Fotometrija: Što je to?

Fotometrija je znanost koja se bavi mjerenjem svjetlosti u smislu njenog percepcije sjajnosti ljudskim okom. Razlikuje se od radiometrije, koja mjeri radijantnu energiju (uključujući svjetlost) u smislu apsolutne snage. Fotometrija uzima u obzir samo vidljivi spektar valnih duljina (svjetlost) koji može stimulirati ljudsko oko.

Ljudsko oko može detektirati zračenje koje ima valnu duljinu između 370 nm i 780 nm. Taj opseg se naziva vidljivi spektar ili jednostavno svjetlost. Zračenje s kraćom valnom duljinom od svjetlosti se naziva ultraljubičasto zračenje, a zračenje s dužom valnom duljinom od svjetlosti se naziva infracrveno zračenje. Fotometrija ne uključuje ultraljubičasto ili infracrveno zračenje.

Fotometrija temelji se na reakciji oka na svjetlost kao funkciju valne duljine. Oko nije jednako osjetljivo na sve valne duljine svjetlosti. Više je osjetljivo na zelenu svjetlost i manje na crvenu i ljubičastu svjetlost. Oko se također prilagođava različitim razinama sjajnosti. Ima dva načina vida: fotopski vid i skotopski vid.

Fotopski vid je reakcija oka na visoke razine sjajnosti, poput onih tijekom dana ili pod umjetnim osvjetljenjem. Fotopski vid može razlikovati boje i detalje. Skotopski vid je reakcija oka na niske razine sjajnosti, poput onih tijekom noći ili pod zvjezdanim svjetlom. Skotopski vid ne može prepoznati boje i ima nisku razinu rezolucije. Postoji i prijelazna zona između fotopskog i skotopskog vida zvana mezopski vid.

Fotometrija koristi standardizirane modele reakcije oka na svjetlost na različitim valnim duljinama i razinama sjajnosti. Ti modeli se nazivaju luminosne funkcije. Koriste se za teženje radijantne snage na svakoj valnoj duljini faktorom koji predstavlja koliko je oko osjetljivo na toj valnoj duljini. Najčešće korištena luminosna funkcija je fotopska osjetljivostna funkcija, koja modelira reakciju oka pod fotopskim uvjetima. Ostale luminosne funkcije uključuju skotopsku osjetljivostnu funkciju i mezopsku osjetljivostnu funkciju.

Fotometrija ima mnogo primjena u različitim područjima znanosti, inženjerstva i umjetnosti. Koristi se za mjerenje i karakterizaciju sjajnosti, boje i kvalitete izvora svjetlosti, materijala i objekata. Također se koristi za studiranje učinaka svjetlosti na ljudsko zdravlje, ponašanje i percepciju.

U ovom članku istražit ćemo neke vrste, principi, primjene i rad fotometrije u više detalja. Također ćemo diskutirati neke instrumente i jedinice korištene za fotometrijska mjerenja.

Što je Fiberska fotometrija?

Fiberska fotometrija je tehnika koja se koristi u neuroznanosti za snimanje neuralne aktivnosti u živim životinjama. Koristi optičke vlakna za dostavljanje pobudne svjetlosti neuronima koji izražavaju fluorescentne indikatore i prikupljanje emitirane fluorescencije s njih.

Fluorescentni indikatori su molekule koje mijenjaju svoja fluorescentna svojstva u odgovoru na promjene određenih bioloških parametara, poput koncentracije kalcija, napona, neurotransmitera itd. Korištenjem genetski kodiranih fluorescentnih indikatora (GEFI), poput GCaMP-a, moguće je ciljano odabrati određene vrste neurona ili regije mozga za optičko snimanje.

Fiberska fotometrija omogućuje praćenje prosječne aktivnosti velikih populacija neurona tijekom vremena. Može se koristiti za usporedbu neuralne aktivnosti s ponašanjem životinja ili stimuli u slobodno kretajućim životinjama. Fiberska fotometrija ima prednosti nad drugim optičkim tehnikama snimanja, poput dvofotonove mikroskopije ili kalcijskog slikanja, u pogledu jednostavnosti, ekonomičnosti, portabilnosti i skalabilnosti.

Međutim, fiberska fotometrija ima i neke ograničenja, poput niske prostorne rezolucije, kontaminacije signala od pozadinske fluorescencije ili artefakata pokreta, te potencijalne štete tkiva ili upale od implantacije vlakana.

Što je Plaminska fotometrija?

