Fotometrija: Kas tā ir?

Fotometrija ir zinātne, kas mēra gaismu tā, kā to uztver cilvēka acis. Tā atšķiras no radiometrijas, kas mēra radiācijas enerģiju (ieskaitot gaišumu) absolūtajā jaudā. Fotometrija ņem vērā tikai redzamās viļņu garuma diapazonas (gaišumu), kas var stimulēt cilvēka aci.

Cilvēka acs spēj detektēt radiāciju ar viļņu garumu starp 370 nm un 780 nm. Šis diapazons sauc par redzamo spektru vai vienkārši par gaišumu. Radiācija ar īsāku viļņu garumu par gaišumu sauc par ultravioleto radiāciju, bet radiācija ar ilgāku viļņu garumu par gaišumu sauc par infrasarkano radiāciju. Fotometrija neietver ultravioleto vai infrasarkanu radiāciju.

Fotometrija balstīta uz acs reakciju uz gaišumu kā funkciju no viļņu garuma. Acs nav vienādi jūtīga pret visiem gaišuma viļņu garumiem. Tā ir jūtīgāka pret zaļo gaišumu un mazāk jūtīga pret sarkanu un violetu gaišumu. Acs arī pielāgojas dažādām gaišuma līmeņa vērtībām. Tā ir divos redzes režīmos: fotopiskā redze un skotopiskā redze.

Fotopiskā redze ir acs reakcija augstā gaišuma līmenī, piemēram, dienas laikā vai pie mākslīgas apgaismošanas. Fotopiskā redze var atšķirt krāsas un detaļas. Skotopiskā redze ir acs reakcija zemā gaišuma līmenī, piemēram, naktī vai pie zvaigžņu gaišuma. Skotopiskā redze nevar atšķirt krāsas un tās rezolūcija ir zema. Starp fotopisko un skotopisko redzi ir arī pārejas zona, kas sauc par mezopisko redzi.

Fotometrija izmanto standartizētas modelis acs reakcijai uz gaišumu dažādos viļņu garumos un gaišuma līmeņos. Šīs modelis sauc par luminositātes funkcijām. Tās tiek izmantotas, lai novērtētu radiācijas jaudu katrā viļņu garumā, ņemot vērā, cik jūtīga ir acs šajā viļņu garumā. Visbiežāk izmantotā luminositātes funkcija ir fotopiskā jūtības funkcija, kas modelē acs reakciju fotopiskās apstākļos. Citi luminositātes funkcijas ietver skotopiskās jūtības funkciju un mezopiskās jūtības funkciju.

Fotometrija ir lieliska daudzās zinātnes, inženierzinātnes un mākslas jomās. Tā tiek izmantota, lai mērītu un raksturotu gaišumu avotu, materiālu un objektu spilgtumu, krāsu un kvalitāti. Tā tiek arī izmantota, lai pētītu gaišuma ietekmi uz cilvēka veselību, uzvedību un uztveri.

Šajā rakstā mēs aplūkosim dažus fotometrijas veidus, principus, lietojumus un darbības detalizētāk. Mēs arī apspriedīsim dažus instrumentus un mērvienības, ko izmanto fotometriskiem mērījumiem.

Kas ir fibrofotometrija?

Fibrofotometrija ir tehnika, kas tiek izmantota neirozinātnē, lai reģistrētu neironu aktivitāti dzīvos dzīvniekos. Tā izmanto optiskās fibulas, lai nodotu eksitācijas gaišumu neironiem, kas izpausta fluorescences indikatorus, un apkopotu no tiem emitošo fluorescenci.

Fluorescences indikatori ir molekulas, kas maina savas fluorescences īpašības atkarībā no noteiktu bioloģisko parametru maiņas, piemēram, kalcija koncentrācijas, uzspiediena, neirotransmitentu utt. Izmantojot genetiski kodētus fluorescences indikatorus (GKFIs), piemēram, GCaMPus, ir iespējams mērķēt konkrētus neironu veidus vai smadzenes reģionus optiskajam reģistrēšanai.

Fibrofotometrija ļauj monitorēt lielu neironu populāciju vidējo aktivitāti laikā. To var izmantot, lai korrelētu neironu aktivitāti ar uzvedības notikumiem vai stimuliem brīvi kustīgos dzīvniekos. Fibrofotometrija ir labāka nekā citas optiskās reģistrēšanas tehnoloģijas, piemēram, divfotonu mikroskopija vai kalcija imēžojums, attiecībā uz vienkāršību, ekonomiskumu, portatīvumu un mērogojamību.

