Fotometría: ¿Qué es?
La fotometría es la ciencia de medir la luz en términos de su brillo percibido por el ojo humano. Es diferente de radiometría, que mide la energía radiante (incluida la luz) en términos de potencia absoluta. La fotometría solo considera el rango visible de longitudes de onda (luz) que pueden estimular el ojo humano.
El ojo humano puede detectar radiación con una longitud de onda entre 370 nm y 780 nm. Este rango se llama espectro visible o simplemente luz. La radiación con una longitud de onda más corta que la luz se llama radiación ultravioleta, y la radiación con una longitud de onda más larga que la luz se llama radiación infrarroja. La fotometría no incluye la radiación ultravioleta ni la infrarroja.
La fotometría se basa en la respuesta del ojo a la luz como función de la longitud de onda. El ojo no es igualmente sensible a todas las longitudes de onda de la luz. Es más sensible a la luz verde y menos sensible a la luz roja y violeta. El ojo también se adapta a diferentes niveles de brillo. Tiene dos modos de visión: la visión fótópica y la visión escotópica.
La visión fótópica es la respuesta del ojo a altos niveles de brillo, como durante el día o bajo iluminación artificial. La visión fótópica puede distinguir colores y detalles. La visión escotópica es la respuesta del ojo a bajos niveles de brillo, como durante la noche o bajo la luz de las estrellas. La visión escotópica no puede discernir colores y tiene baja resolución. También existe una zona de transición entre la visión fótópica y la escotópica llamada visión mesópica.
La fotometría utiliza modelos estandarizados de la respuesta del ojo a la luz en diferentes longitudes de onda y niveles de brillo. Estos modelos se llaman funciones de luminosidad. Se utilizan para ponderar la potencia radiante en cada longitud de onda por un factor que representa cuán sensible es el ojo a esa longitud de onda. La función de sensibilidad más comúnmente utilizada es la función de sensibilidad fótópica, que modela la respuesta del ojo en condiciones fótópicas. Otras funciones de luminosidad incluyen la función de sensibilidad escotópica y la función de sensibilidad mesópica.
La fotometría tiene muchas aplicaciones en diversos campos de la ciencia, la ingeniería y el arte. Se utiliza para medir y caracterizar el brillo, el color y la calidad de fuentes de luz, materiales y objetos. También se usa para estudiar los efectos de la luz en la salud, el comportamiento y la percepción humana.
En este artículo, exploraremos algunos de los tipos, principios, aplicaciones y funcionamiento de la fotometría en más detalle. También discutiremos algunos de los instrumentos y unidades utilizados para las mediciones fotométricas.
¿Qué es la fotometría de fibra?
La fotometría de fibra es una técnica utilizada en neurociencia para registrar la actividad neuronal en animales vivos. Utiliza fibras ópticas para entregar luz de excitación a neuronas que expresan indicadores fluorescentes y recoger la fluorescencia emitida por ellas.
Los indicadores fluorescentes son moléculas que cambian sus propiedades de fluorescencia en respuesta a cambios en ciertos parámetros biológicos, como la concentración de calcio, voltaje, neurotransmisores, etc. Al utilizar indicadores fluorescentes genéticamente codificados (GEFIs), como los GCaMPs, es posible dirigirse a tipos específicos de neuronas o regiones cerebrales para la grabación óptica.
La fotometría de fibra permite monitorear la actividad promedio de grandes poblaciones de neuronas a lo largo del tiempo. Puede usarse para correlacionar la actividad neuronal con eventos conductuales o estímulos en animales que se mueven libremente. La fotometría de fibra tiene ventajas sobre otras técnicas de grabación óptica, como la microscopía de dos fotones o la imagen de calcio, en términos de simplicidad, coste-efectividad, portabilidad y escalabilidad.
Sin embargo, la fotometría de fibra también tiene algunas limitaciones, como una resolución espacial baja, contaminación de la señal por fluorescencia de fondo o artefactos de movimiento, y daño o inflamación tisular potencial debido a la implantación de fibras.
¿Qué es la fotometría de llama?
La fotometría de llama es una técnica utilizada para el análisis químico para determinar la concentración de ciertos iones metálicos en una muestra. También se conoce como espectroscopia de emisión de llama o espectroscopia de emisión atómica de llama.
La fotometría de llama funciona sobre el principio de que algunos iones metálicos emiten longitudes de onda características de luz cuando se calientan en una llama. La intensidad de la luz emitida es proporcional a la concentración de iones metálicos en la muestra.
La fotometría de llama se utiliza principalmente para metales alcalinos (grupo 1) y metales alcalinotérreos (grupo 2), como sodio, potasio, calcio, litio, etc. Estos metales tienen energías de ionización bajas y pueden excitarse fácilmente por la energía térmica de una llama.
