检测样品因环境影响导致的物理可测性质改变的方法

摘要

本发明涉及一种检测样品因环境影响导致的物理可测性质改变的方法。根据所述方法：(i)使样品在曝光期间经受环境影响，其中该环境影响以已知依赖于位置的、以模型函数M(x，y)为基础的强度分布I(x，y)(强度模型)作用于样品，(ii)根据样品位置坐标(x，y)和分析辐射波长检测分析辐射因样品导致的透射、反射或散射，由此确定响应函数A(x，y)，该函数根据样品位置坐标(x，y)和波长再现透射、反射或散射的分析辐射的强度，以及(iii)环境影响的已知依赖于位置的强度分布I(x，y)或其基于的模型函数M(x，y)与响应函数A(x，y，λ)之间的相关性通过相关分析确定，该相关性是样品因环境影响导致的物理可测性质改变的量度。

说明书

本发明涉及一种检测样品因环境影响导致的物理可测性质改变的方法。

对于染料，颜料，漆，UV稳定剂和防晒剂的工业生产而言，确定产品的耐光性是至关重要的。产品的耐光性目前通过将该产品暴露于其光谱分布对应于地表太阳光的光谱分布的光中测量。曝光之后，变色借助于参比系统定量化。该方法的缺点是对于许多产品而言有时必需非常长的曝光时间，以便使变色可检测。例如根据相关的DIN标准，曝光时间为1000小时或更多。对于非常耐光的样品，曝光时间为10到50年。针对色标诸如蓝羊毛耐光等级随后制作参比。这种方法的另一个缺点是不得不由人工评估，该评估因此由主观印象决定。

需要特别长曝光时间的样品实例是表面漆，高速公路标志，建筑物的密封材料，电绝缘体，屋瓦和安全玻璃材料。其它样品参考以下用于曝光或老化的标准。

人造日光老化的相关标准：用于塑料的是ISO 4892(1994)，用于漆和涂料的是ISO 11341(1994)，用于装置涂料的是ISO 11507(1997)，用于运输车辆的安全玻璃材料的是ISO 3917(1999)，用于建筑物和构件密封剂的是ISO 11431(2002)，用于织物色牢度试验的标准是ISO 105-B02(1994)，以及用于织物色牢度老化的标准是ISO 105-B04(1994)。

用于直接老化的相关标准是ASTM G7，ISO 877，ISO 2810，ASTMD4141C(黑匣)和ASTM G24(在玻璃下曝光)。

为了减少必需的曝光时间，将产品常暴露于多倍太阳光强度下。然而已发现，使用增加的曝光强度所测量的色牢度常常并不对应于其在自然条件下遭遇的色牢度。换句话说，曝光样品中产生的变色ΔF不仅依赖于强度I和曝光时间Δt的乘积，该乘积称为辐射剂量S，而且明显地依赖于辐射强度I，即ΔF＝f(S，I)。

本发明的目的是提供一种测量方法，使用该方法可以测量即使在较短曝光时间后样品因光导致的变色，而不必需使用不同于自然条件下的辐射曝光强度。

该目的通过一种检测样品因环境影响导致的物理可测性质改变的方法得以实现，在该方法中

(i)使样品经受环境影响达作用时间Δt，该环境影响以已知依赖于位置的、以模型函数M(x，y)为基础的强度分布I(x，y)(强度模型)作用于样品，

(ii)随后检测分析辐射因样品导致的透射、反射或散射，其为样品位置坐标(x，y)和分析辐射波长λ的函数，以便确定响应函数A(x，y，λ)，该函数描述透射、反射或散射的分析辐射的强度，为样品位置坐标(x，y)和波长λ的函数，

(iii)环境影响的已知依赖于位置的强度分布I(x，y)或其基于的模型函数M(x，y)与响应函数A(x，y，λ)之间的相关性通过相关分析确定，该相关性是样品因环境影响导致的物理可测性质改变的量度。

在第一步(i)中，使待研究的基材表面经受环境影响。在本发明范围内，环境影响是作用于样品上的任何外部影响，该影响能够改变样品的物理可测性质。在本发明范围内，环境影响包括作用到基材表面上的光(或更一般性而言是辐射)、机械力、化学品、气体、微生物、放射性辐射、声音(例如超声)和热的影响。例如，环境影响可以由基材表面的辐射曝光或老化所引起，或由化学品施用于基材表面引起。在这种情况下，“化学品”指可以与基材表面或其组分反应的所有物质或物质混合物(例如包括化妆品配制剂)。环境影响也可以包括如上以实例提到的几种外部影响的结合。例如，在光致氧化情况下，光和大气氧共同作用。对于外界老化试验，老化样品通常经受光、化学品(水、酸等)、气体、微生物、热的影响和其它机械影响(风、雨)。

在本发明的范围内，如果基材表面的性质可以通过样品与照射到样品上或样品内的分析辐射的相互作用来记录，则该基材表面的性质是物理可测的。分析辐射可以是任何可以与样品相互作用并被样品透射、反射或散射的辐射。实例是电磁辐射，粒子辐射(中子，放射性α或β射线)或声辐射(例如超声)。

术语“样品”非常广泛地使用，通常包括可以有意经受特定环境影响的对象。例如，样品可以是涂有颜料层的基材，使其经受UV辐射以便研究颜料层的耐光性。为了研究除草剂或杀真菌剂的效力，样品可以是用它们处理并之后航空拍照的田地。如果打算研究表面涂层的抗磨性或耐候性，则样品可以是自然老化或经受喷砂处理的建筑墙。

仅在接近表面的性质改变可以因环境影响引起，并随后检测。然而，样品内部的性质改变也可能因环境影响引起，并随后检测。后者也依赖样品对环境影响的渗透性和使用的分析辐射。例如，辐射可以从表面反射或散射，或完全穿透样品。通过适当的装置，辐射也可以集中在样品内部的平面上，以便检测该平面内的性质改变。

在本发明的一个实施方案中，研究了样品的表面。以下也使用术语“基材表面”表示待研究的样品表面。在这种情况下，该术语不仅包括样品的字面含义的几何表面，而且包括位于该几何表面下更深的、但利用选择的物理方法仍可进行测量的样品层。

本发明的基本特点是，能够改变样品性质的环境影响以特定的强度分布I(x，y)作用在样品上。换句话说，环境影响在样品上或基材表面上的作用是不均匀的，但具有强度模型。该强度模型可以是简单的几何模型，例如条状模型或棋盘模型。然而该强度模型也可以是完全不规则的。

如果作用于样品或基材表面的环境影响是具有特定波长或特定光谱分布的光，则该强度将与以W/cm²测量的辐射强度相等。如果有效的环境影响是机械力作用，例如，它是由于基材表面经受喷砂处理，则环境影响的强度可能与每单位时间和面积的打击基材表面的砂粒数目相等。如果有效的环境影响是化学品或气体作用，则环境影响的强度可能与在基材表面位置的特定物质的浓度相等。如果有效的环境影响是微生物的作用，则环境影响的强度可能与每单位面积微生物数目相等。

通常而言，强度模型是具有特定的基本上恒定强度的区域以及其中环境影响强度接近于零或者等于零的区域，后者即为其中基本上没有作用发生在基材表面上的区域。这些区域方便地形成简单的几何图案。然而，在低强度和高强度区域之间的连续强度轮廓也是可能的。

环境影响的强度模型优选通过使环境影响穿过一个或多个掩模作用于样品或基材表面上而产生，该掩模具有特定依赖于位置的透射函数T(x，y)(透射模型)，以便产生依赖于位置的强度分布I(x，y)，作为样品或基材表面上掩模的图像。这种情况下，作为强度模型I(x，y)基础的模型函数M(x，y)对应于掩模的透射函数T(x，y)。

透射函数T(x，y)描述了对于环境影响的掩模的依赖于位置的渗透性。如果有效的环境影响是光，则掩模可以由例如基本上对光透明并含有印刷图案或基本上不透明的膜组成，其中印刷区域对特定波长或特定波长范围的光具有较低透射。所述膜可以置于样品上以便在曝光过程中在样品上或样品内产生相应的强度模型。如果有效的环境影响是由喷砂在基材表面上引起的机械作用，则掩模可以是有洞的模板，穿过该洞喷砂器可以作用于基材表面，但是模板其它部分覆盖基材表面并防止喷砂作用。如果有效的环境影响是化学品、气体或微生物的作用，则掩模同样可以是有洞的模板。在化学品或微生物的情况下，可以将包含它们的配制剂施用于该模板。基材表面被模板覆盖的区域于是防止该配制剂的作用，而那些在模板洞中的区域与配制剂接触。最后，对于外界老化试验，基材表面被模板覆盖的区域防止所有相应的环境影响(光，化学品，气体，微生物，机械作用)。放射性辐射(α，β射线)也可以作为模型通过使用具有充分屏蔽效应的模板作用于样品。

