Fotometria: Miben áll?

A fotometria a fény mérésének tudományája, amelyet a szem által érzékelhető fényerő alapján végez. Ez eltér a radiometriától, ami a sugárzott energiát (fényt is beleértve) abszolút teljesítmény alapján méri. A fotometria csak a szem által látott hullámhosszúságok (fény) tartományát veszi figyelembe.

A szem képes rádiációt észlelni, amelynek hullámhossza 370 nm és 780 nm között van. Ez a tartomány a látható spektrum vagy egyszerűen fény. A rövidebb hullámhosszú rádiáció ultravilágos rádiációnak, a hosszabb hullámhosszú rádiáció pedig infravilágos rádiációnak nevezik. A fotometria nem tartalmazza az ultravilágos vagy infravilágos rádiációt.

A fotometria az emberi szem reakciója a fényre függvényként a hullámhossztól. A szem nem egyformán érzékeny minden hullámhosszú fényre. Érzékenyebb a zöld fénnyel és kevésbé a vörös és ibolya fénnyel. A szem alkalmazkodik különböző fényintenzitásokhoz. Két látási módban működik: a fotopikus látásban és a skotopikus látásban.

A fotopikus látás a szem reakciója nagy fényintenzitásokon, például nappali időben vagy mesterséges megvilágítás esetén. A fotopikus látás képes színek és részletek felismerésére. A skotopikus látás a szem reakciója alacsony fényintenzitásokon, például éjszaka vagy csillagfény alatt. A skotopikus látás nem képes színeket felismerni, és alacsony felbontású. Van még egy átmeneti zóna a fotopikus és skotopikus látás között, a mezopikus látás.

A fotometria standardizált modellekkel méri a szem reakcióját a fényre különböző hullámhosszokon és fényintenzitásokon. Ezek a modellek luminoszitási függvényeknek nevezik. Ezek a függvények a sugaródó teljesítményt súlyozzák olyan tényezőkkel, amelyek a szem érzékenységét jelzik adott hullámhosszon. A leggyakrabban használt luminoszitási függvény a fotopikus érzékenységi függvény, amely a szem reakcióját modelljezi fotopikus körülmények között. Más luminoszitási függvények a skotopikus érzékenységi függvény és a mezopikus érzékenységi függvény.

A fotometria sok alkalmazást talál különböző tudományterületeken, mérnöki és művészeti területeken. Használják a fény forrásainak, anyagainak és objektumainak fényerőjének, színének és minőségének mérésére és jellemzésére. Használják a fény hatásának vizsgálatára az emberi egészségre, viselkedésre és érzékelésre.

Ebben a cikkben részletesebben foglalkozunk a fotometria típusaival, elveivel, alkalmazásaival és működésével. Beszélünk néhány eszközről és mértékegységről, amelyeket a fotometrikus mérésekhez használnak.

Mi a szál-fotometria?

A szál-fotometria egy technika, amelyet a neurológiai kutatásokban használnak élő állatok neurális tevékenységének felvétele céljából. Optikai szálakat használ a neuronaiba fejlődő fluoreszcens indikátorok felkutatására és a belőlük kiadott fluoreszcencia gyűjtésére.

A fluoreszcens indikátorok olyan molekulák, amelyek fluoreszcenciaviszonyait változtatják bizonyos biológiai paraméterek, például a kalcium koncentráció, feszültség, neurotransmitterek stb. változásaira. Genetikailag kódolt fluoreszcens indikátorok (GEFIs), például GCaMPs használatával lehet címezni specifikus neurona típusokat vagy agyterületeket optikai felvételre.

A szál-fotometria lehetővé teszi a nagy neurona populációk átlagos tevékenységének figyelését időben. Használható a neurális tevékenység korrelálására a viselkedési eseményekkel vagy ösztönzőkkel szabadon mozgó állatokban. A szál-fotometria előnyei más optikai felvételi technikák, például a két-foton mikroszkópia vagy a kalcium-képezéshez képest a szempontosság, a költséghatékonyság, a hordhatóság és a skálázhatóság.

Azonban a szál-fotometria néhány korlátozása is van, például alacsony térbeli felbontás, háttér-fluoreszcencia vagy mozgási artefaktusok miatti jeleskontamináció, valamint potenciális tiszta vagy gyulladás okozása a szál beültetése során.

Mi a láng-fotometria?

A láng-fotometria egy kémiai elemzési technika, amelyet bizonyos fémionok koncentrációjának meghatározására használnak egy mintában. Ezt a láng-emissziós spektrometriának vagy láng-atomi emissziós spektrometriának is nevezik.

A láng-fotometria elve, hogy bizonyos fémionok karakterisztikus hullámhosszúságú fényt sugároznak, amikor lángban melegítik őket. A kiadott fény intensitása arányos a fémionok koncentrációjával a mintában.

A láng-fotometria elsősorban alkalis fémek (csoport 1) és alkális földfémek (csoport 2) esetén használatos, például nátrium, kalium, kalcium, litium stb. Ezek a fémek alacsony ionizációs energiával rendelkeznek, és könnyen felkutathatók a lángból származó hőenergiával.

A láng-fotometria végrehajtásához egy mintamegoldatot, amely tartalmazza a fémionokat, bespriccelnek egy lángba (általában levegő-acetylén láng). A láng párologtatja és atomizálja a mintát a szökőelemekre. Néhány ezekből az atomokból felkutatják magasabb energiaszintre a lángból származó hőenergia felvételével. Ezek a felkutatott atomok végül visszatérnek alapállapotukba, fényfotonok kiadásával, amelyek specifikus hullámhosszúságai felelnek meg energiatranszformációjuknak.

A kiadott fényt egy lencserendszer gyűjti, majd egy monokromatort (egy eszközt, amely kiválaszt egy szűk hullámhosszúság-szakaszt) átvisz. A monokromator csak a kívánt hullámhosszúságú fényt enged át, amely a vizsgált fémionhoz tartozik, hogy elérje a detektort (általában fotomultiplikátor tükröt vagy fotodiódát). A detektor a fényjel elektromos jelre alakítja, amelyet egy mérő vagy regisztráló eszköz mér.

A fémion koncentrációja a mintában a kiadott fény intensitásának összehasonlításával számítható egy standard görbével, amelyet a mintában lévő ugyanazon fémion ismert koncentrációiból kapott.

Mi a visszaverődési fotometria?

Visszaverődési fotometria egy technika, amelyet a felületek vagy objektumok színének vagy visszaverődési tulajdonságainak mérésére használnak. Elve, hogy különböző felületek különböző mennyiségű és hullámhosszúságú fényt vernek vissza, attól függően, hogy fizikai és kémiai jellemzőik milyenek.

A visszaverődési fotometria egy fényforrást (általában fehér fényt) használ, hogy egy adott szögből világítsa meg a felületet vagy az objektumot. A felület vagy az objektumból visszaverődött fényt egy detektornak (általában spektrofotometronak vagy színmérőnek) méri egy másik szögben.

A detektor elemzi a visszaverődött fény spektrumát vagy intensitását különböző hullámhosszúságokon, és összehasonlítja azt egy referenciaértékkel (általában fehér felülettel). A felület vagy az objektum színe vagy visszaverődési tulajdonságai különböző paraméterekkel fejezhetők ki, például nyanszus (domináns hullámhosszúság), szätturáció (tisztaság), világosság (fényerő), színszabályzatkoordináták (x,y,z), színtudományi index (CIE Lab*), stb.

A visszaverődési fotometria különböző célokra használható, például minőségellenőrzés, színpárosítás, színazonosítás, színkommunikáció, stb. Alkalmazható különböző anyagokra és objektumokra, például festékek, szövetek, műanyagok, fémek és kerámia.

Milyen fotometrikus mennyiségek és egységek léteznek?

A fotometrikus mennyiségek a radiometrikus mennyiségekből származnak, a luminoszitási függvény alkalmazásával, mint súlyozó faktor. A luminoszitási függvény a szem relatív reakcióját különböző hullámhosszúságú fényre jeleníti meg. A leggyakrabban használt luminoszitási függvény a fotopikus érzékenységi függvény, amely a szem reakcióját modellezi erős fénykörülmények között. Más luminoszitási függvények a skotopikus érzékenységi függvény, amely a szem reakcióját modellezi sötét körülmények között, és a mezopikus érzékenységi függvény, amely a szem reakcióját modellezi közepes körülmények között.

Milyen fotometrikus eszközök és módok léteznek?