Tomēr, fibrofotometrijai ir arī dažas ierobežojumi, piemēram, zems telpiskais rādītājs, signāla piesārņojums no fona fluorescences vai kustības artefaktiem, un potenciāla audznes kaitējums vai inflamacija no fibulu implantēšanas.

Kas ir plames fotometrija?

Plames fotometrija ir tehnika, kas tiek izmantota ķīmiskajā analīzē, lai noteiktu noteiktu metālu jonu koncentrāciju uzkrājumā. Tā arī pazīstama kā plames emisijas spektroskopija vai plames atomu emisijas spektroskopija.

Plames fotometrija strādā uz principla, ka daži metālu jonu emitē raksturīgus gaišuma viļņu garumus, kad tie tiek sildīti plamē. Emitētā gaišuma intensitāte ir proporcionāla metālu jonu koncentrācijai uzkrājumā.

Plames fotometrija tiek galvenokārt izmantota alkālielementiem (grupa 1) un alkalnemelementiem (grupa 2), piemēram, sodijs, kalnis, kalcis, litis utt. Šie metāli ir zemas jonizācijas enerģijas un var viegli excitēt termisku enerģiju no plames.

Lai veiktu plames fotometriju, uzkrājuma risinājumu, kas satur metālu jonus, sprādzina plamē (parasti gaiss-acetilēna plame). Plame vaporizē un atomizē uzkrājumu tā sastāvdaļās. Daži no šiem atomiem tiek excitēti augstākiem enerģijas līmeņiem, absorbējot termisko enerģiju no plames. Šie excitētie atomi galu galā atgriežas savā pamatlīmenī, emitējot gaišuma fotonus ar specifiskiem viļņu garumiem, kas atbilst to enerģijas pārejām.

Emitētais gaišums tiek tad apkopots leņķa sistēmā un pārnest caur monohromātoru (ierīce, kas izvēlās īsu viļņu garumu diapazonu). Monohromātors ļauj tikai interesējošajam metāla ionam atbilstošajam gaišuma viļņu garumam sasniedz detektoru (parasti fotomultiplier tubes vai fotodiode). Detektors pārveido gaišuma signālu elektriskā signālā, ko var mērīt ar ampermetru vai reģistrātāju.

Metāla ionu koncentrāciju uzkrājumā var aprēķināt, salīdzinot emitētā gaišuma intensitāti ar standarta krivu, kas iegūta no zināmas koncentrācijas no tā paša metāla jona.

Kas ir refleksijas fotometrija?

Refleksija fotometrija ir tehnika, kas tiek izmantota, lai mērītu virsmas vai objekta krāsu vai refleksijas īpašības. Tā strādā uz principla, ka dažādas virsmas atstaro dažādus daudzumus un viļņu garumus, atkarībā no to fiziskajām un ķīmiskajām īpašībām.

Refleksijas fotometrija izmanto gaišuma avotu (parasti baltu gaišumu), lai apgaismojtu virsmu vai objektu noteiktā leņķī. No virsmas vai objekta atstarota gaišuma tiek mērīta ar detektoru (parasti spektrofotometrs vai krāsu mērītājs) citā leņķī.

Detektors analizē atstaroto gaišuma spektru vai intensitāti dažādos viļņu garumos un salīdzina to ar atsauces standartu (parasti baltu virsmu). Virsmas vai objekta krāsa vai refleksijas īpašības var tikt izteiktas dažādiem parametriem, piemēram, tonis (dominantais viļņu garums), satura (čistums), spilgtums (luminancija), krāsas koordinātas (x,y,z), krāsas indekss (CIE Lab*), utt.

Refleksijas fotometrija var tikt izmantota dažādiem mērķiem, piemēram, kvalitātes kontrole, krāsu sakritīšana, krāsu identifikācija, krāsu komunikācija, utt. Tā var tikt piemērota dažādiem materiāliem un objektiem, piemēram, krāsām, tekstilim, plastmasām, metāliem un keramikai.

Kādi ir fotometriskie daudzumi un mērvienības?

Fotometriskie daudzumi tiek izvesti no radiometriskajiem daudzumiem, piemērojot luminositātes funkciju kā svars. Luminositātes funkcija pārstāv cilvēka acs relatīvo reakciju uz dažādiem gaišuma viļņu garumiem. Visbiežāk izmantotā luminositātes funkcija ir fotopiskā jūtības funkcija, kas modelē acs reakciju spilgtos apstākļos. Citi luminositātes funkcijas ietver skotopiskās jūtības funkciju, kas modelē acs reakciju tumšos apstākļos, un mezopiskās jūtības funkciju, kas modelē acs reakciju vidējos apstākļos.

Kādi ir fotometriskie instrumenti un metodes?