Fotometria: Ni nini?
Photometry ni sayansi ya kutathmini nuru kwa kujua uwezo wake wa kuonekana kwa macho ya binadamu. Inafanya kazi tofauti na radiometry, ambayo hutathmini nishati ya kurejeshi (ikiwa pamoja na nuru) kwa kufuatilia nguvu kamili. Photometry hifadhi tu urefu wa mwanga unazozingatia macho ya binadamu.
Macho ya binadamu yanaweza kupata radiasyoni yenye urefu wa mzunguko wa 370 nm hadi 780 nm. Mzunguko huu unaitwa spectrum inayoelekea au furaha tu. Radiasyoni yenye urefu mfupi zaidi kuliko mwanga unaitwa radiasyoni ya ultraviolet, na radiasyoni yenye urefu mrefu zaidi kuliko mwanga unaitwa radiasyoni ya infrared. Photometry haiingilii radiasyoni ya ultraviolet au infrared.
Photometry inategemea kwa jibu la macho kwa mwanga kama kazi ya urefu wa mwanga. Macho hayajivumikia kwa kila urefu wa mwanga. Yanaendelea vizuri zaidi kwa mwanga wa kijani na vigelegele kwa mwanga wa nyekundu na violet. Macho pia huenda kwa tofauti za mwanga. Yana viwango mbili vya kuona: photopic vision na scotopic vision.
Photopic vision ni jibu la macho kwa kiwango cha juu cha mwanga, kama vile wakati wa siku au chini ya mwanga wa kisasa. Photopic vision inaweza kubainisha rangi na vitu vidogo. Scotopic vision ni jibu la macho kwa kiwango cha chini cha mwanga, kama vile usiku au chini ya mwanga wa nyota. Scotopic vision haipeweza kubainisha rangi na ina ubora mdogo. Kuna pia eneo la kusambaa kati ya photopic na scotopic vision unalitoitwa mesopic vision.
Photometry hutumia modelsi za kijamii za jibu la macho kwa mwanga kwa tofauti za urefu na kiwango cha mwanga. Models hizi hutaitwa luminosity functions. Hizi huchukua nguvu ya kurejeshi kwa kila urefu na kuzingatia factor ambao unaonyesha jinsi macho yanavyovumikia kwa urefu huo. Luminosity function yaliyotumika zaidi ni photopic sensitivity function, ambayo imemodeli jibu la macho kwa mazingira ya photopic. Luminosity functions mingine zinazotumika ni scotopic sensitivity function na mesopic sensitivity function.
Photometry ina matumizi mengi katika viwango vingine vya sayansi, uhandisi, na sanaa. Inatumika kuthibitisha na kutathmini brightness, rangi, na ubora wa sources za mwanga, materials, na vitu. Pia inatumika kutathmini athari za mwanga kwa afya, tabia, na kuona kwa binadamu.
Katika makala hii, tutajaribu kutathmini aina, principles, applications, na kazi ya photometry zaidi. Tutadiskuta pia instruments na units zinazotumika kwa measurements ya photometric.
Ni nini Fiber Photometry?
Fiber photometry ni tekniki inayotumika katika neuroscience kuhifadhi record ya shughuli za neuroni katika wanyama wenye hewa. Hutumia fibra za mwanga kutoa mwanga wa kuhamasisha kwa neuroni ambayo zinavyoexpress fluorescent indicators na kukusanya fluorescence iliyotoka kwazo.
Fluorescent indicators ni molekuli ambazo hupata mabadiliko ya properties yao ya fluorescence kwa sababu ya mabadiliko katika parameters biological kama vile calcium concentration, voltage, neurotransmitters, etc. Kutumia genetically encoded fluorescent indicators (GEFIs), kama vile GCaMPs, inawezesha kuhimiza aina fulani za neuroni au regions za ubongo kwa recordings optical.
Fiber photometry inaweza kuhifadhi record ya average activity ya populations kali za neuroni kwa muda. Inaweza kutumika kuhusisha shughuli za neuroni na events za behavior au stimuli katika wanyama wenye hewa. Fiber photometry ina faida zaidi kuliko tekniki zingine za recording optical, kama vile two-photon microscopy au calcium imaging, kwa urahisi, cost-effectiveness, portability, na scalability.
Lakini, fiber photometry pia ina changamoto kadhaa, kama vile spatial resolution chache, signal contamination kutokana na background fluorescence au movement artifacts, na potential tissue damage au inflammation kutokana na implantation ya fibra.
Ni nini Flame Photometry?
Flame photometry ni tekniki inayotumika kwa analysis chemical ili kuthibitisha concentration ya metal ions fulani katika sample. Inaitwa pia flame emission spectroscopy au flame atomic emission spectroscopy.
Flame photometry hutumia principle gani kama vile metals ions fulani hupiga wavelengths characteristic za mwanga wakati wanapowarmiwa katika flame. Intensity ya mwanga uliotoka ni sawa na concentration ya metals ions katika sample.
Flame photometry inatumika kwa alkali metals (group 1) na alkaline earth metals (group 2), kama vile sodium, potassium, calcium, lithium, etc. Metals hizi hana ionization energies madogo na wanaweza kuexcite rahisi kwa thermal energy kutoka flame.
Kufanya flame photometry, sample solution inayotaka metals ions hufanikiwa katika flame (marinyofu ni air-acetylene flame). Flame hupunguza na atomize sample kwa elements zake. Baadaye atoms hizi atoms hupata excited kwa kiwango cha juu kwa kukunywa thermal energy kutoka flame. Atoms hizi zinapoburudika zinarejelea kiwango chao cha chini kwa kutokatata photons za mwanga na wavelengths specific zinazosalia kwa transitions zao za energy.
Mwanga uliotoka hupigwi kwa lens system na ukitafsiriwa kwa monochromator (kitu kinachochagua range narrow ya wavelengths). Monochromator hushiriki tu wavelength desired ya mwanga inayotokana na metal ion of interest kusikia detector (marinyofu ni photomultiplier tube au photodiode). Detector hupamba mwanga signal kwa electrical signal ambayo inaweza kutathminika kwa meter au recorder.
Concentration ya metal ion katika sample inaweza kuthibitishwa kwa kuwasiliana intensity ya mwanga uliotoka na standard curve uliyopata kutokana na concentrations known za metal ion hiyo.
Ni nini Reflectance Photometry?
Reflectance photometry ni tekniki inayotumika kuthibitisha rangi au properties za reflectance za surface au object. Inafanya kazi kwa principle gani kama surfaces tofauti hupiga amounts tofauti na wavelengths tofauti za mwanga kulingana na characteristics zao za physics na chemistry.
Reflectance photometry hutumia light source (marinyofu ni white light) kutoa mwanga kwa surface au object kwa angle fulani. Mwanga uliorejeshi kutoka surface au object hupimwa na detector (marinyofu ni spectrophotometer au colorimeter) kwa angle nyingine.
Detector huanaliza spectrum au intensity ya mwanga uliorejeshi kwa wavelengths tofauti na kumhusisha na reference standard (marinyofu ni white surface). Rangi au properties za reflectance za surface au object zinaweza kutafsiriwa na parameters kadhaa, kama hue (dominant wavelength), saturation (purity), brightness (luminance), chromaticity coordinates (x,y,z), color index (CIE Lab*), etc.
Reflectance photometry inaweza kutumika kwa maana mengi, kama quality control, color matching, color identification, color communication, etc. Inaweza kutumika kwa materials na objects kadhaa, kama paints, textiles, plastics, metals, na ceramics.
Ni nini Photometric Quantities na Units?
Photometric quantities hupata kutokana na radiometric quantities kwa kutumia luminosity function kama weighting factor. Luminosity function hurepresent relative response ya macho ya binadamu kwa wavelengths tofauti za mwanga. Luminosity function inatumika zaidi ni photopic sensitivity function, ambayo imemodeli jibu la macho kwa mazingira ya bright. Luminosity functions mingine zinazotumika ni scotopic sensitivity function, ambayo imemodeli jibu la macho kwa mazingira ya dark, na mesopic sensitivity function, ambayo imemodeli jibu la macho kwa mazingira ya intermediate.
Ni nini Photometric Instruments na Methods?
Photometric instruments ni devices ambazo hutathmini photometric quantities kwa kutumia methods na principles tofauti. Baadhi ya photometric instruments na methods zinazotumika zenyewe ni:
Photometers: Photometers ni devices ambazo hutathmini relative brightness ya light sources au objects kwa kumhusisha na reference standard. Photometers zinaweza kugrupiwa kwa aina tofauti kulingana na design na application zao, kama vile visual photometers, photoelectric photometers, filter photometers, spectrophotometers, etc.
Colorimeters: Colorimeters ni devices ambazo hutathmini rangi ya light sources au objects kwa kunaliza spectral composition yao. Colorimeters zinaweza kugrupiwa kwa aina tofauti kulingana na design na application zao, kama vile tristimulus colorimeters, chromameters, spectroradiometers, etc.
Integrating spheres: Integrating spheres ni devices ambazo hutathmini total luminous flux ya light sources au objects kwa kuenclose kwenye spherical cavity na inner surface inayorithi mzuri. Integrating spheres zinaweza kutumika kwa maana mengi, kama calibration ya light sources, measurement ya reflectance au transmittance za materials, measurement ya angular distribution ya light sources, etc.
Goniophotometers: Goniophotometers ni devices ambazo hutathmini angular distribution ya luminous intensity au luminance ya light sources au objects kwa kurekebisha kwenye axes moja au zaidi. Goniophotometers zinaweza kutumika kwa maana mengi, kama characterization ya light sources, measurement ya optical properties of materials, measurement ya glare au contrast ratios of displays, etc.
Photodetectors: Photodetectors ni devices ambazo hupamba mwanga kwa electrical signals kwa kutumia principles physics tofauti, kama photoelectric effect,