然而，不使用掩模，也可以将强度模型施加到样品或基材表面上。例如当光作用于样品时，强度分布I(x，y)可作为参比模型在样品上产生。化学品和/或放射性物质也可以不使用模板以模型(它由模型函数描述)施用于基材表面。

当将样品进行耐雨试验时，强度模型可以由使用微喷嘴装置或防雨栅产生。如果环境影响是作用于样品上的热，则强度模型可由加热的金属丝装置产生。该装置或栅通过相应模型函数描述。机械振动图形可由腔共振器内的持续声波产生，无论在那种情况下，均可引起体积振动或表面振动。声吸收栅可用于自然曝露于声音中。

使样品经受环境影响达特定作用时间Δt。该作用时间Δt依赖于环境影响的类型和强度，并且可以持续数秒、数分钟、数小时或数天，例如为1秒到10天。

在第二步(ii)中，将已经经受环境影响的样品进行物理分析。为此，作为样品位置坐标(x，y)的函数，检测分析辐射因样品导致的透射、反射或散射。该分析辐射可以具有离散的波长，例如在CO谱带中的5.8μm波长(对应于1720cm^-1)，或可以覆盖波长范围，例如从400nm到800nm的整个可见光谱范围。分析辐射因样品导致的透射、反射或散射通常依赖于分析辐射的波长。由此获得响应函数A(x，y，λ)，它描述分析辐射的透射、反射或散射的强度，为样品位置坐标(x，y)和波长λ的函数。该响应函数可以由离散波长λ或一个或多个波长范围Δλ(例如可见光的红、绿和蓝光范围)确定。

分析辐射的波长或它的光谱组成由研究的样品和面对的问题确定。通常包括UV-VIS和/或NIR光谱范围内的分析光。如果打算研究着色剂的耐光性，例如由人眼可感知的样品颜色的改变，则分析光基本上具有由日光组成的光谱，或为日光。如果打算例如通过确定塑料中CO量来研究光致塑料老化，则分析光为波长5.8μm的NIR光。如果打算研究UV吸收剂的稳定性，则分析光是包含UVA和/或UVB的光。

使用的测量设备也由研究的样品和问题确定。如果打算分析基材表面诸如漆表面的光泽，则使用远心测量光学器件是适合的，该器件基本上消除由样品深层散射产生的影响。然而，如果打算研究着色剂的耐光性，则使用共焦测色系统是适合的，该系统基本上抑制光泽的干扰影响。

在本发明方法的一个实施方案中，测定了分析光因基材表面的反射。在这种情况，优选使用远心测量光学器件。在本发明方法的另一个实施方案中，检测了分析光因基材表面导致的散射。在种情况下，优选使用共焦测色系统。

分析辐射因基材表面导致的反射或散射为位置坐标(x，y)和波长λ的函数，它也可以使用彩色扫描仪或数字照相机检测。

放射性或声辐射(超声波)的检测可借助于已知的用于医疗诊断系统的成像方法进行。可以使用热图像照相机检测热红外辐射。

为使样品因环境影响引起的改变更可检测，可进一步加工样品。例如，样品亲水性或疏水性方面的改变可通过用水蒸汽蒸样品而使其更可检测。

响应函数A(x，y，λ)通常使用数字图像处理系统由检测的强度确定。

如果环境影响由具有波长λ_u的辐射的作用组成，则样品上或样品内产生的强度模型一般也是辐射波长的函数。例如，作为依赖于波长和位置的强度分布I(x，y，λ_u)的基础的模型函数M(x，y，λ_u)，它可以是用于产生强度模型的掩模的依赖于位置和波长的透射函数T(x，y，λ_u)。

在本发明方法的一个实施方案中，

(i)使样品经受环境影响达作用时间Δt，该环境影响是辐射，并且环境影响以已知依赖于位置和波长的、以模型函数M(x，y，λ_u)为基础的强度分布I(x，y，λ_u)(强度模型)作用于样品，

