Photometrie: Was ist das?

Photometrie ist die Wissenschaft, die sich mit der Messung von Licht anhand seiner wahrgenommenen Helligkeit für das menschliche Auge befasst. Sie unterscheidet sich von Radiometrie, die strahlende Energie (einschließlich Licht) in Bezug auf absolute Leistung misst. Photometrie berücksichtigt nur den sichtbaren Wellenlängenbereich (Licht), der das menschliche Auge stimulieren kann.

Das menschliche Auge kann Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 370 nm und 780 nm erkennen. Dieser Bereich wird als sichtbares Spektrum oder einfach Licht bezeichnet. Strahlung mit einer kürzeren Wellenlänge als Licht wird ultraviolette Strahlung genannt, und Strahlung mit einer längeren Wellenlänge als Licht wird infrarote Strahlung genannt. Photometrie schließt ultraviolette oder infrarote Strahlung nicht ein.

Photometrie basiert auf der Reaktion des Auges auf Licht als Funktion der Wellenlänge. Das Auge reagiert nicht gleichmäßig auf alle Wellenlängen des Lichts. Es ist empfindlicher für grünes Licht und weniger empfindlich für rotes und violettes Licht. Das Auge passt sich auch verschiedenen Helligkeitsniveaus an. Es hat zwei Sehmodi: photopische Sicht und skotopische Sicht.

Photopische Sicht ist die Reaktion des Auges bei hohen Helligkeitsniveaus, wie am Tag oder unter künstlicher Beleuchtung. Photopische Sicht kann Farben und Details unterscheiden. Skotopische Sicht ist die Reaktion des Auges bei niedrigen Helligkeitsniveaus, wie in der Nacht oder unter Sternenlicht. Skotopische Sicht kann keine Farben wahrnehmen und hat eine geringe Auflösung. Dazwischen gibt es einen Übergangsbereich zwischen photopischer und skotopischer Sicht, der mesopische Sicht genannt wird.

Photometrie verwendet standardisierte Modelle der Augenreaktion auf Licht bei verschiedenen Wellenlängen und Helligkeitsniveaus. Diese Modelle werden als Luminositätsfunktionen bezeichnet. Sie werden verwendet, um die strahlende Leistung bei jeder Wellenlänge durch einen Faktor zu gewichten, der darstellt, wie empfindlich das Auge bei dieser Wellenlänge ist. Die am häufigsten verwendete Luminositätsfunktion ist die photopische Empfindlichkeitsfunktion, die die Augenreaktion unter photopischen Bedingungen modelliert. Andere Luminositätsfunktionen sind die skotopische Empfindlichkeitsfunktion und die mesopische Empfindlichkeitsfunktion.

Photometrie hat viele Anwendungen in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft, Technik und Kunst. Sie wird verwendet, um die Helligkeit, Farbe und Qualität von Lichtquellen, Materialien und Objekten zu messen und zu charakterisieren. Sie wird auch verwendet, um die Auswirkungen von Licht auf die menschliche Gesundheit, Verhalten und Wahrnehmung zu studieren.

In diesem Artikel werden wir einige Arten, Prinzipien, Anwendungen und Arbeitsweisen der Photometrie detaillierter erläutern. Wir werden auch einige der Instrumente und Einheiten diskutieren, die für photometrische Messungen verwendet werden.

Was ist Fiber Photometrie?

Faserphotometrie ist eine Technik, die in der Neurowissenschaft zur Aufzeichnung neuronaler Aktivität in lebenden Tieren verwendet wird. Sie verwendet optische Fasern, um Anregungslicht zu Neuronen zu leiten, die fluoreszente Indikatoren ausdrücken, und emittierte Fluoreszenz von ihnen zu sammeln.

Fluoreszente Indikatoren sind Moleküle, die ihre Fluoreszenzeigenschaften in Reaktion auf Änderungen bestimmter biologischer Parameter, wie Calciumkonzentration, Spannung, Neurotransmitter usw., ändern. Durch die Verwendung genetisch kodierter fluoreszenter Indikatoren (GEFIs), wie GCaMPs, ist es möglich, spezifische Typen von Neuronen oder Gehirnregionen für die optische Aufzeichnung zu selektieren.

Faserphotometrie ermöglicht die Überwachung der durchschnittlichen Aktivität großer Populationen von Neuronen über die Zeit. Sie kann verwendet werden, um neuronale Aktivität mit Verhaltensereignissen oder Reizen in frei beweglichen Tieren zu korrelieren. Faserphotometrie hat Vorteile gegenüber anderen optischen Aufzeichnungstechniken, wie Zwei-Photonen-Mikroskopie oder Calcium-Bildgebung, was Einfachheit, Kosteneffizienz, Portabilität und Skalierbarkeit betrifft.

Faserphotometrie hat jedoch auch einige Einschränkungen, wie eine geringe räumliche Auflösung, Signalverunreinigung durch Hintergrundfluoreszenz oder Bewegungsartefakte und potenzielle Gewebeschädigungen oder Entzündungen durch Faserimplantation.

Was ist Flammenphotometrie?

Flammenphotometrie ist eine Technik, die zur chemischen Analyse verwendet wird, um die Konzentration bestimmter Metallionen in einem Probenmaterial zu bestimmen. Sie wird auch als Flammenemissionsspektroskopie oder Flammenatomemissionsspektroskopie bezeichnet.

Flammenphotometrie basiert auf dem Prinzip, dass einige Metallionen charakteristische Wellenlängen von Licht emittieren, wenn sie in einer Flamme erhitzt werden. Die Intensität des emittierten Lichts ist proportional zur Konzentration der Metallionen in der Probe.

