Fotometri: Vad är det?
Fotometri är vetenskapen om att mäta ljus utifrån dess upplevda ljusstyrka för det mänskliga ögat. Det skiljer sig från radiometri, som mäter strålande energi (inklusive ljus) i termer av absolut effekt. Fotometri beaktar endast den synliga våglängdsområdet (ljus) som kan stimulera det mänskliga ögat.
Det mänskliga ögat kan upptäcka strålning med en våglängd mellan 370 nm och 780 nm. Detta område kallas det synliga spektrumet eller helt enkelt ljus. Strålning med en kortare våglängd än ljus kallas ultraviolettstrålning, och strålning med en längre våglängd än ljus kallas infraröd strålning. Fotometri inkluderar inte ultraviolett- eller infraröd strålning.
Fotometri baseras på ögats respons till ljus som en funktion av våglängd. Ögat är inte lika känsligt för alla våglängder av ljus. Det är mer känsligt för grön färg och mindre känsligt för röd och violet färg. Ögat anpassar sig också till olika nivåer av ljusstyrka. Det har två lägen av syn: fotopisk syn och skotopisk syn.
Fotopisk syn är ögats respons vid höga nivåer av ljusstyrka, såsom under dagsljus eller under artificiellt ljus. Fotopisk syn kan urskilja färger och detaljer. Skotopisk syn är ögats respons vid låga nivåer av ljusstyrka, såsom under natten eller under stjärnljus. Skotopisk syn kan inte urskilja färger och har låg upplösning. Det finns också ett övergångsområde mellan fotopisk och skotopisk syn som kallas mesopisk syn.
Fotometri använder standardiserade modeller av ögats respons till ljus vid olika våglängder och ljusstyrkor. Dessa modeller kallas luminositetsfunktioner. De används för att vikta den strålande effekten vid varje våglängd med en faktor som representerar hur känsligt ögat är vid den våglängden. Den mest använda luminositetsfunktionen är fotopiska sensitivitetsfunktionen, som modellerar ögats respons under fotopiska förhållanden. Andra luminositetsfunktioner inkluderar skotopiska sensitivitetsfunktionen och mesopiska sensitivitetsfunktionen.
Fotometri har många tillämpningar inom olika vetenskaper, ingenjörsvetenskap och konst. Den används för att mäta och karakterisera ljusstyrkan, färgen och kvaliteten hos ljuskällor, material och objekt. Den används också för att studera ljusets effekter på mänsklig hälsa, beteende och perception.
I denna artikel kommer vi att utforska några av de typer, principer, tillämpningar och funktionsätt som gäller för fotometri i mer detalj. Vi kommer också att diskutera några av de instrument och enheter som används för fotometriska mätningar.
Vad är Fiberfotometri?
Fiberfotometri är en teknik som används inom neurovetenskap för att registrera nervaktivitet i levande djur. Den använder optiska fibrer för att leverera upphetsningsljus till neuroner som uttrycker fluorescerande indikatorer och samlar in emiterad fluorescence från dem.
Fluorescerande indikatorer är molekyler som ändrar sina fluorescenceegenskaper i svar på förändringar i vissa biologiska parametrar, såsom kalciumkoncentration, spänning, neurotransmittorer, etc. Genom att använda genetiskt kodade fluorescerande indikatorer (GEFI), såsom GCaMP, är det möjligt att rikta in specifika typer av neuroner eller hjärnområden för optisk registrering.
Fiberfotometri gör det möjligt att övervaka den genomsnittliga aktiviteten hos stora populationer av neuroner över tid. Den kan användas för att korrelera nervaktivitet med beteendehändelser eller stimuli i fritt rörliga djur. Fiberfotometri har fördelar jämfört med andra optiska registreringstekniker, såsom två-foton mikroskopi eller kalciumimaging, i termer av enkelhet, kostnadseffektivitet, portabilitet och skalbarhet.
Dock har fiberfotometri också vissa begränsningar, såsom låg rumslig upplösning, signalkontamination från bakgrundsflorescence eller rörelseartefakter, samt potentiell vävnadsskada eller inflammation från fibrimplantation.
Vad är Flamfotometri?
Flamfotometri är en teknik som används för kemisk analys för att bestämma koncentrationen av vissa metallioner i en prov. Den kallas också flamemissionspektroskopi eller flamatomemissionspektroskopi.
Flamfotometri bygger på principen att vissa metallioner emitterar karaktäristiska våglängder av ljus när de hettas i en flamma. Intensiteten av det emitterade ljuset är proportionell mot koncentrationen av metallionerna i provet.
Flamfotometri används främst för alkalimetaller (grupp 1) och alkalijordmetaller (grupp 2), såsom natrium, kalium, kalcium, litiom, etc. Dessa metaller har låga jonisationsenergier och kan enkelt upphettas genom termisk energi från en flamma.
För att utföra flamfotometri sprutas en provlösning som innehåller metallionerna in i en flamma (vanligtvis en luft-acetylenflamma). Flammen ångformar och atomiserar provet till dess grundämnen. Några av dessa atomer upphettas sedan till högre energinivåer genom att absorbera termisk energi från flammen. Dessa upphettade atomer återgår till slut till sin grundtillstånd genom att emitta fotoner av ljus med specifika våglängder som motsvarar deras energitransitioner.
Det emitterade ljuset samlas sedan upp av ett lins-system och passerar genom en monokromator (en enhet som väljer ett snävt våglängdsintervall). Monokromatorn låter endast den önskade våglängden av ljus som motsvarar metalljonen av intresse nå en detektor (vanligtvis en fotomultiplikator eller en fotodiod). Detektorn omvandlar ljussignalen till en elektrisk signal som kan mätas av en meter eller en registreringsenhet.
Koncentrationen av metalljonen i provet kan beräknas genom att jämföra intensiteten av det emitterade ljuset med en standardkurva erhållen från kända koncentrationer av samma metalljon.
Vad är Reflektansfotometri?
Reflektans fotometri är en teknik som används för att mäta färgen eller reflektansegenskaper hos en yta eller ett objekt. Den bygger på principen att olika ytor reflekterar olika mängder och våglängder av ljus beroende på deras fysiska och kemiska egenskaper.
Reflektansfotometri använder en ljuskälla (vanligtvis vitt ljus) för att belysta en yta eller ett objekt vid en viss vinkel. Det reflekterade ljuset från ytan eller objektet mäts sedan av en detektor (vanligtvis en spektrofotometer eller en färgmätare) vid en annan vinkel.
Detektorn analyserar spektrumet eller intensiteten av det reflekterade ljuset vid olika våglängder och jämför det med en referensstandard (vanligtvis en vit yta). Färgen eller reflektansegenskaperna hos ytan eller objektet kan uttryckas med olika parametrar, såsom nyans (dominerande våglängd), mättnad (renhet), ljusstyrka (lysningsgrad), färgkoordinater (x, y, z), färgindex (CIE Lab*), etc.
Reflektansfotometri kan användas för olika ändamål, såsom kvalitetskontroll, färgmatchning, färgidentifiering, färgkommunikation, etc. Den kan appliceras på olika material och objekt, såsom färger, textilier, plast, metall och keramik.
Vilka är fotometriska storheter och enheter?
Fotometriska storheter härleds från radiometriska storheter genom att tillämpa luminositetsfunktionen som en viktfaktor. Luminositetsfunktionen representerar det mänskliga ögats relativa respons till olika våglängder av ljus. Den vanligaste luminositetsfunktionen är fotopiska sensitivitetsfunktionen, som modellerar ögats respons under ljusa förhållanden. Andra luminositetsfunktioner inkluderar skotopiska sensitivitetsfunktionen, som modellerar ögats respons under mörka förhållanden, och mesopiska sensitivitetsfunktionen, som modellerar ögats respons under mellanliggande förhållanden.
Vilka är fotometriska instrument och metoder?
Fotometriska instrument är enheter som mäter fotometriska storheter med hjälp av olika metoder och principer. Några av de vanliga fotometriska instrumenten och metoderna är:
Fotometer: Fotometer är enheter som mäter den relativa ljusstyrkan hos ljuskällor eller objekt genom att jämföra dem med en referensstandard. Fotometer kan delas in i olika typer beroende på deras design och tillämpning, såsom visuella fotometer, fotoelektriska fotometer, filterfotometer, spektrofotometer, etc.
Färgmätare: Färgmätare är enheter som mäter färgen på ljuskällor eller objekt genom att analysera deras spektrala sammansättning. Färgmätare kan delas in i olika typer beroende på deras design och tillämpning, såsom tristimulus färgmätare, chromameter, spektroradiometer, etc.
Integrerande sfärer: Integrerande sfärer är enheter som mäter den totala ljusflödesmängden från ljuskällor eller objekt genom att omsluta dem i en sfärisk kavitet med en mycket reflekterande inre yta. Integrerande sfärer kan användas för olika ändamål, såsom kalibrering av ljuskällor, mätning av reflektans eller