(ii)随后检测分析辐射因样品导致的透射、反射或散射，其为样品位置坐标(x，y)和分析辐射波长λ的函数，以便确定响应函数A(x，y，λ)，该函数描述透射、反射或散射的分析辐射的强度，为样品位置坐标(x，y)和分析辐射波长λ的函数，

(iii)环境影响的已知依赖于位置和波长的强度分布I(x，y，λ_u)或作为其基础的模型函数M(x，y，λ_u)与响应函数A(x，y，λ)之间的相关性通过相关分析确定，该相关性是样品因环境影响导致的物理可测性质改变的量度。

在第三步(iii)中，环境影响的已知依赖于位置的强度分布I(x，y)或I(x，y，λ_u)或者作为其基础的模型函数M(x，y)或M(x，y，λ_u)与步骤(ii)中确定的响应函数A(x，y，λ)之间的相关性通过相关分析确定。

相关分析是一种本身已知的用于识别特征模型的数学方法。相关分析的方法已在文献中广泛地描述。研究样品(测量的)响应函数与对比函数的相关程度。

为此计算广义的相关函数：

$>>K>>(>\alpha >,>\beta >,>>x>0>>,>>y>0>>,>\lambda >)>>=>>\int >>->\infty >>\infty >>>\int >>->\infty >>\infty >>V>>(>\alpha x>>>+>x>>0>>,>\beta y>+>>y>0>>,>\lambda >)>>·>A>>(>x>,>y>,>\lambda >)>>dxdy>$>

α，β是可自由选择的比例参数，x₀，y₀是可自由选择的位置参数。上述方程式应理解为积分在两个坐标上进行，尽管可以仅在一个坐标上进行。对于位于测量范围以外的变量，数值V和A设置等于0。

相关函数提供关于响应函数A(x，y，λ)与对比函数V(αx+x₀，βy+y₀，λ)之间相关程度的信息，以及当其变量改变时相关性改变多少的信息，即相关性有多么显著的信息。

对比函数V(αx+x₀，βy+y₀，λ)的选择由研究的问题确定。对比函数可以是但非必须是与强度分布I(x，y，λ_u)或作为其基础的模型函数M(x，y，λ_u)相同，或为强度分布I(x，y，λ_u)和模型函数M(x，y，λ_u)的乘积。该对比函数一般描述样品或基材表面由于环境影响导致的预期或感兴趣的性质改变。然而该性质改变预期具有环境影响的强度分布特征模型。本领域技术人员将根据研究的问题选择适合的对比函数。

如果例如研究发生下列曝光时表面的反射改变，则对比函数的选择应使得其x-y依赖性对应于已知依赖于位置的强度分布I(x，y，λ_u)的已知x-y依赖性，或对应于潜在的模型函数M(x，y，λ_u)，或对应于强度分布I(x，y，λ_u)和模型函数M(x，y，λ_u)的乘积。该对比函数没有必要具有任何明显的波长依赖性。但是如果例如是研究变色，则对比函数将具有波长依赖性，当考虑人的感知时是任选选择的。

相关函数仅反映样品的预期改变，即样品因环境影响导致的改变，且有效地抑制诸如统计噪声、样品非均匀性的干扰影响和外部光线影响。这导致非常高的灵敏度。

傅里叶分析是通用相关分析的优选方案。

在本发明方法的一个实施方案中，强度分布I(x，y，λ_u)是具有空间频率α的周期性强度分布。周期性强度分布可以由使用具有周期性透射函数T(x，y，λ_u)＝M(x，y，λ_u)的掩模产生。例如，可以是所谓的条型码掩模，例如具有规则(等间距地)设置的印花透明膜、(基本上)不透明的条状体(所谓的黑白条型码掩模)或具有相应序列矩形孔的模板。还可以将具有相应模型函数M(x，y，λ_u)的光栅投射于样品上，代替使用掩模。

用于确定依赖于位置的强度分布I(x，y，λ_u)和响应函数A(x，y，λ_u)之间相关性的相关分析方法以下将作为实例描述。相关分析的方法本身是已知的，并已广泛地在文献中描述。因此本发明不在于提供此类数学方法。

