الفوتومتري: ما هو؟

الفوتومتريا هي علم قياس الضوء من حيث سطوعه المدرك للعين البشرية. وهي تختلف عن الراديومتري، الذي يقيس الطاقة الإشعاعية (بما في ذلك الضوء) من حيث القوة المطلقة. تركز الفوتومتريا فقط على نطاق الأطوال الموجية المرئية (الضوء) التي يمكن أن تحفز العين البشرية.

يمكن للعين البشرية اكتشاف الإشعاع الذي له طول موجي بين 370 نانومتر و780 نانومتر. هذا النطاق يسمى الطيف المرئي أو ببساطة الضوء. الإشعاع ذو الطول الموجي أقصر من الضوء يسمى الإشعاع فوق البنفسجي، والإشعاع ذو الطول الموجي أطول من الضوء يسمى الإشعاع تحت الأحمر. لا تشمل الفوتومتريا الإشعاع فوق البنفسجي أو تحت الأحمر.

تستند الفوتومتريا على استجابة العين للضوء كدالة للطول الموجي. ليست العين حساسة بالتساوي لجميع أطوال الموجات الضوئية. فهي أكثر حساسية للضوء الأخضر وأقل حساسية للضوء الأحمر والأرجواني. كما تتكيف العين مع مستويات مختلفة من السطوع. لديها وضعين من الرؤية: الرؤية الفوتوبيك والرؤية السكوتوبيك.

الرؤية الفوتوبيك هي استجابة العين عند مستويات عالية من السطوع، مثل خلال النهار أو تحت الإضاءة الصناعية. يمكن للرؤية الفوتوبيك التمييز بين الألوان والتفاصيل. الرؤية السكوتوبيك هي استجابة العين عند مستويات منخفضة من السطوع، مثل خلال الليل أو تحت ضوء النجوم. لا يمكن للرؤية السكوتوبيك التمييز بين الألوان ولديها دقة منخفضة. هناك أيضا منطقة انتقالية بين الرؤية الفوتوبيك والسكوتوبيك تسمى الرؤية الميسوبيك.

تستخدم الفوتومتريا نماذج موحدة لاستجابة العين للضوء عند أطوال موجية ومستويات سطوع مختلفة. تسمى هذه النماذج وظائف الإضاءة. تُستخدم لوزن القوة الإشعاعية لكل طول موجي بمقدار يمثل مدى حساسية العين لهذا الطول الموجي. الأكثر شيوعاً من وظائف الإضاءة هو وظيفة الحساسية الفوتوبيك، الذي يُمثِّل استجابة العين في ظروف الفوتوبيك. وتشمل الوظائف الأخرى وظيفة الحساسية السكوتوبيك ووظيفة الحساسية الميسوبيك.

للفوتومتريا العديد من التطبيقات في مجالات مختلفة من العلوم والهندسة والفن. تُستخدم لقياس وتوصيف سطوع الضوء وألوانه وجودته. كما تُستخدم لدراسة تأثير الضوء على صحة الإنسان وسلوكه وإدراكه.

في هذا المقال، سنستكشف بعض أنواع ومبدأ وتطبيقات وكيفية عمل الفوتومتريا بشكل أكثر تفصيلاً. سنناقش أيضًا بعض الآلات والوحدات المستخدمة للقياسات الفوتومترية.

ما هي فوتومتريا الألياف

فوتومتريا الألياف هي تقنية تُستخدم في علوم الأعصاب لتسجيل نشاط الخلايا العصبية في الحيوانات الحية. تستخدم الألياف البصرية لتوصيل الضوء المنبه إلى الخلايا العصبية التي تعبر عن المؤشرات الفلورية وجمع الفلوريسنس المنبعث منها.

المؤشرات الفلورية هي جزيئات تتغير خصائص الفلوريسنس لها رداً على تغييرات في بعض المعلمات البيولوجية، مثل تركيز الكالسيوم، الجهد، النواقل العصبية، إلخ. من خلال استخدام المؤشرات الفلورية المشفرة وراثياً (GEFIs)، مثل GCaMPs، من الممكن استهداف أنواع محددة من الخلايا العصبية أو المناطق الدماغية لتسجيلها بصرياً.

تسمح فوتومتريا الألياف بمراقبة النشاط المتوسط لمجموعات كبيرة من الخلايا العصبية عبر الزمن. يمكن استخدامها لتوفيق النشاط العصبي بالأحداث السلوكية أو المحفزات في الحيوانات المتحركة بحرية. لفوتومتريا الألياف مزايا على تقنيات التسجيل البصري الأخرى، مثل المجهر ثنائي الفوتون أو تصوير الكالسيوم، من حيث البساطة والتكلفة الفعالة والقابلية للنقل والقابلية للتوسع.

ومع ذلك، فإن فوتومتريا الألياف لها بعض القيود، مثل الدقة المكانية المنخفضة، والتلوث بالفلوريسنس الخلفي أو التشوهات الناجمة عن الحركة، والضرر المحتمل للأنسجة أو التهابها بسبب زرع الألياف.

ما هي فوتومتريا اللهب

فوتومتريا اللهب هي تقنية تُستخدم لتحليل المواد الكيميائية لتحديد تركيز أيونات المعادن في عينة. وتُعرف أيضاً باسم الطيفية البصرية لللهب أو الطيفية الذرية للإشعاع باللهب.

تعمل فوتومتريا اللهب على مبدأ أنه عندما يتم تسخين بعض أيونات المعادن في اللهب، فإنها تصدر أطوال موجية مميزة من الضوء. شدة الضوء المنبعث تكون متناسبة مع تركيز أيونات المعادن في العينة.

