Tämän tutkielman valmistuminen on ollut pitkä prosessi, jonka aikana olen saanut kannustusta ja tukea hyvin monelta ihmiseltä. Kiitokset kaikille.

Erityisesti haluan kiittää professori Timo Jääskeläistä mielenkiintoisesta aiheesta, työni ohjaamisesta sekä arvokkaista neuvoista. Myös Joensuun yliopiston Fysiikan laitoksen henkilökunnan tuki on ollut tärkeää.

Kiitokset webbilinkkivinkeistä, mielenkiintoisista keskustelutuokioista ja kovasta vastuksesta sulkapallokentällä menevät Janne Simoselle, jonka innovatiiviset artikkelivinkit piristivät tutkielmani sisältöä.

Haluan kiittää myös VTT:n Valmistustekniikan osastolla työskentelevää tutkija Jorma Pitkästä ja Geologian tutkimuskeskuksessa työskentelevää geologi Reijo Alviolaa tutkimusmateriaalin ja tarvittavien lähteiden lainaamisesta tutkielmaani varten.

Vanhemmilleni kiitokset kallisarvoisesta tuesta niin hyvinä, kuin huononakin aikoina. Siskolleni Jaanalle kiitokset kärsivällisyydestä ja erilaisista vinkeistä viettäessäni aikaa Helsingissä. Sekä tietenkin kiitokset kummitytölleni Sirille, joka jaksaa hymyillä aina vaan.

Tiivistelmä

Mutanen Jarkko, Fluoresoivat värit, sivuja 122, joulukuu, 1999
Joensuun yliopisto
Fysiikan laitos
Fysiikan pääainekoulutus

Työn ohjaaja. prof. Timo Jääskeläinen

Tutkielmassani käsitellään fluoresoivia värejä. Aluksi tarkastellaan fluoresenssia ja siihen liittyviä käsitteitä. Tämän jälkeen jatketaan radiometrian ja fotometrian suureiden, fluoresoivien värien mittauksessa käytettävien värikoordinaatistojen ja mittalaitteiden esittelyllä. Näillä pohjustetaan lukuja, joissa analysoidaan fluoresoivien värien mittausmenetelmiä ja niihin liittyviä virheitä sekä käydään läpi fluoresoivien värien standardeja ja niiden määritystä. Viimeisissä luvuissa käydään läpi fluoresoivien värien sovelluksia luonnossa (esimerkiksi fluoresoivat mineraalit, vihreä fluoresoiva proteiini ja fluoresoivat skorpionit) ja fluoresoivien värien sovelluksia teollisuudessa (esimerkiksi fluoresoivat värit metalliteollisuu-dessa, paperiteollisuudessa ja tiedontallennuksessa). Mittaustuloksia esitellään fluoresoiville mineraaleille, vihreälle fluoresoivalle proteiinille, skorpionin fluoresenssille, tunkeumanestetarkastukselle, paperin fluoresenssimittauksille sekä analysoidaan muutamia muita mittaustuloksia.