Para realizar la fotometría de llama, se rocía una solución de muestra que contiene los iones metálicos en una llama (generalmente una llama de aire-acetileno). La llama vaporiza y atomiza la muestra en sus elementos constituyentes. Algunos de estos átomos se excitan a niveles de energía más altos al absorber energía térmica de la llama. Estos átomos excitados eventualmente regresan a su estado fundamental emitiendo fotones de luz con longitudes de onda específicas correspondientes a sus transiciones de energía.
La luz emitida luego se recoge mediante un sistema de lentes y pasa a través de un monocromador (un dispositivo que selecciona un rango estrecho de longitudes de onda). El monocromador permite que solo la longitud de onda deseada de luz correspondiente al ion metálico de interés llegue a un detector (generalmente un tubo fotomultiplicador o un fotodiodo). El detector convierte la señal de luz en una señal eléctrica que puede ser medida por un medidor o un registrador.
La concentración del ion metálico en la muestra se puede calcular comparando la intensidad de la luz emitida con una curva estándar obtenida de concentraciones conocidas del mismo ion metálico.
¿Qué es la fotometría de reflectancia?
Reflectancia fotométrica es una técnica utilizada para medir el color o reflectancia de una superficie u objeto. Funciona sobre el principio de que diferentes superficies reflejan diferentes cantidades y longitudes de onda de luz dependiendo de sus características físicas y químicas.
La fotometría de reflectancia utiliza una fuente de luz (generalmente luz blanca) para iluminar una superficie u objeto a un cierto ángulo. La luz reflejada desde la superficie u objeto se mide entonces por un detector (generalmente un espectrofotómetro o un colorímetro) a otro ángulo.
El detector analiza el espectro o la intensidad de la luz reflejada en diferentes longitudes de onda y la compara con un estándar de referencia (generalmente una superficie blanca). El color o las propiedades de reflectancia de la superficie u objeto pueden expresarse mediante varios parámetros, como matiz (longitud de onda dominante), saturación (pureza), brillo (luminancia), coordenadas cromáticas (x, y, z), índice de color (CIE Lab*), etc.
La fotometría de reflectancia puede usarse para diversos fines, como control de calidad, coincidencia de colores, identificación de colores, comunicación de colores, etc. Se puede aplicar a diversos materiales y objetos, como pinturas, textiles, plásticos, metales y cerámicas.
¿Cuáles son las cantidades y unidades fotométricas?
Las cantidades fotométricas se derivan de las cantidades radiométricas aplicando la función de luminosidad como factor de ponderación. La función de luminosidad representa la respuesta relativa del ojo humano a diferentes longitudes de onda de luz. La función de luminosidad más comúnmente utilizada es la función de sensibilidad fótópica, que modela la respuesta del ojo en condiciones brillantes. Otras funciones de luminosidad incluyen la función de sensibilidad escotópica, que modela la respuesta del ojo en condiciones oscuras, y la función de sensibilidad mesópica, que modela la respuesta del ojo en condiciones intermedias.
¿Cuáles son los instrumentos y métodos fotométricos?
Los instrumentos fotométricos son dispositivos que miden cantidades fotométricas utilizando varios métodos y principios. Algunos de los instrumentos y métodos fotométricos comunes son:
Fotómetros: Los fotómetros son dispositivos que miden el brillo relativo de fuentes de luz u objetos comparándolos con un estándar de referencia. Los fotómetros pueden clasificarse en diferentes tipos según su diseño y aplicación, como fotómetros visuales, fotómetros fotoeléctricos, fotómetros de filtro, espectrofotómetros, etc.
Colorímetros: Los colorímetros son dispositivos que miden el color de fuentes de luz u objetos analizando su composición espectral. Los colorímetros pueden clasificarse en diferentes tipos según su diseño y aplicación, como colorímetros tristimulus, cromametros, espectrorradiómetros, etc.
Esferas integradoras: Las esferas integradoras son dispositivos que miden el flujo luminoso total de fuentes de luz u objetos encerrándolos en una cavidad esférica con una superficie interna altamente reflectante. Las esferas integradoras pueden usarse para diversos fines, como la calibración de fuentes de luz, la medición de la reflectancia o la transmitancia de materiales, la medición de la distribución angular de fuentes de luz, etc.
Goniófotómetros: Los goniófotómetros son dispositivos que miden la distribución angular de la intensidad luminosa o la luminancia de fuentes de luz u objetos rotándolos alrededor de uno o más ejes. Los goniófotómetros pueden usarse para diversos fines, como la caracterización de fuentes de luz, la medición de las
