فوتومتری: این چیست؟

فوتومتري عبارت است از علم اندازه‌گیری نور بر اساس درخشندگی آن که توسط چشم انسان درک می‌شود. این علم متفاوت از رادیومتری است که انرژی تابشی (از جمله نور) را بر اساس قدرت مطلق اندازه‌گیری می‌کند. فوتومتری فقط طول موج‌های مرئی را که می‌توانند چشم انسان را تحریک کنند، در نظر می‌گیرد.

چشم انسان می‌تواند تابش‌هایی با طول موج بین ۳۷۰ نانومتر و ۷۸۰ نانومتر را تشخیص دهد. این محدوده طیف مرئی یا به سادگی نور نامیده می‌شود. تابش‌هایی با طول موج کمتر از نور اشعه ماوراء بنفش و تابش‌هایی با طول موج بیشتر از نور اشعه ماوراءقرمز نامیده می‌شوند. فوتومتری شامل اشعه ماوراءبنفش یا ماوراءقرمز نمی‌شود.

فوتومتری بر پایه پاسخ چشم به نور به عنوان تابعی از طول موج استوار است. چشم به تمام طول موج‌های نور به یک اندازه حساس نیست. چشم به نور سبز بیشتر حساس و به نور قرمز و بنفش کمتر حساس است. چشم همچنین به سطوح مختلف درخشندگی سازگار می‌شود. دو حالت دید در چشم وجود دارد: دید فوتپیک و دید اسکوتپیک.

دید فوتپیک پاسخ چشم در سطوح بالای درخشندگی، مانند در طول روز یا زیر روشنایی مصنوعی است. دید فوتپیک می‌تواند رنگ‌ها و جزئیات را تمایز دهد. دید اسکوتپیک پاسخ چشم در سطوح پایین درخشندگی، مانند در شب یا زیر روشنایی ستاره‌ها است. دید اسکوتپیک نمی‌تواند رنگ‌ها را تمایز کند و دارای تفکیک‌پذیری پایین است. همچنین منطقه انتقالی بین دید فوتپیک و دید اسکوتپیک به نام دید مزوپیک وجود دارد.

فوتومتری از مدل‌های استاندارد شده پاسخ چشم به نور در طول‌موج‌ها و سطوح درخشندگی استفاده می‌کند. این مدل‌ها توابع لومینوسیته نامیده می‌شوند. این توابع برای وزن دادن به توان تابشی در هر طول موج از یک عامل استفاده می‌کنند که نشان‌دهنده حساسیت چشم در آن طول موج است. پرکاربردترین تابع لومینوسیته تابع حساسیت فوتپیک است که پاسخ چشم را در شرایط فوتپیک مدل‌سازی می‌کند. سایر توابع لومینوسیته شامل تابع حساسیت اسکوتپیک و تابع حساسیت مزوپیک می‌شود.

فوتومتری کاربردهای زیادی در زمینه‌های مختلف علمی، مهندسی و هنری دارد. این علم برای اندازه‌گیری و مشخص کردن درخشندگی، رنگ و کیفیت منابع نور، مواد و اشیاء استفاده می‌شود. همچنین برای مطالعه تأثیرات نور بر سلامتی، رفتار و درک انسان نیز استفاده می‌شود.

در این مقاله، ما به بررسی برخی از انواع، اصول، کاربردها و عملکرد فوتومتری به صورت جزئی‌تر خواهیم پرداخت. همچنین به برخی از ابزارها و واحد‌های استفاده شده برای اندازه‌گیری‌های فوتومتریک نیز خواهیم پرداخت.

فوتومتری فیبری چیست؟

فوتومتری فیبری یک تکنیک است که در علوم عصبی برای ضبط فعالیت عصبی در حیوانات زنده استفاده می‌شود. این تکنیک از فیبرهای نوری برای ارسال نور تحریک‌کننده به نورون‌هایی که اندیکاتورهای فلورسانسی را بیان می‌کنند و جمع‌آوری فلورسانس منتشر شده از آنها استفاده می‌کند.

اندیکاتورهای فلورسانسی مولکول‌هایی هستند که خصوصیات فلورسانسی آنها در پاسخ به تغییرات در برخی پارامترهای بیولوژیکی، مانند غلظت کلسیم، ولتاژ، نوروترانسمیترها و غیره تغییر می‌کنند. با استفاده از اندیکاتورهای فلورسانسی کدگذاری ژنتیکی (GEFIs)، مانند GCaMPs، می‌توان نوع خاصی از نورون‌ها یا نواحی مغز را برای ضبط نوری هدف قرار داد.

فوتومتری فیبری می‌تواند فعالیت میانگین جمعیت‌های بزرگی از نورون‌ها را در طول زمان نظارت کند. این تکنیک می‌تواند برای همبستگی فعالیت عصبی با رویدادهای رفتاری یا تحریک‌های خارجی در حیوانات آزاد حرکت استفاده شود. فوتومتری فیبری مزایایی نسبت به سایر تکنیک‌های ضبط نوری، مانند میکروسکوپی دو فوتونی یا تصویربرداری کلسیم، از نظر سادگی، کارایی هزینه‌ای، حمل‌پذیری و مقیاس‌پذیری دارد.