如果掩模的透射函数具有周期性结构，则获得特别清晰的情形。例如，如果选择的透射函数为

             T(x，y，λ_u)＝¹/₂(1+cos(α₀x))，

并且随后的目的是确定样品的耐光性，则适用下面公式，因为V(x，y，λ)＝I(x，y，λ_u)＝T(x，y，λ_u)：

$>>K>>(>\alpha >,>\beta >,>>x>0>>,>>y>0>>,>\lambda >)>>=>>\int >>->\infty >>\infty >\frac{}{}$>

在恒定范围内，相关函数因此是响应函数的真正傅里叶变换。α可因此作为空间频率。此外，K(α，β，x₀，y₀，λ)显示由于仅在掩模本征频率α₀下辐照曝光的贡献。在所有其它空间频率α≠α₀下相关函数消失。因此获得无限高的空间频率分辨率α₀/Δα。

然而实践中，必须考虑到由于有限的样品尺寸x_max，积分不能从负无穷进行到正无穷。此外，测量不是连续进行的，而响应函数用有限数量的支持点数字化。支持点的密度导致仍可测量的位置频率的上限。此外，有限的样本尺寸导致有限的空间频率分辨率α₀/Δα，它由α₀/Δα＝α₀·x_max给出。

这意味着：与具有无限高的空间频率分辨率的情况相比，由于统计方法(信噪)产生的干扰不那么有效地被抑制。然而实践中发现，相比于目测检查，本发明方法的灵敏度高一百倍以上，尽管存在这些限制亦如此。

以这种方法确定的样品因环境影响导致的物理可测性质改变的相关性是定量量度，与主观评价无关。

利用相关分析的模型识别导致：环境影响在样品中或基材表面上导致的改变的非常高的检测灵敏度。该灵敏度与基于样品视觉评价的方法(例如在借助对比样品的情况下)相比高得多。

在本发明方法的一个实施方案中，将散射或反射光的强度值在波长范围Δλ内求和，并且对于多个不同波长范围Δλ₁、Δλ₁、Δλ₃，...确定多个不同的响应函数A₁(x，y，Δλ₁)、A₂(x，y，Δλ₂)、A₃(x，y，Δλ₃)，...，它们中每一个均与环境影响的已知强度模型I(x，y)或I(x，y，λ_u)相关。

例如，以这种方法可以确定环境影响对样品或基材表面的特定性质的作用程度，该程度反映在样品或基材表面于特定波长或特定波长范围内的吸收性质的改变中，同时它不影响将反映在样品或基材表面于另一个波长或另一波长范围内的吸收性质中的其它性质。

在本发明方法的一个实施方案中，对红、绿和蓝光的响应函数由RGB分析分别确定。这通过下列方式来实现：对由基材表面对红、绿和蓝光波长范围(即例如如下的波长范围：600-700nm(红)，500-600nm(绿)和400-500nm(蓝))内光的反射或散射强度值求和，并且确定这些波长范围的每一个的相应响应函数。这些响应函数中的每一个可以随后与环境影响的强度模型I(x,y)或I(x，y，λ_u)或者相应模型函数相关。例如，如果是研究着色剂的耐光性，则可以以这种方式确定曝光(例如太阳光)后由着色样品散射的光的红、绿和蓝光组分如何改变，以及着色剂的颜色印象如何通过这种方法改变。

例如，基材表面可以穿过光栅膜曝光。曝光之后，除去该光栅膜，并使用扫描仪扫描基材表面。随后将曝光的基材表面的R、G、B信号根据以下所述方法进行一维傅里叶变换。由扫描仪测量强度，表示为S_j(k，m)。在这种情况下，指数j表示R、G、B颜色(红、绿和蓝)。此外，k和m的值表示测量强度的位置。由k和m表示的方向以下将分别称作“图像行”和“图像列”；借助数学运算，对每一图像行计算功率谱P_j(k’，m)。

将以这种方式对每一图像行获得的功率谱在整个图像列上取平均。

随后将平均功率谱对空间频率k’作图。光化学引起的基材表面的变色可以在R、G、B波道内明确地确定，因为可在由膜光栅设定的空间频率下建立显著更高的平均功率谱强度。在R、G、B各波道中，该强度的水平是光化学引起的变色的量度。

