Fotometria: O que é?

A fotometria é a ciência que mede a luz em termos de sua percepção de brilho pelo olho humano. É diferente da radiometria, que mede a energia radiante (incluindo a luz) em termos de potência absoluta. A fotometria considera apenas o intervalo de comprimentos de onda (luz) visível que pode estimular o olho humano.

O olho humano pode detectar radiação com um comprimento de onda entre 370 nm e 780 nm. Este intervalo é chamado de espectro visível ou simplesmente luz. A radiação com um comprimento de onda menor que a luz é chamada de radiação ultravioleta, e a radiação com um comprimento de onda maior que a luz é chamada de radiação infravermelha. A fotometria não inclui radiação ultravioleta ou infravermelha.

A fotometria baseia-se na resposta do olho à luz como função do comprimento de onda. O olho não é igualmente sensível a todos os comprimentos de onda de luz. É mais sensível à luz verde e menos sensível à luz vermelha e violeta. O olho também se adapta a diferentes níveis de luminosidade. Possui dois modos de visão: visão fótópica e visão escotópica.

A visão fótópica é a resposta do olho em altos níveis de luminosidade, como durante o dia ou sob iluminação artificial. A visão fótópica pode distinguir cores e detalhes. A visão escotópica é a resposta do olho em baixos níveis de luminosidade, como durante a noite ou sob a luz das estrelas. A visão escotópica não consegue discernir cores e tem baixa resolução. Há também uma zona de transição entre a visão fótópica e a visão escotópica chamada visão mesópica.

A fotometria usa modelos padronizados da resposta do olho à luz em diferentes comprimentos de onda e níveis de luminosidade. Esses modelos são chamados de funções de luminosidade. Eles são usados para ponderar a potência radiante em cada comprimento de onda por um fator que representa a sensibilidade do olho nesse comprimento de onda. A função de sensibilidade mais comumente usada é a função de sensibilidade fótópica, que modela a resposta do olho em condições fótópicas. Outras funções de luminosidade incluem a função de sensibilidade escotópica e a função de sensibilidade mesópica.

A fotometria tem muitas aplicações em vários campos da ciência, engenharia e arte. É usada para medir e caracterizar o brilho, cor e qualidade de fontes de luz, materiais e objetos. Também é usada para estudar os efeitos da luz na saúde, comportamento e percepção humanos.

Neste artigo, exploraremos alguns dos tipos, princípios, aplicações e funcionamento da fotometria em mais detalhes. Também discutiremos alguns dos instrumentos e unidades usados para medições fotométricas.

O que é Fotometria com Fibra Óptica?

A fotometria com fibra óptica é uma técnica usada em neurociência para registrar a atividade neural em animais vivos. Ela usa fibras ópticas para entregar luz de excitação a neurônios que expressam indicadores fluorescentes e coletar a fluorescência emitida por eles.

Indicadores fluorescentes são moléculas que mudam suas propriedades de fluorescência em resposta a mudanças em certos parâmetros biológicos, como concentração de cálcio, voltagem, neurotransmissores, etc. Usando indicadores fluorescentes geneticamente codificados (GEFIs), como GCaMPs, é possível direcionar tipos específicos de neurônios ou regiões cerebrais para gravação óptica.

A fotometria com fibra óptica permite monitorar a atividade média de grandes populações de neurônios ao longo do tempo. Pode ser usada para correlacionar a atividade neural com eventos comportamentais ou estímulos em animais em movimento livre. A fotometria com fibra óptica tem vantagens sobre outras técnicas de gravação óptica, como microscopia de dois fótons ou imagiologia de cálcio, em termos de simplicidade, custo-efetividade, portabilidade e escalabilidade.

No entanto, a fotometria com fibra óptica também tem algumas limitações, como baixa resolução espacial, contaminação do sinal por fluorescência de fundo ou artefatos de movimento, e potencial dano ou inflamação tecidual devido à implantação da fibra.

O que é Fotometria de Chama?

A fotometria de chama é uma técnica usada para análise química para determinar a concentração de certos íons metálicos em uma amostra. Também é conhecida como espectroscopia de emissão de chama ou espectroscopia de emissão atômica de chama.

A fotometria de chama funciona com o princípio de que alguns íons metálicos emitem comprimentos de onda característicos de luz quando aquecidos em uma chama. A intensidade da luz emitida é proporcional à concentração dos íons metálicos na amostra.

A fotometria de chama é principalmente usada para metais alcalinos (grupo 1) e metais alcalino-terrosos (grupo 2), como sódio, potássio, cálcio, lítio, etc. Esses metais têm baixas energias de ionização e podem ser facilmente excitados pela energia térmica de uma chama.

