Fotometrie: Co to je?
Fotometrie je věda měřící světlo podle jeho vnímaného jasu lidským okem. Liší se od radiometrie, která měří radiaci (včetně světla) podle absolutní síly. Fotometrie berme v úvahu pouze viditelnou část spektra, která může stimulovat lidské oko.
Lidské oko dokáže detekovat záření s vlnovou délkou mezi 370 nm a 780 nm. Tento rozsah se nazývá viditelné spektrum nebo jednoduše světlo. Záření s vlnovou délkou kratší než světlo se nazývá ultrafialové záření, a záření s vlnovou délkou delší než světlo se nazývá infračervené záření. Fotometrie nezahrnuje ultrafialové ani infračervené záření.
Fotometrie je založena na reakci oka na světlo jako funkci vlnové délky. Oko není stejně citlivé na všechny vlnové délky světla. Je citlivější na zelené světlo a méně citlivé na červené a fialové světlo. Oko se také přizpůsobuje různým úrovním jasu. Má dva režimy vidění: fotopické vidění a skotopické vidění.
Fotopické vidění je reakce oka při vysokých úrovních jasu, například za dne nebo za umělého osvětlení. Fotopické vidění dokáže rozlišovat barvy a detaily. Skotopické vidění je reakce oka při nízkých úrovních jasu, například v noci nebo za hvězdného světla. Skotopické vidění nedokáže rozlišovat barvy a má nízkou rozlišovací schopnost. Existuje také přechodová zóna mezi fotopickým a skotopickým viděním, která se nazývá mezopické vidění.
Fotometrie používá standardizované modely reakce oka na světlo v různých vlnových délkách a úrovních jasu. Tyto modely se nazývají luminancní funkce. Používají se k vážení radiace ve všech vlnových délkách faktorem, který vyjadřuje, jak citlivé je oko na danou vlnovou délku. Nejčastěji používanou luminancní funkcí je fotopická citlivostní funkce, která modeluje reakci oka za fotopických podmínek. Další luminancní funkce zahrnují skotopickou citlivostní funkci a mezopickou citlivostní funkci.
Fotometrie má mnoho aplikací v různých oblastech vědy, inženýrství a umění. Používá se k měření a charakterizaci jasu, barvy a kvality světelných zdrojů, materiálů a objektů. Používá se také k studiu vlivu světla na lidské zdraví, chování a vnímání.
V tomto článku si podrobněji probereme některé typy, principy, aplikace a fungování fotometrie. Také diskutujeme o některých přístrojích a jednotkách používaných pro fotometrická měření.
Co je vláknová fotometrie?
Vláknová fotometrie je technika používaná v neurovědě k záznamu neuronální aktivity u živých zvířat. Používá optická vlákna k doručení excitujícího světla do neuronů, které exprimují fluorescenční indikátory, a k shromažďování emitované fluorescencie z nich.
Fluorescenční indikátory jsou molekuly, které mění své fluorescenční vlastnosti v reakci na změny určitých biologických parametrů, jako je koncentrace vápníku, napětí, neurotransmitery atd. Použitím geneticky zakódovaných fluorescenčních indikátorů (GEFI), jako jsou GCaMPs, lze cílit na specifické typy neuronů nebo oblasti mozku pro optický záznam.
Vláknová fotometrie umožňuje sledování průměrné aktivity velkých populací neuronů v průběhu času. Lze ji použít k korelaci neuronální aktivity s chovatelskými událostmi nebo podněty u volně pohybujících se zvířat. Vláknová fotometrie má výhody nad jinými optickými zaznamenávacími technikami, jako je dvoufotonová mikroskopie nebo měření vápníku, vzhledem ke své jednoduchosti, nízké nákladovosti, přenosnosti a škálovatelnosti.
Nicméně, vláknová fotometrie má i některé omezení, jako je nízká prostorová rozlišení, kontaminace signálu pozadím fluorescencí nebo artefakty pohybu a možné poškození tkáně nebo zánět z implantace vlákna.
Co je plamenná fotometrie?
