Fotomeetria: Mida see on?
Fotometria on teadusharuk, mis mõõdab valgust selle inimese silma poolt tundlikult nähtavas kõrguses. See on erinev radiometriast, mis mõõdab kiirgusenergiat (kaasa arvatud valgust) absoluutse võimu järgi. Fotometria arvestab ainult valguse lainepikkuste ulatust (valgust), mis võivad stimuleerida inimese silma.
Inimese silm suudab tuvastada lainepikkustega kiirgust, mis on vahemikus 370 nm kuni 780 nm. Seda vahemiku nimetatakse nähtava spektri või lihtsalt valguseks. Lainepikkusega lühem kui valgus on ultraviolettkiirgus ja lainepikkusega pikem kui valgus on infrapunane kiirgus. Fotometria ei hõlma ultraviolett- ega infrapunast kiirgust.
Fotometria põhineb silma reageerimisel valgusele lainepikkuse funktsioonina. Silm ei ole ühtlaselt tundlik kõigi lainepikkuste valguse vastu. See on tundlikum rohelise valguse vastu ja vähem tundlik punase ja violeti valguse vastu. Silm kohandub ka erinevatele heleduse tasemetele. Täis on kaks nägemise režiimi: fotopiline nägemine ja skotopiline nägemine.
Fotopiline nägemine on silma reaktsioon kõrgetel heleduse tasemetel, nagu päeval või kunstliku valguse all. Fotopiline nägemine suudab eristada värve ja üksikasju. Skotopiline nägemine on silma reaktsioon madalatel heleduse tasemetel, nagu öösel või tähetõkke all. Skotopilises nägemises ei saa eristada värve ja seda on madal resolutsioon. Fotopilise ja skotopilise nägemise vahel on ülemineku piirkond, mida nimetatakse mesopiliseks nägemiseks.
Fotometria kasutab standardiseeritud mudeleid silma reageerimisele valgusele erinevatel lainepikkustel ja heleduse tasemetel. Neid modeleid nimetatakse luminositeetfunktsioonideks. Need kasutatakse selleks, et paindada kiirgusvõimu igal lainepikkusel silma tundlikkusega selle lainepikkuse suhtes. Kõige levinum luminositeetfunktsioon on fotopiline tundlikkuse funktsioon, mis modelleerib silma reageerimist fotopilistes tingimustes. Muid luminositeetfunktsioone on skotopiline tundlikkuse funktsioon ja mesopiline tundlikkuse funktsioon.
Fotometria omab palju rakendusi erinevates teadusharudes, insenerides ja kunstides. Seda kasutatakse valguse allikate, materjalide ja objektide heleduse, värvi ja kvaliteedi mõõtmiseks ja iseloomustamiseks. Seda kasutatakse ka valguse mõju uurimiseks inimese tervise, käitumise ja nägemise peal.
Selles artiklis uurime fotometria tüübe, printsiipe, rakendusi ja tööpõhimõtteid üksikasjalikumalt. Arutame ka mõnda fotomeetriliste mõõtmiste seadmet ja ühikut.
Mis on laiusfotometria?
Laiusfotometria on neuroteaduses kasutatav meetod elavate loomade neuronaalset aktiivsust registreerimiseks. See kasutab optilisi laiusi, et edastada eksitamisvalgust neuronidele, mis väljendavad fluoreseerivaid indikaatoreid, ja koguda nendelt emiteeritud fluorest.
Fluoreseerivad indikaatorid on molekulid, mis muutuvad oma fluorentsiaspekte vastavalt teatud bioloogiliste parameetrite muutustele, nagu kalsiumikontsentratsioon, pinge, neurotransmitterid jne. Genetiliselt kodeeritud fluoreseerivate indikaatorite (GEFI) abil, nagu GCaMPsid, on võimalik sihtida spetsiifilisi neuroni tüüpe või ajupiirkondi optiliseks registreerimiseks.
Laiusfotometria võimaldab jälgida suure hulga neuronide keskmist aktiivsust ajas. Seda saab kasutada neuronaalset aktiivsust käitumisüritustega või stimuli seostamiseks vabalt liiguvates loomades. Laiusfotometriall on eeliseid teiste optiliste registreerimismeetodite, nagu kahefotoniline mikroskoopia või kalsiumi imeldamine, ees, mis puudutavad lihtsust, kuluefektiivsust, kaasaskantavust ja skaalautsusaamatust.
Kuid laiusfotometriall on ka mõned piirangud, nagu madal ruumilise resolutsioon, signaali kontamineerimine taustfluorentsiga või liigutuse artefaktidega ning potentsiaalne kõhutila kahjustus või süsteme inflammeerumine laiusimplanteerimise tõttu.
