Pagsukat ng Liwanag: Ano ito?

Ang photometry ay ang agham ng pagsukat ng liwanag sa pamamagitan ng kanyang napapansin na kahelihan para sa mata ng tao. Ito ay naiiba mula sa radiometry, na nagsusukat ng radiant energy (kasama ang liwanag) sa pamamagitan ng absolutong lakas. Ang photometry lamang ay isinasama ang visible range ng wavelengths (liwanag) na maaaring mapanindigan ang mata ng tao.

Ang mata ng tao ay maaaring detekta ang radiation na may wavelength na nasa pagitan ng 370 nm at 780 nm. Tinatawag itong visible spectrum o simple lang na liwanag. Ang radiation na may wavelength na mas maikli kaysa sa liwanag ay tinatawag na ultraviolet radiation, at ang radiation na may wavelength na mas mahaba kaysa sa liwanag ay tinatawag na infrared radiation. Ang photometry ay hindi kasama ang ultraviolet o infrared radiation.

Ang photometry ay batay sa tugon ng mata sa liwanag bilang isang function ng wavelength. Ang mata ay hindi pantay-pantay na sensitibo sa lahat ng wavelengths ng liwanag. Mas sensitibo ito sa berdeng liwanag at mas kaunti sa pulang at violet na liwanag. Ang mata ay din nag-aadapt sa iba't ibang antas ng kahelihan. Mayroon itong dalawang mode ng paningin: photopic vision at scotopic vision.

Ang photopic vision ay ang tugon ng mata sa mataas na antas ng kahelihan, tulad ng sa araw o sa ilalim ng artipisyal na iluminasyon. Ang photopic vision ay maaaring makilala ang mga kulay at detalye. Ang scotopic vision naman ay ang tugon ng mata sa mababang antas ng kahelihan, tulad ng sa gabi o sa ilalim ng liwanag ng mga bituin. Ang scotopic vision ay hindi maaaring makilala ang mga kulay at may mababang resolusyon. Mayroon din isang transition zone sa pagitan ng photopic at scotopic vision na tinatawag na mesopic vision.

Ang photometry ay gumagamit ng standardized models ng tugon ng mata sa liwanag sa iba't ibang wavelengths at antas ng kahelihan. Tinatawag itong luminosity functions. Ginagamit ito upang i-weigh ang radiant power sa bawat wavelength sa pamamagitan ng isang factor na kinakatawan kung gaano katapat ang mata sa wavelength na iyon. Ang pinaka-karaniwang ginagamit na luminosity function ay ang photopic sensitivity function, na modelo ang tugon ng mata sa ilalim ng photopic conditions. Ang iba pang luminosity functions ay kinabibilangan ng scotopic sensitivity function at mesopic sensitivity function.

May maraming aplikasyon ang photometry sa iba't ibang larangan ng agham, inhenyeriya, at sining. Ginagamit ito upang sukatin at karakterisin ang kahelihan, kulay, at kalidad ng mga source ng liwanag, materyales, at bagay. Ginagamit din ito upang mag-aral ng mga epekto ng liwanag sa kalusugan, pag-uugali, at pananaw ng tao.

Sa artikulong ito, aalisamin natin ang ilang mga uri, prinsipyo, aplikasyon, at paggana ng photometry sa higit na detalye. Pag-uusapan din natin ang ilang mga instrumento at yunit na ginagamit para sa photometric measurements.

Ano ang Fiber Photometry?

Ang fiber photometry ay isang teknik na ginagamit sa neuroscience upang irekord ang neural activity sa buhay na mga hayop. Ginagamit ito ng optical fibers upang ipadala ang excitation light sa mga neuron na nag-eexpress ng fluorescent indicators at kolektuhin ang emitted fluorescence mula sa kanila.

Ang fluorescent indicators ay mga molekula na nagbabago ang kanilang fluorescence properties sa paglipas ng ilang biological parameters, tulad ng calcium concentration, voltage, neurotransmitters, etc. Sa pamamagitan ng genetically encoded fluorescent indicators (GEFIs), tulad ng GCaMPs, maaari ring itarget ang tiyak na uri ng neurons o brain regions para sa optical recording.

Ang fiber photometry ay nagbibigay-daan sa pagsusuri ng average activity ng malaking populasyon ng neurons sa loob ng panahon. Maaari itong gamitin upang icorrelate ang neural activity sa mga behavioral events o stimuli sa mga libreng galaw na hayop. May mga advantage ang fiber photometry sa iba pang optical recording techniques, tulad ng two-photon microscopy o calcium imaging, sa termino ng simplicity, cost-effectiveness, portability, at scalability.

Gayunpaman, may ilang limitations din ang fiber photometry, tulad ng mababang spatial resolution, signal contamination mula sa background fluorescence o movement artifacts, at potensyal na tissue damage o inflammation mula sa fiber implantation.

Ano ang Flame Photometry?

Ang flame photometry ay isang teknik na ginagamit para sa chemical analysis upang matukoy ang concentration ng ilang metal ions sa isang sample. Kilala rin ito bilang flame emission spectroscopy o flame atomic emission spectroscopy.

Ang flame photometry ay gumagana sa prinsipyong ang ilang metal ions ay naglalabas ng characteristic wavelengths ng liwanag kapag sila ay iniinit sa apoy. Ang intensity ng emitted light ay proporsyonal sa concentration ng metal ions sa sample.