为了更深一步研究样品，更进一步研究了所述数学选择运算的结果。除所述功率谱之外，现在要考虑信号：

在这种情况下对所有测量的图像行进行了平均，以抑制噪声。

Vj(k’)提供关于环境影响导致由扫描仪测量的信号是增加(Vj(k’)＞0)还是减少(Vj(k’)＜0)。

使用本方法测量的基材表面可以是任何材料的表面，例如塑料、木材、漆和纸张的表面。

可以研究基材例如塑料本身的性质改变，或引入到该基材中或应用于该基材的物质的性质改变，这些物质例如为着色剂，UV吸收剂，稳定剂，化妆品配制剂。

本发明的一个方面是本发明通过空间上导致检测5.8μm处的CO谱带而在研究热或光致塑料老化中的用途。为此，对于塑料聚乙烯，尤其如DIN53383中描述，于5.8μm处形成的消光相对于特定参比消光、例如位于4.95μm(对应于2020cm^-1)处的消光的比值。

同样地，可以研究任何其它物质的热或光致(光氧化)老化。因此本发明的另一个方面总体而言是，本发明方法在研究物质的光致或光氧化老化中的用途。可以研究的物质实例是任选使用着色剂着色的塑料，漆，金属，织物，纸张，木制品或建筑材料。

光致老化使用所述物质的合适光谱谱带检测。它们可以位于光谱的IR或UV-VIS范围内。

本发明的另一个方面是本发明方法在确定着色剂的色牢度中的用途。该着色剂可以是染料或颜料。在这种情况下，可以采取的方法包括穿过掩模使含有着色剂的基材表面曝光，优选暴露于太阳光或来自太阳能模拟器的光中。掩模优选具有具有空间频率的规则透射函数，尤其优选是具有一维空间频率α的黑白条型码掩模。该掩模可以置于基材表面上，或固定在光源的前面并使用适合的光学器件投射到基材表面上。然而它也可以在基材表面上产生作为衍射图形的强度模型。适合的太阳能模拟器和光源(它们具有对应于太阳光的发射光谱)对于本领域技术人员是已知的，例如包括氙气灯。样品也可以在户外试验中直接或间接利用镜子系统通过适合的耐候金属掩模曝光于太阳光中。例如，在不超过400nm的波长范围内，对UV光的曝光强度为20-2000W/m²；在400-800nm可见光谱范围内，曝光强度为500-5000W/m²；以及尤其对UV光的曝光强度为约50W/m²，因此该曝光强度对应于天然太阳光的辐射强度。曝光时间(作用时间Δt)可以是几秒到几年。对于非常耐光或耐候的样品，一般为一星期到几个月。本发明确定着色剂耐光性的方法的突出之处在于：即使用天然辐射强度的较短曝光时间也足够使样品的变色可定量检测。曝光之后，(任选)除去掩模，基材表面使用扫描仪扫描或使用数字照相机记录。随后，使用图像处理电子设备优选进行RGB分析，确定对红、绿和蓝光的响应函数。随后将这些函数与已知的曝光强度模型相关，优选进行傅里叶分析作为相关分析。红、绿或蓝光在掩模空间频率下的相关函数(或强度分布I(x，y，λ_u)的空间频率)的峰定量地对应于改变，这可归因于在由基材表面散射的光中红、绿或蓝色组分的辐射。

本发明的再一个方面是本发明方法在确定基材表面光泽的改变中的用途。可以研究的基材表面例如是漆表面，优选汽车漆的表面。例如，可以研究环境影响导致基材表面机械损伤的程度，它反映在基材表面的光泽改变中。例如，在漆表面中可能形成裂纹或凹点。为了检测此类改变，借助远心曝光和检测光学器件测量分析光的反射。远心测量装置的使用确保样品暴露于平行分析光中，而且只有平行光被检测。因此只有样品光泽的改变被检测，而样品颜色的任何其它改变均被抑制。

本发明方法的又一个方面(这在某些国家中不能作为发明要求保护，因为在这些国家中这排除在专利保护之外)是对因环境影响，例如通常因化妆品配制剂或过敏物质造成的人或动物皮肤的过敏皮肤刺激的诊断。本发明方法允许在皮肤刺激变得可肉眼感知之前及早地检测过敏皮肤刺激。

本发明方法的另一个方面涉及研究农业中使用的农用化学品如肥料、杀真菌剂、除草剂和杀虫剂的效力。在这种情况下，基材表面是栽种经济上有用的农作物的部分地表面，环境影响是化学品引入到土壤中或化学品施用于经济上有用的农作物。农用化学品遵照特定的模式引入或施用，该模式通过模型函数M(x，y)描述。记录以这种方式处理的田地的航空照片(任选以规则间隔)，任选数字化加工，并任选在RGB分析之后，进行相关分析以识别模型。