Mis on lämmefotometria?
Lämmefotometria on keemilise analüüsi meetod, mis kasutatakse kindlate metallioni kontsentratsiooni proovi määramiseks. Seda nimetatakse ka lämmekausspektrograafia või lämmekausspektrograafia nime all.
Lämmefotometria toimib selle printsiibi järgi, et mõned metallionid väljastavad karakteristlikke valguse lainepikkusi, kui neid lämmes soojendatakse. Väljastatud valguse intensiivsus on proovis olevate metallionide kontsentratsiooniga proportsionaalne.
Lämmefotometria kasutatakse peamiselt alkali metalle (grupp 1) ja alkaalimetaale (grupp 2), nagu natrium, kalitsium, litium jne. Need metallid omavad madalat ioniseerumisenergiat ja neid on lihtne excitida lämmest saadaval oleva soojuse kaudu.
Lämmefotometria läbiviimiseks spraydatakse metallionide sisaldav proovilihtlus lämmesse (tavaliselt õhu-aetseenlämmes). Lämmes vaporiseeritakse ja atomiseeritakse proovi oma osakesed. Mõned need aatomid excititakse kõrgemate energiatasemetele, absorbides lämmest soojusenergiat. Need excititavad aatomid naasevad lõpuks oma põhitasemetele, väljastades valguse fotonid, mille lainepikkused vastavad nende energiatransitionidele.
Väljastatud valgust kogutakse lensisüsteemi kaudu ja viiakse läbi monokromaat (seade, mis valib väikeste lainepikkuste valdkonna). Monokromaat lubab ainult soovitud lainepikkuse valguse, mis vastab huvi pakkuvale metallioni, jõuda detektorini (tavaliselt fotoehituse tuba või fotodiood). Detektor teisendab valgussignaali elektriliseks signaaliks, mida saab mõõta mõõturiga või registreerijaga.
Metallioni kontsentratsiooni proovis saab arvutada, võrreldes väljastatud valguse intensiivsust, mis on saadud teadmiste kontsentratsioonidega sama metallioni.
Mis on reflectanssfotometria?
Reflectanssfotometria on meetod, mida kasutatakse pinnase või objekti värvi või reflectansi omaduste mõõtmiseks. See toimib selle printsiibi järgi, et erinevad pinnased reflecteerivad erineva koguse ja lainepikkusega valgust, sõltuvalt nende füüsikaliste ja keemiliste omadustest.
Reflectanssfotometria kasutab valguse allikat (tavaliselt valge valgus) pinnase või objekti valgustamiseks teatud nurgaga. Pinnase või objekti poolt reflecteeritud valgust mõõdetakse siis detektori (tavaliselt spektrofotomeeter või kolorimeeter) kaudu teisest nurgast.
Detektor analüüsib reflecteeritud valguse spektri või intensiivsust erinevatel lainepikkustel ja võrdleb seda referentstandardiga (tavaliselt valge pind). Pinnase või objekti värvi või reflectansi omadusi saab väljendada mitmesugustel parameetritel, nagu nuance (domineeriv lainepikkus), saatus (puhaste), heledus (luminants), kromatilised koordinaadid (x, y, z), värvisuurus (CIE Lab*), jne.
Reflectanssfotometria saab kasutada erinevate eesmärkidega, nagu kvaliteedikontroll, värvi vastavus, värvi identifitseerimine, värvi kommunikatsioon jne. Seda saab rakendada erinevatele materjalidele ja objektidele, nagu värvidele, tekstiile, plastidele, metallidele ja keramiikale.
Mis on fotomeetrilised suurused ja ühikud?
Fotomeetrilised suurused tulenevad radiomeetrilistest suurustest, kui rakendatakse luminositeetfunktsiooni kui kaalu tegur. Luminositeetfunktsioon esindab inimese silma suhtelist reageerimist erinevatele valguse lainepikkustele. Kõige levinum luminositeetfunktsioon on fotopiline tundlikkuse funktsioon, mis modelleerib silma reageerimist heledatel tingimustel. Muid luminositeetfunktsioone on skotopiline tundlikkuse funktsioon, mis modelleerib silma reageerimist tumedatel tingimustel, ja mesopiline tundlikkuse funktsioon, mis modelleerib silma reageerimist poolumeelsetel tingimustel.
Mis on fotomeetrilised seadmed ja meetodid?
Fotomeetrilised seadmed on seadmed, mis mõõdavad fotomeetrilisi suurusi kasutades erinevaid meetodeid ja printsiipe. Mõned tavalised fotomeetrilised seadmed ja meetodid on:
