Fotometrija: Kaj je to?

Fotometrija je znanstvena veja, ki meri svetlobo glede na njen viden sij. Razlikuje se od radiometrije, ki meri radijsko energijo (vključno z svetlobno) glede na apsolutno moč. Fotometrija upošteva le vidni spekter valovnih dolžin (svetlobe), ki lahko podražijo človeško oko.

Človeško oko lahko zazna sevanje, ki ima valovno dolžino med 370 nm in 780 nm. Ta obseg se imenuje vidni spekter ali preprosto svetloba. Sevanje z valovno dolžino krajšo od svetlobe se imenuje ultravijolično sevanje, sevanje z valovno dolžino daljšo od svetlobe pa infrardečo sevanje. Fotometrija ne vključuje ultravijoličnega ali infrardečega sevanja.

Fotometrija temelji na odzivu oka na svetlobo kot funkcijo valovne dolžine. Oko ni enako občutljivo na vse valovne dolžine svetlobe. Je bolj občutljivo na zeleno svetlobo in manj občutljivo na rdečo in vijolično svetlobo. Oko se prilagaja tudi različnim ravnilom osvetlitve. Ima dva načina vidnega opazovanja: fotopsno vidanje in skotopsno vidanje.

Fotopsno vidanje je odziv oka pri visokih ravneh osvetlitve, kot je danes ali pod umetnimi viri svetlobe. Fotopsno vidanje lahko loči barve in podrobnosti. Skotopsno vidanje je odziv oka pri nizkih ravneh osvetlitve, kot je noč ali pod zvezdami. Skotopsno vidanje ne more ločiti barv in ima nizko ločljivost. Obstaja tudi prehodni območje med fotopsnim in skotopsnim vidanjem, imenovano mezopsno vidanje.

Fotometrija uporablja standardizirane modele odziva oka na svetlobo pri različnih valovnih dolžinah in ravneh osvetlitve. Ti modeli se imenujejo luminančne funkcije. Uporabljajo se za tehtanje radijske moči na vsaki valovni dolžini z faktorjem, ki predstavlja, kako občutljivo je oko na to valovno dolžino. Najbolj pogosto uporabljana luminančna funkcija je fotopsna občutljivostna funkcija, ki modelira odziv oka pri fotopsnih pogoji. Druge luminančne funkcije vključujejo skotopsno občutljivostno funkcijo in mezopsno občutljivostno funkcijo.

Fotometrija ima veliko uporab v različnih znanstvenih, tehniških in umetniških področjih. Uporablja se za merjenje in karakteriziranje sijanja, barve in kakovosti virov svetlobe, materialov in objektov. Uporablja se tudi za študij učinkov svetlobe na človekovo zdravje, vedenje in persepcijo.

V tem članku bomo podrobneje raziskali nekatere vrste, načela, uporabe in delovanje fotometrije. Tudi bomo razpravili o nekaterih instrumentih in enotah, uporabljenih za fotometrična merjenja.

Kaj je vlaknova fotometrija?

Vlaknova fotometrija je tehnika, uporabljena v neuroznanosti za snemanje nevronskih aktivnosti v živih živalih. Uporablja optične vlakne za dostavo vzbuževalne svetlobe do nevronov, ki izražajo fluorescenčne kazalnike, in zbiranje emitirane fluorescence od njih.

Fluorescenčni kazalniki so molekule, ki spreminjajo svoje fluorescenčne lastnosti v odziv na spremembe določenih bioloških parametrov, kot so koncentracija kalcija, napetost, neurotransmitterji itd. Z uporabo genetsko kodiranih fluorescenčnih kazalnikov (GEFI), kot so GCaMPi, je mogoče ciljati specifične vrste nevronov ali možganskih regij za optično snemanje.

Vlaknova fotometrija omogoča spremljanje povprečne aktivnosti velikih populacij nevronov skozi čas. Lahko se uporabi za povezovanje nevronskih aktivnosti z vedenjskimi dogodki ali stimuli v prosto gredočih živalih. Vlaknova fotometrija ima prednosti nad drugimi optičnimi tehnikami snemanja, kot sta dvofotonna mikroskopija ali merjenje kalcija, glede enostavnosti, ekonomičnosti, prenosljivosti in skalabilnosti.

Vendar pa ima vlaknova fotometrija tudi nekatere omejitve, kot so nizka prostorska ločljivost, onesnaževanje signala zaradi ozadnega fluoresciranja ali premikanja, ter potencialno poškodovanje ali vospaljenje tkiva zaradi implantiranja vlaknen.

Kaj je plinska fotometrija?

Plinska fotometrija je tehnika, uporabljena za kemikalno analizo za določanje koncentracije določenih kovinskih ionov v vzorcu. Izvede se tudi kot plinska emisijska spektroskopija ali plinska atomska emisijska spektroskopija.

Plinska fotometrija temelji na načelu, da nekateri kovinski ioni emitirajo značilne valovne dolžine svetlobe, ko so ogrjeani v plamu. Intenziteta emitirane svetlobe je sorazmerna s koncentracijo kovinskih ionov v vzorcu.

Plinska fotometrija se glavno uporablja za alkalijske kovine (skupina 1) in alkalni zemeljske kovine (skupina 2), kot so natrij, kalij, kalcij, litij itd. Te kovine imajo nizke ionizacijske energije in se lahko enostavno vzbujejo termalno energijo iz plama.

Za izvedbo plinske fotometrije se vzorec tekočine, ki vsebuje kovinske ione, sprši v plam (običajno zrak-acetilen plam). Plam vaporizira in atomizira vzorec v njegove sestavne elemente. Nekateri od teh atomov se nato vzbujejo na višje energetske ravni z absorpcijo termalne energije iz plama. Ti vzbujeni atomi se končno vrnijo v svoje osnovno stanje z emitiranjem fotonov svetlobe z določenimi valovnimi dolžinami, ki ustrezajo njihovim energetskim prehodom.

Emitirana svetloba se nato zbere s sistemom leč in gre skozi monohromator (naprava, ki izbere omejen obseg valovnih dolžin). Monohromator omogoča, da doseže detektor (običajno fotomnožilec ali fotodioda) le željena valovna dolžina svetlobe, ki ustreza kovinskemu ionu zanimanja. Detektor pretvori svetlobni signal v električni signal, ki ga lahko meri merilo ali snemalnik.

Koncentracija kovinskega iona v vzorcu se lahko izračuna z primerjanjem intenzitete emitirane svetlobe z standardno krivuljo, pridobljeno iz znanih koncentracij istega kovinskega iona.

Kaj je reflektančna fotometrija?

Reflektančna fotometrija je tehnika, uporabljena za merjenje barve ali reflektančnih lastnosti površine ali objekta. Deluje na načelu, da različne površine reflektirajo različne količine in valovne dolžine svetlobe, glede na njihove fizikalne in kemijske značilnosti.

Reflektančna fotometrija uporablja vir svetlobe (običajno belo svetlobo) za osvetlitev površine ali objekta pod določenim kotom. Reflektirana svetloba s površine ali objekta se nato meri s detektorjem (običajno spektrofotometrom ali kolorimetrom) pod drugim kotom.

Detektor analizira spekter ali intenzivnost reflektirane svetlobe pri različnih valovnih dolžinah in jo primerja z referenčnim standardom (običajno belo površino). Barva ali reflektančne lastnosti površine ali objekta se lahko izrazijo z različnimi parametri, kot so ton (dominantna valovna dolžina), nasitost (čistota), svetlost (luminancija), hromatične koordinate (x,y,z), barvni indeks (CIE Lab*), itd.

Reflektančna fotometrija se lahko uporablja za različne namene, kot so kontrole kakovosti, uskladitev barv, identifikacija barv, komunikacija barv, itd. Se lahko uporablja za različne materiale in objekte, kot so barve, tekstil, plastike, kovini in keramika.

Kaj so fotometrične količine in enote?

Fotometrične količine so izpeljane iz radiometričnih količin z uporabo luminančne funkcije kot tehtnega faktorja. Luminančna funkcija predstavlja relativni odziv človeškega oka na različne valovne dolžine svetlobe. Najpogosteje uporabljana luminančna funkcija je fotopsna občutljivostna funkcija, ki modelira odziv oka pri svetlim pogoji. Druge luminančne funkcije vključujejo skotopsno občutljivostno funkcijo, ki modelira odziv oka pri temnih pogoji, in mezopsno občutljivostno funkcijo, ki modelira odziv oka pri srednjih pogoji.

Kaj so fotometrični instrumenti in metode?

Fotometrični instrumenti so naprave, ki meritve fotometričnih količin izvajajo z različnimi metodami in načeli. Nekateri običajni fotometrični instrumenti in metode so:

• Fotometri: Fotometri so naprave, ki merijo relativno svetlost virov svetlobe ali objektov z njihovo primerjavo z referenčnim standardom. Fotometre lahko razvrščamo v različne vrste glede na njihov dizajn in uporabo, kot so vizualni fotometri, fotoelektrični fotometri