本发明的其它方面是本发明方法在研究物质的耐候性、物质的化学稳定性或涂料的耐磨性中的用途。

例如，本发明方法可以与用于人造日光老化或直接老化的相关标准中描述的方法结合使用。相关标准是例如用于塑料的ISO 4892(1994)，用于漆和涂料的ISO 11341(1994)，用于装置涂料的ISO 11507(1997)，用于运输车辆中安全玻璃材料的ISO 3917(1999)，用于建筑和构件密封剂的ISO11431(2002)，用于织物色牢度试验的ISO 105-B02(1994)和织物色牢度老化的ISO 105-B04(1994)，以及用于直接老化的ASTM G7，ISO 877，ISO 2810，ASTM D4141C(黑匣)和ASTMG24(在玻璃下曝光)。

例如，在本发明范围内，可以容易地将金属栅有利地用作模板，尤其在下列老化和曝光装置及盒子中：

-在所有市购的人工曝光或老化设备中(参见实施例)；

-在户外老化中，例如在“黑匣”中(例如购自ATLAS)；

-在用于玻璃下曝光的曝光室中(例如购自ATLAS)；

-在具有太阳自动示踪的老化设备中，例如购自ATLAS的IP/DP盒子，在Arizona和Florida州；

-在具有加速耐雨试验和使用适合的镜子系统的太阳光曝光的老化系统中(例如购自ATLAS的EMMA/EMMAQUA)。

本发明将通过随后的实施例更详细地解释。

实施例

辐射曝光实验按下列方式进行：

除非另有说明，样品面积是8×8cm。

由AGFA膜(3ZESP型)制造的光栅膜具有1mm周长的栅结构，将该光栅膜置于样品上并用TESA膜固定。将待曝光的样品与光栅膜一起固定在刚性卡片上。由膜、样品和卡片组成的叠层体进一步用3mm厚的石英玻璃片压上。

除云杉样品(实施例1)以外，将所有样品叠层体在购自ATLAS的商业日晒试验机(SUNTEST XLS Plus)中在室外条件下曝光。

曝光之后除去光栅膜。将曝光后的样品置于扫描仪(HP SCAN-JET550C)的物镜上，使曝光面向下，并在下列条件下扫描：

真彩色(16.7百万种颜色)

分辨率：1200dpi

对比：中等

显色：自动

曝光：自动

光栅膜同样也被扫描。

曝光后的样品表面积的R、G、B信号随后使用如下所述方法进行一维傅里叶变换。由扫描仪测量的强度表示为S_j(k，m)。在这种情况下，指数j表示R、G、B颜色(红、绿和蓝色)。此外，k和m的值表示测量强度的位置。由k和m表示的方向以下将分别称作“图像行”和“图像列”。借助数学运算，对每一图像行计算功率谱P_j(k’，m)。

将以这种方式对每一图像行获得的功率谱在整个图像列上取平均。

在图1，2，4和6中，将平均功率谱对空间频率k’分别作图。光化学引起的变色可以在R、G、B波道内明确地确定，因为可在由膜光栅设定的空间频率下建立显著更高的平均功率谱强度。在R、G、B各波道中，该强度的水平是光化学引起的变色的量度。在前述各图中，绘制在x轴和y轴上的值分别与空间频率和平均功率谱的强度成正比。

实施例1

将尺寸为15×10cm的浅色云杉板在室外条件下通过空间频率为1/mm的光栅片曝光于太阳光中达15分钟。

曝光之后，除去膜光栅并视觉评价木材表面。用肉眼可以看出样品表面无变化。尤其是，肉眼不能感知到光栅图形。

曝光的云杉板的一维傅里叶变换结果给出在图1中，图2表示光栅膜的一维傅里叶变换结果。

于光栅空间频率43(它可由图2看出)，图1显示出傅里叶信号峰，这些峰分别：在蓝色波道很高，绿色波道中等，红色波道相对低。这对应于木材表面的棕色，但是远低于可见水平。

将上述信号振幅用对数作图，以便更容易看出小影响，如噪音等。获得的傅里叶信号峰因此绝对值非常高。

实施例2

a)常规曝光(对比)