Para realizar a fotometria de chama, uma solução de amostra contendo os íons metálicos é pulverizada em uma chama (geralmente uma chama ar-acetileno). A chama vaporiza e atomiza a amostra em seus elementos constituintes. Alguns desses átomos são então excitados para níveis de energia mais altos, absorvendo energia térmica da chama. Esses átomos excitados eventualmente retornam ao seu estado fundamental, emitindo fótons de luz com comprimentos de onda específicos correspondentes às suas transições de energia.

A luz emitida é então coletada por um sistema de lentes e passa por um monocromador (um dispositivo que seleciona um intervalo estreito de comprimentos de onda). O monocromador permite que apenas o comprimento de onda desejado de luz, correspondente ao íon metálico de interesse, alcance um detector (geralmente um tubo fotomultiplicador ou um fotodiodo). O detector converte o sinal de luz em um sinal elétrico que pode ser medido por um medidor ou gravador.

A concentração do íon metálico na amostra pode ser calculada comparando a intensidade da luz emitida com uma curva padrão obtida a partir de concentrações conhecidas do mesmo íon metálico.

O que é Fotometria de Reflexão?

Reflexão a fotometria de reflexão é uma técnica usada para medir a cor ou reflexão de uma superfície ou objeto. Funciona com o princípio de que diferentes superfícies refletem quantidades e comprimentos de onda de luz diferentes, dependendo de suas características físicas e químicas.

A fotometria de reflexão usa uma fonte de luz (geralmente luz branca) para iluminar uma superfície ou objeto em um certo ângulo. A luz refletida da superfície ou objeto é então medida por um detector (geralmente um espectrofotômetro ou colorímetro) em outro ângulo.

O detector analisa o espectro ou a intensidade da luz refletida em diferentes comprimentos de onda e a compara com um padrão de referência (geralmente uma superfície branca). A cor ou as propriedades de reflexão da superfície ou objeto podem ser expressas por diversos parâmetros, como matiz (comprimento de onda dominante), saturação (pureza), brilho (luminância), coordenadas cromáticas (x,y,z), índice de cor (CIE Lab*), etc.

A fotometria de reflexão pode ser usada para diversos fins, como controle de qualidade, correspondência de cores, identificação de cores, comunicação de cores, etc. Pode ser aplicada a diversos materiais e objetos, como tintas, tecidos, plásticos, metais e cerâmicas.

Quais são as Grandezas e Unidades Fotométricas?

As grandezas fotométricas são derivadas das grandezas radiométricas aplicando a função de luminosidade como um fator de ponderação. A função de luminosidade representa a resposta relativa do olho humano a diferentes comprimentos de onda de luz. A função de luminosidade mais comumente usada é a função de sensibilidade fótópica, que modela a resposta do olho em condições de alta luminosidade. Outras funções de luminosidade incluem a função de sensibilidade escotópica, que modela a resposta do olho em condições de baixa luminosidade, e a função de sensibilidade mesópica, que modela a resposta do olho em condições intermediárias.

Quais são os Instrumentos e Métodos Fotométricos?

Os instrumentos fotométricos são dispositivos que medem grandezas fotométricas usando diversos métodos e princípios. Alguns dos instrumentos e métodos fotométricos comuns são:

• Fotômetros: Fotômetros são dispositivos que medem o brilho relativo de fontes de luz ou objetos comparando-os com um padrão de referência. Os fotômetros podem ser classificados em diferentes tipos com base em seu design e aplicação, como fotômetros visuais, fotômetros fotoelétricos, fotômetros com filtros, espectrofotômetros, etc.

• Colorímetros: Colorímetros são dispositivos que medem a cor de fontes de luz ou objetos analisando sua composição espectral. Os colorímetros podem ser classificados em diferentes tipos com base em seu design e aplicação, como colorímetros tricromáticos, cromâmetros, espectrorradiômetros, etc.

• Esferas integradoras: Esferas integradoras são dispositivos que medem o fluxo luminoso total de fontes de luz ou objetos encerrando-os em uma cavidade esférica com superfície interna altamente refletora. As esferas integradoras podem ser usadas para diversos fins, como calibração de fontes de luz, medição de reflexão ou transmissão de materiais, medição da distribuição angular de fontes de luz, etc.

• Goniômetros: Goniômetros são dispositivos que medem a distribuição angular de intensidade luminosa ou luminância de fontes de luz ou objetos girando-os em torno de um ou mais eixos. Os goniômetros podem ser usados para diversos fins, como a caracterização de fontes de luz, medição de propriedades ópticas de materiais, medição de r