با این حال، فوتومتری فیبری نیز محدودیت‌هایی دارد، مانند تفکیک‌پذیری مکانی پایین، آلودگی سیگنال از فلورسانس پس‌زمینه یا آرتیفاکت‌های حرکتی، و پتانسیل آسیب یا التهاب بافت از ایمپلانت‌سازی فیبر.

فوتومتری شعله‌ای چیست؟

فوتومتری شعله‌ای یک تکنیک است که برای تجزیه و تحلیل شیمیایی برای تعیین غلظت برخی یون‌های فلزی در یک نمونه استفاده می‌شود. این تکنیک همچنین به عنوان طیف‌سنجی تابش شعله‌ای یا طیف‌سنجی تابش اتمی شعله‌ای نیز شناخته می‌شود.

فوتومتری شعله‌ای بر اصلی استوار است که برخی یون‌های فلزی وقتی در یک شعله گرم می‌شوند، طول موج‌های مشخصی از نور را منتشر می‌کنند. شدت نور منتشر شده متناسب با غلظت یون‌های فلزی در نمونه است.

فوتومتری شعله‌ای عمدتاً برای فلزات قلیایی (گروه ۱) و فلزات قلیاکن (گروه ۲)، مانند سدیم، پتاسیم، کلسیم، لیتیوم و غیره استفاده می‌شود. این فلزات دارای انرژی یون‌سازی پایین هستند و می‌توانند به راحتی توسط انرژی گرمایی از یک شعله تحریک شوند.

برای انجام فوتومتری شعله‌ای، یک محلول نمونه حاوی یون‌های فلزی به یک شعله (معمولاً شعله اکسیژن-استیلن) پاشیده می‌شود. شعله نمونه را به عناصر تشکیل‌دهنده خود بخاری می‌کند. برخی از این اتم‌ها با جذب انرژی گرمایی از شعله به سطوح انرژی بالاتر تحریک می‌شوند. این اتم‌های تحریک‌شده در نهایت با منتشر کردن فوتون‌های نور با طول موج‌های خاص متناظر با تغییرات انرژی خود به سطح پایه بازمی‌گردند.

نور منتشر شده سپس توسط یک سیستم لنز جمع‌آوری شده و از طریق یک مونوکروماتور (یک دستگاه که محدوده باریکی از طول‌موج‌ها را انتخاب می‌کند) عبور می‌کند. مونوکروماتور تنها طول موج نور مورد نظر متناظر با یون فلزی مورد نظر را به یک детектор (معمولاً یک لامپ چندگانه یا یک فوتودیود) می‌رساند. детектор نور سیگنال را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که می‌تواند توسط یک متر یا یک ضبط‌کننده اندازه‌گیری شود.

غلظت یون فلزی در نمونه می‌تواند با مقایسه شدت نور منتشر شده با یک منحنی استاندارد که از غلظت‌های شناخته شده یکسان یون فلزی بدست آمده است محاسبه شود.

فوتومتری بازتابی چیست؟

بازتاب فوتومتری یک تکنیک است که برای اندازه‌گیری رنگ یا بازتاب خصوصیات یک سطح یا یک شیء استفاده می‌شود. این تکنیک بر اصلی استوار است که سطوح مختلف مقدار و طول موج‌های متفاوتی از نور را به دلیل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خود بازتاب می‌کنند.

فوتومتری بازتابی از یک منبع نور (معمولاً نور سفید) برای روشن کردن یک سطح یا یک شیء در یک زاویه خاص استفاده می‌کند. نور بازتاب شده از سطح یا شیء سپس توسط یک детектор (معمولاً یک طیف‌سنج یا یک کلرمتر) در یک زاویه دیگر اندازه‌گیری می‌شود.

детектор طیف یا شدت نور بازتاب شده در طول‌موج‌های مختلف را تجزیه و تحلیل می‌کند و آن را با یک استاندارد مرجع (معمولاً یک سطح سفید) مقایسه می‌کند. رنگ یا خصوصیات بازتابی سطح یا شیء می‌تواند با پارامترهای مختلفی مانند رنگ غالب (طول موج غالب)، اشباع (صفایت)، درخشندگی (لیومینانس)، مختصات کروماتیک (x,y,z)، شاخص رنگ (CIE Lab*) و غیره بیان شود.

فوتومتری بازتابی می‌تواند برای اهداف مختلفی مانند کنترل کیفیت، تطبیق رنگ، شناسایی رنگ، ارتباط رنگی و غیره استفاده شود. این تکنیک می‌تواند به مواد و اشیاء مختلفی مانند رنگ‌ها، پارچه‌ها، پلاستیک‌ها، فلزات و سرامیک‌ها اعمال شود.