Fotometria: Cos'è?
La fotometria è la scienza che misura la luce in termini di luminosità percepita dall'occhio umano. Si differenzia dalla radiometria, che misura l'energia radiante (compresa la luce) in termini di potenza assoluta. La fotometria considera solo la gamma di lunghezze d'onda (luce) visibili che possono stimolare l'occhio umano.
L'occhio umano può rilevare radiazioni con una lunghezza d'onda compresa tra 370 nm e 780 nm. Questo intervallo è chiamato spettro visibile o semplicemente luce. Le radiazioni con una lunghezza d'onda inferiore alla luce sono chiamate radiazioni ultraviolette, mentre le radiazioni con una lunghezza d'onda superiore alla luce sono chiamate radiazioni infrarosse. La fotometria non include le radiazioni ultraviolette o infrarosse.
La fotometria si basa sulla risposta dell'occhio alla luce in funzione della lunghezza d'onda. L'occhio non è sensibile in modo uniforme a tutte le lunghezze d'onda della luce. È più sensibile alla luce verde e meno sensibile alla luce rossa e violetta. L'occhio si adatta anche a diversi livelli di luminosità. Ha due modalità di visione: la visione fotorica e la visione scotopica.
La visione fotorica è la risposta dell'occhio a livelli elevati di luminosità, come durante il giorno o sotto illuminazione artificiale. La visione fotorica può distinguere i colori e i dettagli. La visione scotopica è la risposta dell'occhio a bassi livelli di luminosità, come durante la notte o sotto la luce delle stelle. La visione scotopica non può discernere i colori e ha una risoluzione bassa. Esiste anche una zona di transizione tra la visione fotorica e la visione scotopica chiamata visione mesopica.
La fotometria utilizza modelli standardizzati della risposta dell'occhio alla luce a diverse lunghezze d'onda e livelli di luminosità. Questi modelli sono chiamati funzioni di luminosità. Vengono utilizzati per pesare la potenza radiante a ogni lunghezza d'onda con un fattore che rappresenta quanto l'occhio è sensibile a quella lunghezza d'onda. La funzione di sensibilità più comunemente utilizzata è la funzione di sensibilità fotorica, che modella la risposta dell'occhio in condizioni fotoriche. Altre funzioni di luminosità includono la funzione di sensibilità scotopica e la funzione di sensibilità mesopica.
La fotometria ha molte applicazioni in vari campi della scienza, dell'ingegneria e dell'arte. Viene utilizzata per misurare e caratterizzare la luminosità, il colore e la qualità delle sorgenti luminose, dei materiali e degli oggetti. Viene anche utilizzata per studiare gli effetti della luce sulla salute, sul comportamento e sulla percezione umana.
In questo articolo esploreremo alcuni tipi, principi, applicazioni e funzionamenti della fotometria in maggiore dettaglio. Discuteremo anche alcuni strumenti e unità di misura utilizzati per le misurazioni fotometriche.
Cosa è la Fotometria a Fibra?
La fotometria a fibra è una tecnica utilizzata in neuroscienze per registrare l'attività neurale in animali viventi. Utilizza fibre ottiche per fornire luce eccitante ai neuroni che esprimono indicatori fluorescenti e raccoglie la fluorescenza emessa da essi.
Gli indicatori fluorescenti sono molecole che cambiano le loro proprietà fluorescenti in risposta a variazioni di certi parametri biologici, come la concentrazione di calcio, tensione, neurotrasmettitori, ecc. Utilizzando indicatori fluorescenti codificati geneticamente (GEFIs), come i GCaMPs, è possibile mirare a specifici tipi di neuroni o regioni cerebrali per la registrazione ottica.
La fotometria a fibra permette di monitorare l'attività media di grandi popolazioni di neuroni nel tempo. Può essere utilizzata per correlare l'attività neurale con eventi comportamentali o stimoli in animali liberi di muoversi. La fotometria a fibra presenta vantaggi rispetto ad altre tecniche di registrazione ottica, come la microscopia a due fotoni o l'imaging del calcio, in termini di semplicità, economicità, portabilità e scalabilità.
Tuttavia, la fotometria a fibra ha anche alcune limitazioni, come la bassa risoluzione spaziale, la contaminazione del segnale da fluorescenza di fondo o artefatti dovuti al movimento, e il potenziale danno o infiammazione dei tessuti dovuto all'impianto delle fibre.
Cosa è la Fotometria a Fiamma?
La fotometria a fiamma è una tecnica utilizzata per l'analisi chimica per determinare la concentrazione di certi ioni metallici in un campione. È anche nota come spettroscopia di emissione a fiamma o spettroscopia di emissione atomica a fiamma.
La fotometria a fiamma si basa sul principio che alcuni ioni metallici emettono lunghezze d'onda caratteristiche di luce quando vengono riscaldati in una fiamma. L'intensità della luce emessa è proporzionale alla concentrazione degli ioni metallici nel campione.
La fotometria a fiamma viene principalmente utilizzata per i metalli alcalini (gruppo 1) e i metalli alcalino-terrosi (gruppo 2), come sodio, potassio, calcio, litio, ecc. Questi metalli hanno energie di ionizzazione basse e possono essere facilmente eccitati dall'energia termica di una fiamma.
Per eseguire la fotometria a fiamma, una soluzione campione contenente gli ioni metallici viene spruzzata in una fiamma (solitamente una fiamma aria-acetilene). La fiamma vaporizza e atomizza il campione nei suoi elementi costituenti. Alcuni di questi atomi vengono poi eccitati a livelli energetici superiori assorbendo energia termica dalla fiamma. Questi atomi eccitati tornano infine allo stato fondamentale emettendo fotoni di luce con lunghezze d'onda specifiche corrispondenti alle loro transizioni energetiche.
La luce emessa viene poi raccolta da un sistema di lenti e passata attraverso un monochromatore (un dispositivo che seleziona un ristretto intervallo di lunghezze d'onda). Il monochromatore consente solo la lunghezza d'onda desiderata di luce corrispondente all'ione metallico di interesse di raggiungere un rivelatore (solitamente un tubo fotomoltiplicatore o un fotodiodo). Il rivelatore converte il segnale luminoso in un segnale elettrico che può essere misurato da un metro o un registratore.
La concentrazione dell'ione metallico nel campione può essere calcolata confrontando l'intensità della luce emessa con una curva standard ottenuta da concentrazioni note dello stesso ione metallico.
Cosa è la Fotometria di Riflessione?
Riflettanza La fotometria di riflessione è una tecnica utilizzata per misurare il colore o la riflettanza di una superficie o di un oggetto. Si basa sul principio che diverse superfici riflettono quantità e lunghezze d'onda diverse di luce a seconda delle loro caratteristiche fisiche e chimiche.
La fotometria di riflessione utilizza una sorgente luminosa (solitamente luce bianca) per illuminare una superficie o un oggetto a un certo angolo. La luce riflessa dalla superficie o dall'oggetto viene quindi misurata da un rivelatore (solitamente uno spettrofotometro o un colorimetro) ad un altro angolo.
Il rivelatore analizza lo spettro o l'intensità della luce riflessa a diverse lunghezze d'onda e la confronta con uno standard di riferimento (solitamente una superficie bianca). Il colore o le proprietà di riflettanza della superficie o dell'oggetto possono essere espressi da vari parametri, come tonalità (lunghezza d'onda dominante), saturazione (purezza), luminosità (luminanza), coordinate cromatiche (x,y,z), indice di colore (CIE Lab*), ecc.
La fotometria di riflessione può essere utilizzata per vari scopi, come controllo qualità, abbinamento del colore, identificazione del colore, comunicazione del colore, ecc. Può essere applicata a vari materiali e oggetti, come vernici, tessuti, plastica, metalli e ceramiche.
Quali sono le Grandezze e le Unità Fotometriche?
Le grandezze fotometriche sono derivate dalle grandezze radiometriche applicando la funzione di luminosità come fattore di ponderazione. La funzione di luminosità rappresenta la risposta relativa dell'occhio umano a diverse lunghezze d'onda di luce. La funzione di luminosità più comunemente utilizzata è la funzione di sensibilità fotorica, che modella la risposta dell'occhio in condizioni luminose. Altre funzioni di luminosità includono la funzione di sensibilità scotopica, che modella la risposta dell'occhio in condizioni buie, e la funzione di sensibilità mesopica, che modella la risposta dell'occhio in condizioni intermedie.
Quali sono gli Strumenti e i Metodi Fotometrici?
Gli strumenti fotometrici sono dispositivi che misurano le grandezze fotometriche utilizzando vari metodi e principi. Alcuni degli strumenti e metodi fotometrici comuni sono:
Fotometri: I fotometri sono dispositivi che misurano la luminosità relativa di sorgenti luminose o oggetti confrontandoli con uno standard di riferimento. I fotometri possono essere classificati in diversi tipi in base al loro design e applicazione, come fotometri visivi, fotometri fotoelettrici, fotometri a filtro, spettrofotometri, ecc.
Colorimetri: I colorimetri sono dispositivi che misurano il colore di sorgenti luminose o oggetti analizzando la loro composizione spettrale. I colorimetri possono essere classificati in diversi tipi in base al loro design e applicazione, come colorimetri tristimolari, cromametri, spettroradiometri, ecc.
Sfere integrate: Le sfere integrate sono dispositivi che misurano il flusso luminoso totale di sorgenti luminose o oggetti chiudendoli in una cavità sferica con una superficie interna altamente riflettente. Le sfere integrate possono essere utilizzate per vari scopi, come la taratura delle sorgenti luminose, la misurazione della riflettanza o trasmissione
