題的一部分。主要的問題是使用基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)板。所有的數(shù)據(jù)都是從目前僅有的一種參考標(biāo)準(zhǔn)、沒有證據(jù)證明石英玻璃的假設(shè)線性關(guān)系。理想的情況是開發(fā)和定義一系列可靠的參考材料，在一系列范圍內(nèi)而不是僅僅一兩個點來證明光澤度參考值。一系列的參考文獻也將證明或反駁校準(zhǔn)線的假設(shè)線性關(guān)系。似乎需要進行深入的科學(xué)研究來定義粗糙度和波長的影響，以便開發(fā)出一種基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)使ISO和ASTM保持一致，并且不會留下任何問題。理想的情況是這些基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的精度水平至少是目前市售光澤計的十倍以上。

對行業(yè)來說，在全球范圍內(nèi)對光澤度定義的科學(xué)研究將會很有意義的。對所有有關(guān)光澤度的規(guī)范應(yīng)檢查其可行性和正確性。雖然光澤度是很多行業(yè)在質(zhì)量控制方面公認接受的外觀標(biāo)準(zhǔn)，對光澤度標(biāo)準(zhǔn)的最新披露要求我們重新思考獲得準(zhǔn)確結(jié)果的方法。