Plaminska fotometrija je tehnika korištena za kemjsku analizu kako bi se odredila koncentracija određenih metalnih iona u uzorku. Poznata je i kao plaminska emisijska spektroskopija ili plaminska atomna emisijska spektroskopija.

Plaminska fotometrija temelji se na principu da neki metalni ioni emitiraju karakteristične valne duljine svjetlosti kada se zagrijavaju u plamenu. Intenzitet emitirane svjetlosti proporcionalan je koncentraciji metalnih iona u uzorku.

Plaminska fotometrija se uglavnom koristi za alkalijske metale (grupa 1) i alkalnozemne metale (grupa 2), poput natrija, kalija, kalcija, litija itd. Ovi metali imaju niske ionizacijske energije i lako se mogu pobuditi termalnom energijom iz plamena.

Da bi se izvršila plaminska fotometrija, uzorska otopina koja sadrži metalneione sprski se u plamen (obično zrak-acetilen plamen). Plamen vaporizira i atomizira uzorak u njegove sastavnice. Neki od tih atoma se zatim pobude na više energetske razina absorbirajući termalnu energiju iz plamena. Ovi pobudeni atomi konačno vraćaju se u svoju osnovnu stanju emitirajući foton svjetlosti sa specifičnim valnim duljinama kojima odgovaraju njihovi energetski prijelazi.

Emitirana svjetlost se zatim prikuplja sustavom sočiva i prolazi kroz monohromator (uređaj koji odabire uski opseg valnih duljina). Monohromator dopušta da samo željena valna duljina svjetlosti koja odgovara metalnom ionu dosegne detektor (obično fotomnožač ili fotodiode). Detektor pretvara svjetlosni signal u električni signal koji se može mjeriti metrom ili snimačem.

Koncentracija metalnogiona u uzorku može se izračunati usporedbom intenziteta emitirane svjetlosti s standardnom krivuljom dobivenom iz poznatih koncentracija istog metalnogiona.

Što je Fotometrija refleksije?

Refleksija fotometrija je tehnika koja se koristi za mjerenje boje ili refleksivnih svojstava površine ili objekta. Temelji se na principu da različite površine reflektiraju različite količine i valne duljine svjetlosti ovisno o njihovim fizikalnim i kemijskim karakteristikama.

Fotometrija refleksije koristi izvor svjetlosti (obično bijelu svjetlost) za osvjetljenje površine ili objekta pod određenim kutom. Reflektirana svjetlost s površine ili objekta zatim se mjeri detektorom (obično spektrofotometrom ili kolorimetrom) pod drugim kutom.

Detektor analizira spektar ili intenzitet reflektirane svjetlosti na različitim valnim duljinama i uspoređuje ga s referentnim standardom (obično bijela površina). Boja ili refleksivna svojstva površine ili objekta mogu se izraziti različitim parametrima, poput nuansa (dominantne valne duljine), nasitnosti (čistoće), sjajnosti (luminancije), kromatičkih koordinata (x,y,z), indeksa boje (CIE Lab*), itd.

Fotometrija refleksije može se koristiti za različite svrhe, poput kontrole kvalitete, podudaranja boja, identifikacije boja, komunikacije boja itd. Može se primijeniti na različite materijale i objekte, poput boja, tekstila, plastike, metala i keramike.

Koji su fotometrijski kvantiteti i jedinice?

Fotometrijski kvantiteti izvedeni su iz radiometrijskih kvantiteta primjenom luminosne funkcije kao faktora teženja. Luminosna funkcija predstavlja relativnu reakciju ljudskog oka na različite valne duljine svjetlosti. Najčešće korištena luminosna funkcija je fotopska osjetljivostna funkcija, koja modelira reakciju oka u svjetlim uvjetima. Ostale luminosne funkcije uključuju skotopsku osjetljivostnu funkciju, koja modelira reakciju oka u tamnim uvjetima, i mezopsku osjetljivostnu funkciju, koja modelira reakciju oka u međuvim uvjetima.

Koji su fotometrijski instrumenti i metode?

Fotometrijski instrumenti su uređaji koji mjeri fotometrijske kvantitete koristeći različite metode i principe. Neke od najčešćih fotometrijskih instrumenata i metoda su:

• Fotometri: Fotometri su uređaji koji mjeri relativnu sjajnost izvora svjetlosti ili objekata usporedbom s referentnim standardom. Fotometri se mogu klasificirati u različite vrste prema njihovom dizajnu i primjeni, poput vizualnih fotometara, fotoelektričnih fotometara, filtra fotometara, spektrofotometara itd.

• Kolorimetri: Kolorimetri su uređaji