使用HP 2000C型墨喷式打印机，将洋红色油墨宽面印刷在高射投影仪膜上。将该油墨在ATLAS XLS Plus日晒试验机中在室外条件下曝光一天。在开始曝光(时间t₀)之前，在曝光8小时(时间t₁)和24小时(时间t₂)后，通过透射光谱学研究膜。结果由图3表示。在这种情况下，将以％表示的透射(y轴)对以nm表示的波长(x轴)作图。

由t₀、t₁和t₂时间点处的透射光谱可以看出，曝光过程中，绿色光谱范围内的透射显著增加。然而在蓝色和红色光谱范围，观察到透射(轻微)减少。

总体而言，发生增亮，即使肉眼也可感知到，并且该增亮通常可以使用测色方法评估。

b)光栅曝光(根据本发明)

使用与a)中所使用的相同的洋红色膜，将其穿过如上所述光栅膜曝光于人造阳光中。曝光时间仅10分钟！

曝光膜的扫描图像的一维傅里叶分析结果给出在图4中。

在光栅膜的空间频率处，在绿色波道(上面曲线)中观察到大的信号峰，在蓝色波道(下面曲线)中有小的信号峰，以及在红色波道(中间曲线)中有非常小的信号峰。

本发明方法获得的时间加速因子约为100，该因子可以在本发明实施例中通过比较实验2a和2b来估计。

实施例3

a)常规曝光(对比)

试验漆购自位于德国Ludwigshafen的BASF AG，其含有P.R.178增白剂，将该漆通常按如上所述在室外条件下曝光600小时。

该漆样品通过曝光前后的反射光谱表征。结果见图5。虚线对应于曝光样品，实线对应于未曝光样品。在这种情况下，将以％表示的反射(y轴)对波长nm(x轴)作图。

曝光之后，如图5所示，漆样品的反射率在蓝色和绿色光谱范围内增加几个百分点，而在红色光谱范围减少几个百分点。这导致轻微的混浊，肉眼刚刚可感知，同时漆样品变亮。

b)光栅曝光(根据本发明)

漆样品穿过如上所述的光栅膜在室外条件下曝光。曝光时间仅92小时。图6是曝光漆样品的扫描图像的一维傅里叶分析的结果。

在光栅膜的空间频率71处，在所有三色波道内可以看到具有大致相等振幅的信号峰，这些峰比噪音水平高大约5倍。它们表示在红、绿和蓝色光谱范围内反射率的改变。仅仅92小时的曝光时间后，就已经获得非常清晰的测量信号。

实施例4

试验漆购自位于德国Ludwigshafen的BASF AG，其含有P.R.122增白剂，将该漆根据SAE 1960，CAM 180试验方法在商购的老化设备(W.O.M CI 35A，购自ATLAS)下进行老化。老化图形借助5cm×7cm金属栅产生，它是间隔3mm的3mm宽的条状体(对应于0.166/mm的空间频率)。利用适合的定位装置将该光栅置于样品表面前3mm处。

特定时间间隔后，将定位装置与样品一起从老化设备中取出。除去样品表面前的金属栅，并且通常如上所述，扫描样品表面并利用RGB分析和一维傅里叶变换评估。每一时间间隔后，确定波道R、G和B的FT信号峰的振幅。最后，将金属栅放回到框体中的同一位置，继续老化。

在图7中，将FT信号峰的振幅对波道R(三角形)、G(菱形)和B(正方形)的老化时间作图。从该图中可以看出，可以观察到在蓝色和绿色波道中FT信号峰随时间大致呈线性增加。然而在红色波道中，非常快就观察到FT信号峰急剧上升，但是老化约300小时后大致保持恒定。

因此，光栅老化既明显适合于特定产品性质的表征，也适合于通过外推各颜色波道中的信号振幅来预测在较长曝光时间过程中的变色。它还可以确定的是，FT信号峰值在红色和蓝色波道中为负信号，这表明由于吸收性光化产品，红色和蓝色分析辐射的反射率降低，而FT信号峰值在绿色波道中为正信号，这表明由于P.R.122的光化学降解，绿色分析光的反射率增加。

即使老化420小时后，也不能肉眼看出漆样品发生变色。在高耐候性颜料P.R.122的情况下，为了使得颜色阴影的改变对于眼睛而言可清晰地感知到，必需老化至少1000小时的老化时间。