Ginagamit ang flame photometry lalo na para sa alkali metals (group 1) at alkaline earth metals (group 2), tulad ng sodium, potassium, calcium, lithium, etc. Ang mga metal na ito ay may mababang ionization energies at maaaring madaling mapasiglahan ng thermal energy mula sa apoy.

Upang maisagawa ang flame photometry, isang sample solution na naglalaman ng metal ions ay isinaspray sa apoy (karaniwang air-acetylene flame). Ang apoy ay nagvaporize at atomizes ang sample sa kanyang mga constituent elements. Ang ilan sa mga atoms ay pagkatapos ay mapasiglahan sa mas mataas na energy levels sa pamamagitan ng pag-absorb ng thermal energy mula sa apoy. Ang mga excited atoms na ito ay pagkatapos ay bumabalik sa kanilang ground state sa pamamagitan ng paglabas ng photons ng liwanag na may specific wavelengths na tumutugon sa kanilang energy transitions.

Ang emitted light ay pagkatapos ay ikolekta ng isang lens system at ipadaan sa isang monochromator (isang device na nagpili ng isang narrow range ng wavelengths). Ang monochromator ay nagpapayag lamang ng desired wavelength ng liwanag na tumutugon sa metal ion na interes na umabot sa isang detector (karaniwang photomultiplier tube o photodiode). Ang detector ay konberts ang light signal sa isang electrical signal na maaaring sukatin ng isang meter o recorder.

Maaaring makalkula ang concentration ng metal ion sa sample sa pamamagitan ng paghahambing ng intensity ng emitted light sa isang standard curve na nakuha mula sa alam na concentrations ng parehong metal ion.

Ano ang Reflectance Photometry?

Reflectance photometry ay isang teknik na ginagamit upang sukatin ang kulay o reflectance properties ng isang surface o object. Gumagana ito sa prinsipyong ang iba't ibang surfaces ay nagrereflect ng iba't ibang dami at wavelengths ng liwanag depende sa kanilang pisikal at chemical characteristics.

Ang reflectance photometry ay gumagamit ng light source (karaniwang white light) upang iluminahin ang isang surface o object sa isang tiyak na angle. Ang reflected light mula sa surface o object ay pagkatapos ay sinusukat ng isang detector (karaniwang spectrophotometer o colorimeter) sa isa pang angle.

Ang detector ay analisa ang spectrum o intensity ng reflected light sa iba't ibang wavelengths at hahambingin ito sa isang reference standard (karaniwang white surface). Ang kulay o reflectance properties ng surface o object ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng iba't ibang parameters, tulad ng hue (dominant wavelength), saturation (purity), brightness (luminance), chromaticity coordinates (x,y,z), color index (CIE Lab*), etc.

Ginagamit ang reflectance photometry para sa iba't ibang layunin, tulad ng quality control, color matching, color identification, color communication, etc. Maaari itong ipakilala sa iba't ibang materyales at objects, tulad ng paints, textiles, plastics, metals, at ceramics.

Alin ang Photometric Quantities at Units?

Ang photometric quantities ay nakukuha mula sa radiometric quantities sa pamamagitan ng pag-apply ng luminosity function bilang isang weighting factor. Ang luminosity function ay kinakatawan ang relative response ng mata ng tao sa iba't ibang wavelengths ng liwanag. Ang pinaka-karaniwang ginagamit na luminosity function ay ang photopic sensitivity function, na modelo ang tugon ng mata sa ilalim ng maliliwanag na kondisyon. Ang iba pang luminosity functions ay kinabibilangan ng scotopic sensitivity function, na modelo ang tugon ng mata sa ilalim ng madilim na kondisyon, at ang mesopic sensitivity function, na modelo ang tugon ng mata sa ilalim ng intermediate conditions.

Ano ang Photometric Instruments at Methods?

Ang photometric instruments ay mga device na nagsusukat ng photometric quantities gamit ang iba't ibang methods at principles. Ang ilan sa karaniwang photometric instruments at methods ay:

• Photometers: Ang photometers ay mga device na nagsusukat ng relative brightness ng mga light sources o objects sa pamamagitan ng paghahambing nito sa isang reference standard. Maaaring ikategorya ang photometers sa iba't ibang types batay sa kanilang disenyo at application, tulad ng visual photometers, photoelectric photometers, filter photometers, spectrophotometers, etc.

• Colorimeters: Ang colorimeters ay mga device na nagsusukat ng kulay ng mga light sources o objects sa pamamagitan ng pag-analyze ng kanilang spectral composition. Maaaring ikategorya ang colorimeters sa iba't ibang types batay sa kanilang disenyo at application, tulad ng tristimulus colorimeters, chromameters, spectroradiometers, etc.

• Integrating spheres: Ang integrating spheres ay mga device na nagsusukat ng total luminous flux ng mga light sources o objects sa pamamagitan ng pag-enclose nito sa isang spherical cavity na may highly reflective inner surface. Maaaring gamitin ang integrating spheres para sa iba't ibang layunin, tulad ng calibration ng mga light sources, measurement ng reflectance o transmittance ng mga materyales, measurement ng angular distribution ng mga light sources, etc.

• Goniophotometers: Ang goniophotometers ay mga device na nagsusukat ng angular distribution ng luminous intensity o luminance ng mga light sources o objects sa pamamagitan ng pag-rotate nito sa paligid ng isang o higit pang axes. Maaaring gamitin ang goniophotometers para sa iba't ibang layunin, tulad ng characterization ng mga light sources, measurement ng optical