Plamenná fotometrie je technika používaná pro chemickou analýzu k určení koncentrace určitých kovových iontů v vzorku. Je známá také jako plamenná emisní spektroskopie nebo plamenná atomová emisní spektroskopie.
Plamenná fotometrie pracuje na principu, že některé kovové ionty emitují charakteristické vlnové délky světla, když jsou ohřívány v plameni. Intenzita emitovaného světla je úměrná koncentraci kovových iontů ve vzorku.
Plamenná fotometrie se hlavně používá pro alkalijské kovy (skupina 1) a alkalické zeminy (skupina 2), jako jsou sodík, draslík, vápník, lithium atd. Tyto kovy mají nízkou ionizační energii a mohou být snadno excitovány tepelnou energií z plamene.
Pro provedení plamenné fotometrie se vzorek roztoku obsahující kovové ionty spraye do plamene (obvykle vzduch-acetylenový plamen). Plamen vaporizuje a atomizuje vzorek na jeho složité prvky. Některé z těchto atomů jsou pak excitovány na vyšší energetické úrovně absorpcí tepelné energie z plamene. Tyto excitované atomy nakonec vracejí do svého základního stavu emitováním fotonů světla s charakteristickými vlnovými délkami odpovídajícími jejich energetickým přechodům.
Emitované světlo je pak shromážděno optickým systémem a projde monochromátorem (zařízením, které vybírá úzký rozsah vlnových délek). Monochromátor umožňuje, aby pouze požadovaná vlnová délka světla odpovídající kovovému iontu dosáhla detektoru (obvykle fotomultiplikátoru nebo fotodiodu). Detektor převede světelný signál na elektrický signál, který lze změřit pomocí měřiče nebo záznamníku.
Koncentrace kovového iontu ve vzorku lze vypočítat porovnáním intenzity emitovaného světla se standardní křivkou získanou z známých koncentrací stejného kovového iontu.
Co je reflexní fotometrie?
Reflexní fotometrie je technika používaná k měření barvy nebo reflexních vlastností povrchu nebo objektu. Pracuje na principu, že různé povrchy reflektují různé množství a vlnové délky světla v závislosti na jejich fyzikálních a chemických charakteristikách.
Reflexní fotometrie používá světelný zdroj (obvykle bílé světlo) k osvětlení povrchu nebo objektu pod určitým úhlem. Reflektované světlo z povrchu nebo objektu je pak změřeno detektorem (obvykle spektrofotometrem nebo kolormetrem) pod jiným úhlem.
Detektor analyzuje spektrum nebo intenzitu reflektovaného světla v různých vlnových délkách a porovnává ho s referenčním standardem (obvykle bílý povrch). Barvu nebo reflexní vlastnosti povrchu nebo objektu lze vyjádřit různými parametry, jako jsou odstín (dominantní vlnová délka), sytost (čistota), jas (svit), chromatické souřadnice (x, y, z), barvový index (CIE Lab*), atd.
Reflexní fotometrie lze použít pro různé účely, jako je kontrola kvality, shoda barev, identifikace barev, komunikace barev, atd. Lze ji aplikovat na různé materiály a objekty, jako jsou laky, textilie, plast, kovy a keramika.
Jaké jsou fotometrické množství a jednotky?
Fotometrická množství jsou odvozena od radiometrických množství aplikací luminancní funkce jako váhového faktoru. Luminancní funkce reprezentuje relativní odezvu lidského oka na různé vlnové délky světla. Nejčastěji používaná luminancní funkce je fotopická citlivostní funkce, která modeluje odezvu oka za jasných podmínek. Další luminancní funkce zahrnují skotopickou citlivostní funkci, která modeluje odezvu oka za tmavých podmínek, a mezopickou citlivostní funkci, která modeluje odezvu oka za středních podmínek.
Jaké jsou fotometrické přístroje a metody?
Fotometrické přístroje jsou zařízení, která měří fotometrická množství různými metodami a principy. Některé z běžných fotometrických přístrojů a metod jsou:
