Фотометрия: Что это такое?

Фотометрия — это наука, изучающая измерение света с точки зрения его воспринимаемой яркости для человеческого глаза. Она отличается от радиометрии, которая измеряет радиантную энергию (включая свет) в абсолютных единицах мощности. Фотометрия учитывает только видимый диапазон длин волн (свет), способный стимулировать человеческий глаз.

Человеческий глаз может обнаруживать излучение с длиной волны от 370 нм до 780 нм. Этот диапазон называется видимым спектром или просто светом. Излучение с длиной волны, короче видимого света, называется ультрафиолетовым, а излучение с длиной волны, длиннее видимого света, — инфракрасным. Фотометрия не включает ультрафиолетовое или инфракрасное излучение.

Фотометрия основана на реакции глаза на свет в зависимости от длины волны. Глаз не одинаково чувствителен ко всем длинам волн света. Он более чувствителен к зеленому свету и менее чувствителен к красному и фиолетовому. Глаз также адаптируется к различным уровням яркости. У него есть два режима зрения: фотопическое зрение и скотопическое зрение.

Фотопическое зрение — это реакция глаза при высоких уровнях яркости, таких как в дневное время или при искусственном освещении. Фотопическое зрение может различать цвета и детали. Скотопическое зрение — это реакция глаза при низких уровнях яркости, таких как ночью или при свете звезд. Скотопическое зрение не может различать цвета и имеет низкое разрешение. Существует также переходная зона между фотопическим и скотопическим зрением, называемая мезопическим зрением.

Фотометрия использует стандартизированные модели реакции глаза на свет при различных длинах волн и уровнях яркости. Эти модели называются функциями люминозности. Они используются для взвешивания радиантной мощности на каждой длине волны по коэффициенту, который представляет, насколько чувствителен глаз к этой длине волны. Наиболее часто используемая функция люминозности — это функция фотопической чувствительности, которая моделирует реакцию глаза в условиях фотопического зрения. Другие функции люминозности включают функцию скотопической чувствительности и функцию мезопической чувствительности.

Фотометрия имеет множество применений в различных областях науки, инженерии и искусства. Она используется для измерения и характеристики яркости, цвета и качества источников света, материалов и объектов. Она также используется для изучения влияния света на здоровье, поведение и восприятие человека.

В этой статье мы подробно рассмотрим некоторые типы, принципы, применения и работу фотометрии. Мы также обсудим некоторые приборы и единицы измерения, используемые для фотометрических измерений.

Что такое волоконная фотометрия?

Волоконная фотометрия — это метод, используемый в нейронауке для записи нейронной активности в живых животных. Она использует оптические волокна для доставки возбуждающего света к нейронам, которые экспрессируют флуоресцентные индикаторы, и сбора излучаемой флуоресценции от них.

Флуоресцентные индикаторы — это молекулы, которые изменяют свои флуоресцентные свойства в ответ на изменения определенных биологических параметров, таких как концентрация кальция, напряжение, нейротрансмиттеры и т.д. Используя генетически кодируемые флуоресцентные индикаторы (GEFIs), такие как GCaMPs, можно целенаправленно регистрировать оптическую активность конкретных типов нейронов или областей мозга.

Волоконная фотометрия позволяет мониторить среднюю активность больших популяций нейронов во времени. Ее можно использовать для корреляции нейронной активности с поведенческими событиями или стимулами у свободно движущихся животных. Волоконная фотометрия имеет преимущества перед другими оптическими методами регистрации, такими как двухфотонная микроскопия или кальциевое изображение, в отношении простоты, экономичности, портативности и масштабируемости.

Однако волоконная фотометрия также имеет некоторые ограничения, такие как низкое пространственное разрешение, загрязнение сигнала фоновой флуоресценцией или артефактами движения, а также возможное повреждение или воспаление тканей от имплантации волокон.

Что такое пламенная фотометрия?

Пламенная фотометрия — это метод, используемый для химического анализа, чтобы определить концентрацию определенных металлических ионов в образце. Она также известна как пламенная эмиссионная спектроскопия или пламенная атомная эмиссионная спектроскопия.

Пламенная фотометрия работает на принципе, что некоторые металлические ионы испускают характерные длины волн света, когда их нагревают в пламени. Интенсивность испускаемого света пропорциональна концентрации металлических ионов в образце.