تُستخدم فوتومتريا اللهب بشكل أساسي للأيونات القلوية (المجموعة 1) والأيونات القلوية الأرضية (المجموعة 2)، مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والليثيوم، إلخ. هذه المعادن لها طاقات أيونية منخفضة ويمكن تهييجها بسهولة بواسطة الطاقة الحرارية من اللهب.

لتنفيذ فوتومتريا اللهب، يتم رش محلول العينة المحتوي على أيونات المعادن في اللهب (عادة ما يكون اللهب هواء-أسيتيلين). يقوم اللهب بإبخرة وتفتيت العينة إلى عناصرها المكونة. بعض هذه الذرات يتم تهييجها إلى مستويات طاقة أعلى من خلال امتصاص الطاقة الحرارية من اللهب. تعود هذه الذرات المثارة في النهاية إلى حالة الأرضية عن طريق إصدار فوتونات الضوء بأطوال موجية محددة تتوافق مع انتقالاتها الطاقوية.

يتم جمع الضوء المنبعث بواسطة نظام عدسات ويمر عبر مونوكروماتور (جهاز يختار نطاقاً ضيقاً من الأطوال الموجية). يسمح المونوكروماتور فقط بالطول الموجي المطلوب من الضوء المقابل لأيون المعادن المعني ليصل إلى محدد (عادة ما يكون أنبوب ضوئي مضاعف أو محدد ضوئي). يقوم المحدد بتحويل إشارة الضوء إلى إشارة كهربائية يمكن قياسها بواسطة مقياس أو جهاز تسجيل.

يمكن حساب تركيز أيون المعادن في العينة من خلال مقارنة شدة الضوء المنبعث بمنحنى معياري تم الحصول عليه من تركيزات معروفة لنفس أيون المعادن.

ما هي فوتومتريا الانعكاس؟

الانعكاس فوتومتريا هي تقنية تُستخدم لقياس لون أو خصائص الانعكاس لسطح أو جسم. تعمل على مبدأ أن الأسطح المختلفة تعكس كميات وأطوال موجية مختلفة من الضوء اعتماداً على خصائصها الفيزيائية والكيميائية.

تستخدم فوتومتريا الانعكاس مصدر ضوء (عادة ضوء أبيض) لإضاءة سطح أو جسم بزاوية معينة. يتم قياس الضوء المنعكس من السطح أو الجسم بواسطة محدد (عادة مطيافية أو ملون) بزاوية أخرى.

يقوم المحدد بتحليل الطيف أو شدة الضوء المنعكس عند أطوال موجية مختلفة ومقارنتها مع معيار مرجعي (عادة سطح أبيض). يمكن التعبير عن لون أو خصائص الانعكاس للسطح أو الجسم بواسطة معلمات مختلفة، مثل اللون الأساسي (الطول الموجي المهيمن)، والشدة (النقاء)، والسطوع (اللمعان)، وأحداثيات اللون (x, y, z)، ومقياس اللون (CIE Lab*)، إلخ.

يمكن استخدام فوتومتريا الانعكاس لأغراض مختلفة، مثل السيطرة على الجودة، وتطابق الألوان، وهوية الألوان، وتبادل المعلومات حول الألوان، إلخ. يمكن تطبيقها على مواد وأجسام مختلفة، مثل الطلاءات، والمنسوجات، والبلاستيك، والمعادن، والسيراميك.

ما هي الكميات الفوتومترية والوحدات؟

الكميات الفوتومترية مشتقة من الكميات الراديومترية من خلال تطبيق وظيفة الإضاءة كعامل ترجيح. تمثل وظيفة الإضاءة الاستجابة النسبية للعين البشرية لأطوال موجية مختلفة من الضوء. الأكثر استخداماً من وظائف الإضاءة هو وظيفة الحساسية الفوتوبيك، الذي يُمثِّل استجابة العين في ظروف السطوع العالي. وتشمل الوظائف الأخرى وظيفة الحساسية السكوتوبيك، الذي يُمثِّل استجابة العين في ظروف الظلام، ووظيفة الحساسية الميسوبيك، الذي يُمثِّل استجابة العين في ظروف الوسط.

ما هي الأجهزة والطرق الفوتومترية؟

الأجهزة الفوتومترية هي أجهزة تقوم بقياس الكميات الفوتومترية باستخدام طرق ومبادئ مختلفة. بعض الأجهزة والطرق الفوتومترية الشائعة هي:

• الفوتومترات: الفوتومترات هي أجهزة تقوم بقياس السطوع النسبي لمصادر الضوء أو الأجسام من خلال مقارنتها مع معيار مرجعي. يمكن تصنيف الفوتومترات إلى أنواع مختلفة بناءً على تصميمها وتطبيقها، مثل الفوتومترات البصرية، والفوتومترات الضوئية، والفوتومترات المرشحة، والمطيافات الضوئية، إلخ.

• أجهزة قياس الألوان: أجهزة قياس الألوان هي أجهزة تقوم بقياس لون مصادر الضوء أو الأجسام من خلال تحليل تركيبها الطيفي. يمكن تصنيف أجهزة قياس الألوان إلى أنواع مختلفة بناءً على تصميمها وتطبيقها، مثل أجهزة قياس الألوان الثلاثية، وأجهزة قياس الألوان، والمطيافات الإشعاعية، إلخ.

• الكرات المتكاملة: الكرات المتكاملة هي أجهزة تقوم بقياس التدفق الإشعاعي الكلي لمصادر الضوء أو الأجسام من خلال إغلاقها داخل تجويف كروي ذات سطح داخلي عاكسة للغاية. يمكن استخدام الكرات المتكاملة لأغراض مختلفة، مثل معايرة مصادر الضوء، وقياس انعكاس أو الانتقال

  مكافأة