Fotometrija: Šta je to?
Fotometrija je nauka o merenju svetlosti u smislu njenog percepcije jakosti za ljudsko oko. Ona se razlikuje od radiometrije, koja meri radijantnu energiju (uključujući svetlost) u smislu apsolutne snage. Fotometrija uzima u obzir samo vidljiv spektar talasnih dužina (svetlost) koji može stimulisati ljudsko oko.
Ljudsko oko može detektovati zračenje koje ima talasnu dužinu između 370 nm i 780 nm. Ovaj opseg se naziva vidljivi spektar ili jednostavno svetlost. Zračenje sa talasnom dužinom kraćom od svetlosti se naziva ultraljubičasto zračenje, a zračenje sa talasnom dužinom dužom od svetlosti se naziva infracrveno zračenje. Fotometrija ne uključuje ultraljubičasto ni infracrveno zračenje.
Fotometrija se zasniva na reakciji oka na svetlost kao funkciji talasne dužine. Oko nije jednakomerno osjetljivo na sve talasne dužine svetlosti. Veće je osjetljivo na zelenu svetlost i manje na crvenu i ljubičastu svetlost. Oko se takođe prilagođava različitim nivoima svjetlosti. Ima dva režima vida: fotopski vid i skotopski vid.
Fotopski vid predstavlja reakciju oka na visoke nivoe svjetlosti, poput onih tokom dana ili pod umjetnom svjetlom. Fotopski vid može razlikovati boje i detalje. Skotopski vid predstavlja reakciju oka na niske nivoe svjetlosti, poput onih tokom noći ili pod zvjezdanom svjetlom. Skotopski vid ne može prepoznati boje i ima nisku rezoluciju. Postoji i tranzicijska zona između fotopskog i skotopskog vida koja se naziva mezopski vid.
Fotometrija koristi standardizovane modele reakcije oka na svetlost na različitim talasnim dužinama i nivoima svjetlosti. Ovi modeli se nazivaju luminosna funkcija. Koriste se da težinsko ocijene radijantnu snagu na svakoj talasnoj dužini faktorom koji predstavlja koliko je oko osjetljivo na toj talasnoj dužini. Najčešće korišćena luminosna funkcija je fotopska osjetljivost funkcija, koja modelira reakciju oka pod fotopskim uslovima. Ostale luminosne funkcije uključuju skotopsku osjetljivost funkciju i mezopsku osjetljivost funkciju.
Fotometrija ima mnoge primene u različitim oblastima nauke, inženjerstva i umetnosti. Koristi se za merenje i karakterizaciju jakosti, boje i kvaliteta izvora svetlosti, materijala i objekata. Takođe se koristi za studiranje efekata svetlosti na ljudsko zdravlje, ponašanje i percepciju.
U ovom članku istražiti ćemo neke vrste, principi, primene i rad fotometrije u više detalja. Takođe ćemo diskutovati neke instrumente i jedinice koristene za fotometrijska merenja.
Šta je Fiberska fotometrija?
Fiberska fotometrija je tehnika koja se koristi u neuroznanosti za snimanje neuronske aktivnosti u živim životinjama. Koristi optičke vlakna da dostavi excitacionu svetlost neuronima koji izražavaju fluorescentne indikatore i prikupi emitovanu fluorescenciju s njih.
Fluorescentni indikatori su molekuli koji menjaju svoja fluorescentna svojstva u odgovoru na promene određenih bioloških parametara, poput koncentracije kalcijuma, napona, neurotransmitera itd. Korišćenjem genetski kodiranih fluorescentnih indikatora (GEFI), poput GCaMP-a, moguće je ciljano izabrati specifične tipove neurona ili regije mozga za optičko snimanje.
Fiberska fotometrija omogućava praćenje prosečne aktivnosti velikih populacija neurona tokom vremena. Može se koristiti za korelaciju neuronske aktivnosti sa ponašanjem ili stimuli kod slobodno kretajućih životinja. Fiberska fotometrija ima prednosti nad drugim optičkim tehnikama snimanja, poput dvofotonne mikroskopije ili kalcijske imidžiranje, u pogledu jednostavnosti, ekonomičnosti, portabilnosti i skalabilnosti.
Međutim, fiberska fotometrija takođe ima neke ograničenja, poput niske prostorne rezolucije, kontaminacije signala od pozadinske fluorescencije ili artefakata pokreta, i potencijalne štete tkivu ili upale od implantacije vlakana.
Šta je Plamenska fotometrija?
Plamenska fotometrija je tehnika korišćena za hemijsku analizu kako bi se odredila koncentracija određenih metalnih iona u uzorku. Poznata je i kao plamenska emisiona spektroskopija ili plamenska atomska emisiona spektroskopija.
Plamenska fotometrija radi na principu da neki metalni joni emituju karakteristične talasne dužine svetlosti kada su zagrijani u plamenu. Intenzitet emitovane svetlosti je proporcionalan koncentraciji metalnih iona u uzorku.
Plamenska fotometrija se uglavnom koristi za alkali metale (grupa 1) i alkalne zemlje (grupa 2), poput natrija, kalijuma, kalcija, litija itd. Ovi metali imaju niske ionizacione energije i mogu se lako pobuditi termalnom energijom iz plamena.
Da bi se izvršila plamenska fotometrija, uzorak rastvora koji sadrži metalne jone se spravlja u plamen (obično vazduh-acetilen plamen). Plamen vaporiše i atomizuje uzorak na njegove konstituente elemente. Neki od ovih atoma se zatim pobude na više energetske nivoe apsorbiranjem termalne energije iz plamena. Ovi pobuđeni atomi eventualno vraćaju se u svoje bazne stanje emitovanjem fotonova svetlosti sa specifičnim talasnim dužinama koje odgovaraju njihovim energetskim prelazima.
Emitovana svetlost se zatim prikuplja sistemom sočiva i prolazi kroz monohromator (uređaj koji selektuje uski opseg talasnih dužina). Monohromator dozvoljava da samo željena talasna dužina svetlosti koja odgovara metalnom jonu interesovanja stigne do detektora (obično fotomultiplikatorska cijev ili fotodioda). Detektor pretvara svetlosni signal u električni signal koji može biti meren preko mjernog uređaja ili snimača.
Koncentracija metalnog jona u uzorku može se izračunati upoređivanjem intenziteta emitovane svetlosti sa standardnom krivuljom dobijenom iz poznatih koncentracija istog metalnog jona.
Šta je Refleksna fotometrija?
Refleksija fotometrija je tehnika korišćena za merenje boje ili refleksne osobine površine ili objekta. Radi na principu da različite površine reflektuju različite količine i talasne dužine svetlosti u zavisnosti od njihovih fizičkih i hemijskih karakteristika.
Refleksna fotometrija koristi izvor svetlosti (obično bijelu svetlost) da osvetli površinu ili objekat pod određenim uglom. Reflektovana svetlost sa površine ili objekta se zatim meri detektorom (obično spektrofotometrom ili kolorimetrom) pod drugim uglom.
Detektor analizira spektar ili intenzitet reflektovane svetlosti na različitim talasnim dužinama i upoređuje ga sa referentnim standardom (obično bijela površina). Boja ili refleksne osobine površine ili objekta mogu se izraziti različitim parametrima, poput nuanse (dominantna talasna dužina), nasitosti (čistoće), svjetline (luminanci), hromatičkih koordinata (x,y,z), indeksa boje (CIE Lab*), itd.
Refleksna fotometrija može se koristiti za različite svrhe, poput kontrole kvaliteta, podudaranja boja, identifikacije boja, komunikacije boja, itd. Može se primeniti na različite materijale i objekte, poput bojila, tekstila, plastika, metala i keramike.
Koje su fotometrijske količine i jedinice?
Fotometrijske količine izvedene su iz radiometrijskih količina primenom luminosne funkcije kao težinske faktore. Luminosna funkcija predstavlja relativnu reakciju ljudskog oka na različite talasne dužine svetlosti. Najčešće korišćena luminosna funkcija je fotopska osjetljivost funkcija, koja modelira reakciju oka pod svjetlim uslovima. Ostale luminosne funkcije uključuju skotopsku osjetljivost funkciju, koja modelira reakciju oka pod tamnim uslovima, i mezopsku osjetljivost funkciju, koja modelira reakciju oka pod međusobnim uslovima.
Koji su fotometrijski instrumenti i metode?
Fotometrijski instrumenti su uređaji koji merenju fotometrijskih količina koristeći različite metode i principe. Neke od najčešćih fotometrijskih instrumenata i metoda su:
Fotometri: Fotometri su uređaji koji merenju relativnu svjetlinu izvora svetlosti ili objekata usporedbom sa referentnim standardom. Fotometri se mogu klasificirati u različite vrste prema njihovom dizajnu i primeni, poput vizualnih fotometara, fotoelektričnih fotometara, filtra fotometara, spektrofotometara, itd.