Пламенная фотометрия主要用于测量样品中某些金属离子的浓度。它也被称为火焰发射光谱法或火焰原子发射光谱法。 火焰光度计的工作原理是，当某些金属离子在火焰中加热时，它们会发出特征波长的光。发出的光强度与样品中金属离子的浓度成正比。 火焰光度计主要用于碱金属（第1族）和碱土金属（第2族），如钠、钾、钙、锂等。这些金属具有低电离能，可以很容易地被火焰的热能激发。 为了进行火焰光度计测量，将含有金属离子的样品溶液喷入火焰（通常是空气-乙炔火焰）。火焰将样品蒸发并原子化为其组成元素。其中一些原子通过吸收火焰的热能而被激发到更高的能级。这些激发的原子最终通过发射特定波长的光返回到基态，这些波长对应于它们的能量跃迁。 然后由透镜系统收集发射的光，并通过单色仪（一种选择窄范围波长的设备）。单色仪只允许感兴趣的金属离子对应的所需波长的光到达检测器（通常是光电倍增管或光电二极管）。检测器将光信号转换为可以通过仪表或记录器测量的电信号。 样品中金属离子的浓度可以通过将发射光的强度与从相同金属离子的已知浓度获得的标准曲线进行比较来计算。 火焰光度计与其他分析技术相比具有一些优势，如简单性、速度、灵敏度、低成本和最小的样品制备。然而，它也有一些缺点，如来自样品中其他元素或化合物的干扰、基质效应（由于不同样品导致火焰温度或成分的变化）、火焰条件的不稳定性以及对某些元素的适用性有限。 ### 什么是反射光度计？ 反射光度计是一种用于测量表面或物体颜色或反射特性的技术。其工作原理是不同的表面根据其物理和化学特性反射不同数量和波长的光。 反射光度计使用光源（通常是白光）以一定角度照射表面或物体。然后在另一个角度由检测器（通常是分光光度计或色度计）测量从表面或物体反射的光。 检测器分析不同波长反射光的光谱或强度，并将其与参考标准（通常为白色表面）进行比较。表面或物体的颜色或反射特性可以通过各种参数表示，如色调（主波长）、饱和度（纯度）、亮度（亮度）、色度坐标（x,y,z）、色指数（CIE L*a*b*）等。 反射光度计可用于多种目的，如质量控制、颜色匹配、颜色识别、颜色通信等。它可以应用于各种材料和物体，如油漆、纺织品、塑料、金属和陶瓷。 ### 光度量和单位有哪些？ 光度量是从辐射量派生出来的，通过应用光度函数作为加权因子。光度函数代表人眼对不同波长光的相对响应。最常用的光度函数是光视敏感度函数，它模拟眼睛在明亮条件下的响应。其他光度函数包括暗视觉敏感度函数，它模拟眼睛在黑暗条件下的响应，以及中间视觉敏感度函数，它模拟眼睛在中间条件下的响应。 ### 光度仪器和方法有哪些？ 光度仪器是使用各种方法和原理测量光度量的设备。一些常见的光度仪器和方法包括： - 光度计：光度计是通过将光源或物体与参考标准进行比较来测量其相对亮度的设备。光度计可以根据其设计和应用分为不同类型，如目视光度计、光电光度计、滤光光度计、分光光度计等。 - 色度计：色度计是通过分析光谱组成来测量光源或物体颜色的设备。色度计可以根据其设计和应用分为不同类型，如三刺激色度计、色度计、光谱辐射计等。 - 积分球：积分球是通过将光源或物体封闭在一个内表面高度反射的球形腔体中来测量其总光通量的设备。积分球可用于各种目的，如光源校准、材料反射率或透射率测量、光源角分布测量等。 - 角度光度计：角度光度计是通过围绕一个或多个轴旋转光源或物体来测量其发光强度或亮度角分布的设备。角度光度计可用于各种目的，如光源表征、材料光学性质测量、显示器眩光或对比度比测量等。 - 光电探测器：光电探测器是利用光电效应、光伏效应、光电导效应等各种物理原理将光转换为电信号的设备。光电探测器可以根据其设计和应用分为不同类型，如光电二极管、光电晶体管、光电倍增管、光伏电池等。 ### 光度学的应用有哪些？ 光度学在科学、工程和艺术的各个领域都有许多应用。一些例子包括： - 天文学：光度学通过在不同波长和时间下测量天体的亮度和颜色来研究恒星、行星、星系等天体的性质和行为。 - 照明：光度学通过测量其亮度、颜色、质量、效率等来设计和评估照明系统和产品，用于各种目的，如照明、信号、显示、装饰等。 - 视觉：光度学通过研究光对眼睛和大脑的影响来理解和改善人类视觉和感知。 - 化学：光度学通过在不同波长下测量化学物质和反应的吸光或发光来进行化学分析。 - 生物学：光度学通过在不同波长下测量荧光或生物发光来研究生物过程和现象。 - 艺术：光度学通过操纵和测量光和颜色来创作和欣赏艺术作品。 ### 结论 光度学是一个引人入胜且重要的科学领域，涉及以人眼感知的亮度来测量光。它有许多类型、原理、应用和工作方法，涉及各种仪器和单位。光度学帮助我们以各种方式理解并利用光。 声明：尊重原创，好文章值得分享，如有侵权请联系删除。 【注意事项】 - 严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。 - 若是没有语种书写体要求，且存在多种书写体的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。 - 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果，不得多语种混合特备注意不能出现夹杂中文。 - 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。- 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。