Flammenphotometrie wird hauptsächlich für Alkalimetalle (Gruppe 1) und Erdalkalimetalle (Gruppe 2) wie Natrium, Kalium, Calcium, Lithium usw. verwendet. Diese Metalle haben niedrige Ionisierungsenergien und können leicht durch thermische Energie einer Flamme angeregt werden.

Um Flammenphotometrie durchzuführen, wird eine Probenlösung, die die Metallionen enthält, in eine Flamme (normalerweise eine Luft-Acetylen-Flamme) gesprüht. Die Flamme verdampft und atomisiert die Probe in ihre Bestandteile. Einige dieser Atome werden dann durch Absorption thermischer Energie aus der Flamme in höhere Energieniveaus angeregt. Diese angeregten Atome kehren letztendlich in ihren Grundzustand zurück, indem sie Photonen von Licht mit spezifischen Wellenlängen entsprechend ihrer Energietransitionen emittieren.

Das emittierte Licht wird dann von einem Linsensystem gesammelt und durch einen Monochromator (ein Gerät, das einen engen Wellenlängenbereich auswählt) geleitet. Der Monochromator lässt nur die gewünschte Wellenlänge des Lichts, die dem interessierenden Metallion entspricht, zu einem Detektor (normalerweise eine Photomultiplierröhre oder ein Photodioden) gelangen. Der Detektor wandelt das Lichtsignal in ein elektrisches Signal um, das von einem Meter oder einem Rekorder gemessen werden kann.

Die Konzentration des Metallions in der Probe kann berechnet werden, indem die Intensität des emittierten Lichts mit einer Standardkurve verglichen wird, die aus bekannten Konzentrationen des gleichen Metallions gewonnen wurde.

Was ist Reflexionsphotometrie?

Reflexionsphotometrie ist eine Technik, die zum Messen der Farbe oder Reflexionseigenschaften einer Oberfläche oder eines Objekts verwendet wird. Sie basiert auf dem Prinzip, dass verschiedene Oberflächen unterschiedliche Mengen und Wellenlängen von Licht reflektieren, abhängig von ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften.

Reflexionsphotometrie verwendet eine Lichtquelle (normalerweise weißes Licht), um eine Oberfläche oder ein Objekt in einem bestimmten Winkel zu beleuchten. Das reflektierte Licht von der Oberfläche oder dem Objekt wird dann von einem Detektor (normalerweise einem Spektrophotometer oder einem Farbmessgerät) in einem anderen Winkel gemessen.

Der Detektor analysiert das Spektrum oder die Intensität des reflektierten Lichts bei verschiedenen Wellenlängen und vergleicht es mit einem Referenzstandard (normalerweise einer weißen Oberfläche). Die Farbe oder Reflexionseigenschaften der Oberfläche oder des Objekts können durch verschiedene Parameter ausgedrückt werden, wie Farbton (dominante Wellenlänge), Sättigung (Reinheit), Helligkeit (Luminanz), chromatische Koordinaten (x, y, z), Farbindex (CIE Lab*), usw.

Reflexionsphotometrie kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, wie Qualitätskontrolle, Farbabgleich, Farbidentifikation, Farbkommunikation usw. Sie kann auf verschiedene Materialien und Objekte angewendet werden, wie Lacke, Textilien, Kunststoffe, Metalle und Keramiken.

Was sind die photometrischen Größen und Einheiten?

Photometrische Größen werden aus radiometrischen Größen abgeleitet, indem die Luminositätsfunktion als Gewichtungsfaktor angewendet wird. Die Luminositätsfunktion repräsentiert die relative Reaktion des menschlichen Auges auf verschiedene Wellenlängen des Lichts. Die am häufigsten verwendete Luminositätsfunktion ist die photopische Empfindlichkeitsfunktion, die die Augenreaktion unter hellen Bedingungen modelliert. Andere Luminositätsfunktionen sind die skotopische Empfindlichkeitsfunktion, die die Augenreaktion unter dunklen Bedingungen modelliert, und die mesopische Empfindlichkeitsfunktion, die die Augenreaktion unter intermediären Bedingungen modelliert.

Was sind die photometrischen Instrumente und Methoden?

Photometrische Instrumente sind Geräte, die photometrische Größen mit verschiedenen Methoden und Prinzipien messen. Einige der gängigen photometrischen Instrumente und Methoden sind:

• Photometer: Photometer sind Geräte, die die relative Helligkeit von Lichtquellen oder Objekten messen, indem sie diese mit einem Referenzstandard vergleichen. Photometer können nach ihrem Design und ihrer Anwendung in verschiedene Typen unterteilt werden, wie visuelle Photometer, photoelektrische Photometer, Filterphotometer, Spektrophotometer usw.

• Farbmessgeräte: Farbmessgeräte sind Geräte, die die Farbe von Lichtquellen oder Objekten messen, indem sie deren spektrale Zusammensetzung analysieren. Farbmessgeräte können nach ihrem Design und ihrer Anwendung in verschiedene Typen unterteilt werden, wie tristimulus-Farbmessgeräte, Chromameter, Spektro-Radiometer usw.

• Integrationskugeln: Integrationskugeln sind Geräte, die den gesamten lichtstrahlenden Fluss von Lichtquellen oder Objekten messen, indem sie sie in einer sphärischen Hohlraum mit einer hochreflektierenden Innenoberfläche einschließen. Integrationskugeln können für verschiedene Zwecke verwendet werden, wie die Kalibrierung von Lichtquellen, die Messung der Reflexion oder Durchlässigkeit