一、积分球的定义：
光度测量用的中空球体。在球的内表面涂有无波长选择性的( 均匀)漫反射性的白涂料。在球
内任一方向上的照度均相等。积分球的主要功能是光收集器，被收集的光可以用作漫反射光源或者
被被测光源
二、积分球的主要组成
入射光孔：光入射到积分球内部的通道 探测器：探测球体表面的辐射照度 光源：为积分球提供光源
遮挡屏：防止入射光直接照射到探测器上 涂层：增加球内表面的反射比
三、理想积分球的条件：
①积分球的内表面为一完整的几何球面，半径处处相等
②球内壁是中性均匀漫射面，对各种波长的入射光线具有相同的漫反射比 ③球内没有任何物体，光源也看作只发光而没有实物的抽象光源
四、积分球原理：
设光源S 直接在球内任一点建立的照度E A ，在积分球内部表面的任意面元可以视为朗伯漫反射体，有ρ的照度被反射，而剩下1-ρ的照度被吸收，故在M 处的照度为E MA 处dS 发生第一次漫射
出度为： A E M ρ=
故由朗伯定律的特性知dS 面的光亮度为：πρ/A M E L =
因为
dA d E Φ=
，θcos ΩΦ=dAd d L ，所以θcos Ω=Ld E ，而且θcos 2l dS
d =Ω
因此A 处dS 发生漫射在M 处产生的二次照度为:
22222
2224)2/()(cos )(cos r LdS r AM AM LdS dS AM L dE l dS d =
⋅===Ωθθ
上式代入得 ：
dS r E dE A
⋅=
224πρ
整个球面发生一次漫射在M 处建立的二次照度为：222244r dS E r dE dE A
wifi怎么读πρπρΦ
==
=⎰⎰
类似分析为：二次漫射光线在M 处建立的三次照度为： 同理：
则M 点的总照度E M 为: 故用小挡屏挡住S 直接射向M 点的光线时，则E1=0
五、实际使用中需考虑的问题
1.球内的遮挡屏与物
球内有遮挡屏和物（如光源等）会使积分球实际工作状况偏离理想积分球。增大球的尺寸，可以
相对地减少遮蔽屏和物的影响。遮蔽屏应当涂上和积分球表面相同的材料。如果球内有吸光表面，例如灯泡泡壳，则应当满足
积分球涂层的吸收比吸收表面的吸收比
有吸收物体的表面积分球内表面积＞
2.涂层
涂层的光谱反射比值对积分球出射光的光谱特性有很大影响，光谱辐照度应写成 七氟丙烷
)(1)
(R 4＝
mapgisk9λ)(2λρλρπλ-(Φ∑）E
λ)(∑E 对反射比)(λρ的变化率)()()(11E E λρλρλρλλ∂-=
∂∑∑）（）（，若设98.0)(=λρ，照度的相对变化率
约为放射比相对变化率的50倍。既涂层材料光谱反射比的少量变化，会引起出射辐照度相当大的变化。为此，应当选用光谱放射比近似平坦且朗伯漫反射特性好的材料作为涂层。常用的有硫酸钡，氧化镁、海伦（聚四氟乙烯）等，其光谱放射特性在可见光和近似红外相当平坦，漫反射特性在小于60°以内很好，反射比高达0.98以上。
积分球和探测器与光源仪器工作时，应当作为一个整体考虑其光谱特性。
要求高的涂层放射比主要是为了增加出射窗处的辐照度值，因为积分球出射窗处的辐照度值和求半径的平方成正比，球较大时，辐照度值将相当低。
当出射窗的辐照度要求不强，而要求辐照度的时间稳定性好时，可以用反射比较低的涂层。这是涂层反射比的变化，球内脏物对辐照度值影响就小。
当积分球工作在中远红外谱段时，由于硫酸钡等在波长大于2.5µm 时，反射比下降很快，因此用作涂层材料性能较差。硫是一种较理想的红外漫反射材料，在3~12µm 的平均反射比高达0.94，知识在11.8µm 处有一吸收峰，其朗伯漫反射特性和硫酸钡近似相等。
2
2
323322/44E dE E ds r E dE ds E r
ρρπρπ=→==
=⎰
⎰235432E E E E
ρρρ===212312
(1)
M E E E E E E ρρ=+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅=++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅1211
2
1114M E E E E E E r ρ
ρφρρπ→=+=+⋅=+--2
2
弗洛伊德1414M E E r E r ρρρφρφπρπρ-→==⋅→=-2432
E E E
ρρ==
3.出射窗口
出射窗口应当用无选择特性的透明材料。窗的位置离开球表面会使部分积分球面积的光不能进入出射窗。因为实际积分球的工作特性并非理想，出射窗口处的辐照度也不是完全均匀，因此，出射窗口的尺寸和积分球应当有一定的比例。经验表明，如果要保证出射窗辐照度均匀性在1％左右，则出射窗的直径最好不大于球直径的1/10。
六、积分球的应用
6.1积分球在分光光度计的应用
6.1.1分光光度计的定义
分光光度计的定义为：利用单仪或特殊光源提供的特定波长的单光通过标样和被分析样品，比较两者的光强度来分析物质成分的光谱仪器 6.1.2分光光度计使用的光源要求
（1)光源要能发射待测元素的共振线，而且强度要足够大。
(2)光源发射的谱线的半宽度要窄(是锐线光)，应小于吸收线的半宽度，以保证测定的灵敏度和蜂值吸收的测量。
(3)辐射光的强度要稳定，而且背景发射要小。
6.1.2积分球在分光光度计中的应用
在分光光度计中，一个是作为检测器用的光电倍增管，另一个是作为附件用的积分球，两者看似没有直接的联系，实际上，积分球的问世和使用正是弥补了光电倍增管在检测多样化样品时的自身缺陷。
光电倍增管英文名称是photomultiplier tube，简称PTM。在目前的一些双光束分光光度计中经常使用光电倍增管作为检测器。由于光电倍增管具有灵敏度高，噪声低及响应速度快的特点，所以被广泛地应用在许多光学仪器中作为检测器。
由于入射光束的强弱变化和检测器灵敏度的变化，故我们在使用分光光度计之前一般均要做基线校正，这是基本使用常识。
以双光束单检测器的仪器测试液体样品为例：在测试前，两个通道的比池内均放置了溶剂调零或做用户基线扫描，注意：这时两个通道的各种误差（包括光强、折射率、光束照射在检测器光阴极上的位置的偏差）均得到了校正，然后再测试未知样品。如果样品的浓度及结构较为简单时，也就是说样品光束与先前作为校正用的溶剂的光束一致或相近时，测试结果是可信的（这也就是许多使用者经常谈到的吸光值在0.7Abs以下最适合的出处所在）；
可是当被测样品的浓度过高或结构较为复杂（例如浑浊样），此时样品光束的形状与溶剂光束的形状相差甚远，所测试的结果的可信度就会大大打折扣的；当样品结构过于复杂时（例如脑积液）几乎无法测试，不但结果不可信同时噪声还会加大。何况现在的分光光度计还不仅仅局限于测试液体样品。
通过空气的光束在检测器光阴极上形成的光斑面积最小，而光强最集中，故检测器输出的信号噪声也最小，这是因为光束没有受到任何样品的散射作用；而透镜类的固体样品所产生的光斑最大且有可能平移，光强较为分散，故会引起检测结果精度的下降及噪声的增大，这是因为光束受到样品的散射作用之故；固体样品的厚度越大，这种散射越严重。
结论：即使仪器的条件全部一致（光源、单器、波长等），但由于样品的不一致，则作用在光电倍增管光电面上的光束的位置、面积、光压强也不一致。
当今的分光光度计，不仅仅测试液体样品的透过率（或吸光度），而是还要测试固体样品的透射率，
甚至固体表面的漫反射率。因此传统的测光方式已经远远不能满足现代分析的需要了。对于浑浊的液体样品或某些固体样品的测试，则需要使用一种特殊的附件，那就是积分球检测器。 积分球的主要功能是光收集器，被收集的光可以用作漫反射光源或者被被测光。这种积分球检测器的优点是克服了传统的单一使用光电倍增管作为检测器所产生的弊病，对于不同的样品光束的形状则无需再加考虑了，使光电倍增管的光电面接受的光束形状和位置几乎一致，最终使测试精度得以提高了。
6.2积分球测量光通量
6.2.1积分球测量光通量原理
中国电镀网测量光通量常用的方法就是利用积分球。将光通量标准等与待测等比较而得到待测灯的光通量。积分球的照度由下式表示（K 成为积分球常数）
Φ
=-Φ=
K R E ρρ
π142
在测得了球壁处的出射窗口的照度E 后，就可以得到光通量Φ。
6.2.2实际操作
在实际测量时，由于需要在积分球内安置待测光源，切为了不让光线直射探测器，必须加设遮
挡屏，起到对光线吸收和阻挡作用，故
Φ
=-Φ=
K R E ρρ
π142只能近似成立。挡屛和光源尺寸越大，
引起的误差也越大。选择直径较大的积分球可是光源和遮挡屏的尺寸影响相对减小，从而减小吸收
误差和遮挡屏误差。一般积分球直径至少应去灯最大尺寸的6~10倍。
6.2.3代替法测量光通量
要减少光源及遮挡屏英气的光通量测量误差可以选用代替法测量光通量。这种方法需要一只光通量标准灯，已知其光通量为
s Φ，测量时，先将标准灯放在积分球中心L 处，通电后在测量窗测得照
度
ρρ
π-ΦE =
142
R s s 用待测灯替换标准灯，并测量照度c E ，比较两式可得s s c c E E Φ=Φ
测量方法要求标准灯与待测灯有类似的外形尺寸，否则由于两个光源外形对光线的吸收作用不同仍
然会引起误差。
6.2.4辅助灯代替法测量光通量
当标准灯与待灯的外形尺寸相差较大时，可以采用辅助灯代替法测量光通量。
C S S C S
S K K E E Φ=Φ引入辅助灯求出C S
K K 。
在积分球中放一盏辅助灯，将待测灯放入积分球，点燃辅助灯，而待测灯不工作，测得照度
V C VC K E Φ= 移出待测灯换入标准灯（也不工作）点燃辅助灯在测量照度
V S VS K E Φ=
由此可得C S VC
VS K K E E = 从而推到得到VC VS S C S C E E
E E Φ=Φ
用代替法测量光通量时，还应估计待测灯和标准灯光谱辐射特性差异对测量的影响，设标准灯的光谱通量为
)(λS Φ，待测)(λC Φ灯的为，则其光通量之比为
⎰⎰ΦΦ=
ΦΦλ
λ
λ
λλλd V d V S C
S C
)()(
在积分出口处的亮度之比为
()()[]}{()()[]
}{λλλρλρλλλλρλρλλ
λd V d V E E L L S
C
S
C S C ⎰⎰-Φ-Φ)(1/)()(1/)([]{}[]{}λλλρλρλλλρλρλλλλλ
λ
λλd V d V d V d V S
C
C
S
S
C
)()(1/)()()(1/)()()(-Φ-ΦΦΦΦΦ
=⎰⎰⎰⎰
在光度导轨上由两个光源在积分球出口处产生的亮度比来确定其光通量比值时，只有满足下列条件之一的才不会产生测量误差：
（1）两光源有相同的光谱能量分布
（2）在可见普段内，积分涂层具有中性的光谱反射特性，这时)(λρ等于常数。硫酸钡、海伦等涂料满足这个条件。
6.3积分球在度计上的应用
6.3.1度计测量原理
颜测量仪器主要是通过一定途径求得三刺激值的工具。
分光测仪器：分光测仪器是过测量物体的光谱反射或光谱透射特性，即测量物体的光谱福亮度因数货光谱透射比。
6.3.2度计分基本类
光电度计：通过光电探测系统直接给出样品的三刺激值。
测分光光度计：这类仪器不是直接测量颜的三刺激值，而是测量物体的光谱反射率或光谱透射特性，再用前述的CIE 推荐的标准照明体和标准度观察者的光谱三刺激值，利用公式计算求得被测颜的三刺激值。
6.3.2积分球在度计上的应用
积分球主要是构成分光测系统的光度计量部分，光度计量部分使从单器射出的单光正确的照射到样品上，然后用光电探测元件接收光能，测定样品的透射比或反射比。
特点： 方便 现场使用 准确度不高
无因管理常用于比较两种颜
X
Y Z 透射样平衡用光
反射样品 Y 光
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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