Sisällysluettelo

1. Johdanto 1
2. Fluoresenssi ja luminesenssi 2
   1. Jablonskindiagrammi 3
   2. Stokes-siirtymä 4
   3. Fluoresenssin emissiospektrin peilikuvailmiö 5
3. Radiometria ja fotometria 8
   1. Foto- ja radiometrian suureista 9
      1. Säteilyteho ja valovirta 10
      2. Säteilyenergia ja valoenergia 11
      3. Säteilyintensiteetti ja valovoima 11
      4. Säteilyn tehotiheys ja valaistusvoimakkuus 12
      5. Radianssi ja luminanssi 12
4. Fluoresoivien värien värikoordinaatit ja valaisulähteet 14
   1. CIE:n tristimulusarvot ja xy-värikoordinaatit 14
   2. CIELAB värikoordinaatisto 17
   3. CIE:n standardivalonlähteet 20
5. Fluoresoivien värien mittalaitteet 21
   1. Kahta monokromaattoria käyttävät mittalaitteet 21
   2. Fluorometrit 21
   3. D65-valonlähdettä käyttävät tavalliset spektrofotometrit 22
   4. Tristimulussuodinta käyttävät värimittarit 23
   5. Fluoresoivien värien mittaukseen vaikuttavia tekijöitä 23
      1. Mittausgeometriat 23
      2. Valaisulähteen vaikutus mittauksiin 25
      3. Mittauslaitteiden lamput ja niiden kestävyys 27
   6. LS 50B Fluorometri 28
      1. Fluorometrin optinen järjestelmä 28
      2. Elektroninen järjestelmä ja signaalin käsittely 30
      3. Fluorometrin mittaustilat 31
6. Fluoresoivien värien mittausmenetelmät ja niihin liittyvät virheet 33
   1. Fluoresoivien materiaalien radiometriaa 33
   2. Tristimulusvärimittareiden värimittausongelmista 36
   3. Luminesoivien materiaalien spektrometrisistä mittauksista 38
      1. Yhden monokromaattorin käyttöön perustuva menetelmä 39
      2. Kahden monokromaattorin käyttöön perustuva menetelmä 41
   4. Fluoresoivien värien mittaus pallogeometriaa apuna käyttäen 45
      1. Yhden monokromaattorin käyttöön perustuva menetelmä 45
      2. Kahden monokromaattorin käyttöön perustuva menetelmä 49
7. Fluoresoivien värien standardit ja metrologia 51
   1. Radianssikertoimen teoriaa 51
   2. ASTM-standardit fluoresenssimittauksissa 53
      1. Fluoresenssin määrityksessä käytettävä standardi 53
      2. Spektrisen kokonaisradianssikertoimen mittaaminen 54
   3. Kertoimien b_T ja b_S metrologiaa 54
      1. Heijastusradianssin b _S määritys 54
      2. Kokonaisradianssikertoimen b _T virheenkorjaus 56
   4. Fluoresoivien värien värirajojen määrittelyt 58
      1. Viestintään käytettävien fluoresoivien värien filosofiaa 58
      2. CIE-spesifikaatti 58
      3. Yhdysvaltojen kansallinen standardi 60
      4. Eurooppalaiset spesifikaatit 60
      5. Ehdotelmia ASTM-spesifikaateiksi 61
      6. Artikkelihahmotelmia fluoresoivien värien käytöstä 62
      7. Havaittavuustaulukot 62
   5. RELEX 64
8. Fluoresoivat värit luonnossa 71
   1. Fluoresoivat timantit 71
      1. Tavernier-timantin aleksandriitti-ilmiö 71
      2. Tavernier-timantin värimittauksista 72
   2. Fluoresoivat mineraalit 77
      1. Fluoresoivien mineraalien teoriaa 77
      2. Fluoresoivien mineraalien värimittauksista 80
   3. Vihreä fluoresoiva proteiini-GFP 84
      1. Fluoresoivien proteiinien sovelluksia 85
      2. Vihreän fluoresoivan proteiinin fluoresenssimittauksia 86
   4. Fluoresoivat skorpionit 90
   5. Fluoresoivat merieliöt91
9. Fluoresoivien värien sovellukset teollisuudessa 95
   1. 9.1 Tunkeumanestetarkastus 95
      1. Tunkeumanestetarkastuksen periaate 95
      2. Erityyppiset tunkeumanesteet 98
      3. Kehitteet tunkeumanestetarkastuksessa 99
   2. Magneettijauhetarkastus 103
      1. Magneettijauhetarkastuksen suoritus 104
      2. Väriainemenetelmän ja fluoresoivan menetelmän vertailua 107
   3. Fluoresoivat värit paperiteollisuudessa 108
      1. Paperin mittauksen historiaa 109
      2. CIE-valkoisuus 110
      3. Paperin fluoresenssimittauksia 111
   4. Fluoresoivat värit liikennemerkeissä 113
   5. Fluoresoivat värit turvamerkinnöissä 116
      1. Fluoresoivien turvamerkintöjen kestävyysvaatimukset 116
      2. Klassiset luminesoivat pigmentit 117
   6. Fluoresoivat värit tiedontallenuksessa 118
10. Yhteenveto 121
11. Kirjallisuusluettelo
    
12. Liitteet:
    1. Liite 1. Kuvia fluoresoivista mineraaleista
    2. Liite 2. Kuvia fluoresoivista merieliöistä
    3. Liite 3. Luminesoivat pigmentit turvamerkinnöissä