Фотометрія: що це?

Фотометрія — це наука, яка вивчає вимірювання світла з точки зору його сприйняття людським оком. Вона відрізняється від радіометрії, яка вимірює радіаційну енергію (включаючи світло) з точки зору абсолютної потужності. Фотометрія враховує лише діапазон довжин хвиль (світло), який може стимулювати людське око.

Людське око може виявляти радіацію, яка має довжину хвилі між 370 нм і 780 нм. Цей діапазон називається видимим спектром або просто світлом. Радіація з довжиною хвилі, коротшою за світло, називається ультрафіолетовою радіацією, а радіація з довжиною хвилі, більшою за світло, — інфрачервою радіацією. Фотометрія не враховує ультрафіолетову або інфрачервону радіацію.

Фотометрія базується на реакції очей на світло як функції довжини хвилі. Око не рівно чутливе до всіх довжин хвилі світла. Воно більш чутливе до зеленого світла і менш чутливе до червоного та фіолетового світла. Око також адаптується до різних рівнів яскравості. У нього є два режими зору: фотопічний зір і скотопічний зір.

Фотопічний зір — це реакція очей при високих рівнях яскравості, наприклад, в денний час або при штучному освітленні. Фотопічний зір може розрізняти кольори та деталі. Скотопічний зір — це реакція очей при низьких рівнях яскравості, наприклад, вночі або при світлі зірок. Скотопічний зір не може розрізнити кольори і має низьку роздільну здатність. Існує також переходна зона між фотопічним і скотопічним зором, яка називається мезопічним зором.

Фотометрія використовує стандартизовані моделі реакції очей на світло при різних довжинах хвилі та рівнях яскравості. Ці моделі називаються функціями луміносності. Вони використовуються для вагування радіантної потужності на кожній довжині хвилі фактором, який представляє, наскільки чутливе око на цій довжині хвилі. Найчастіше використовувана функція луміносності — це фотопічна функція чутливості, яка моделює реакцію очей у фотопічних умовах. Інші функції луміносності включають скотопічну функцію чутливості та мезопічну функцію чутливості.

Фотометрія має багато застосувань у різних галузях науки, інженерії та мистецтва. Вона використовується для вимірювання та характеристики яскравості, кольору та якості джерел світла, матеріалів та об'єктів. Вона також використовується для вивчення впливу світла на здоров'я, поведінку та сприйняття людини.

У цій статті ми розглянемо деякі типи, принципи, застосування та роботу фотометрії детальніше. Ми також обговоримо деякі інструменти та одиниці, використовувані для фотометричних вимірювань.

Що таке Фіберна фотометрія?

Фіберна фотометрія — це техніка, яка використовується в невронаукі для запису нейрональної активності у живих тварин. Вона використовує оптичні волокна для доставки екситаційного світла до нейронів, що виражають флуоресцентні індикатори, та збору виділеної флуоресценції від них.

Флуоресцентні індикатори — це молекули, які змінюють свої флуоресцентні властивості відповідно до змін певних біологічних параметрів, таких як концентрація кальцію, напруга, нейромедіатори тощо. Використовуючи генетично кодовані флуоресцентні індикатори (GEFIs), такі як GCaMPs, можна цілити конкретні типи нейронів або області мозку для оптичного запису.

Фіберна фотометрія дозволяє моніторинг середньої активності великих популяцій нейронів з часом. Вона може бути використана для кореляції нейрональної активності з поведінковими подіями або стимулами у вільнодіючих тварин. Фіберна фотометрія має переваги над іншими оптичними методами запису, такими як двофотонна мікроскопія або кальцієве зображення, з точки зору простоти, ефективності коштів, переносності та масштабованості.

Однак, фіберна фотометрія також має деякі обмеження, такі як низька просторова роздільна здатність, забруднення сигналу від фонової флуоресценції або артефактів руху, та можливий ушкодження або запалення тканини через імплантацію волокон.

Що таке Пламенна фотометрія?

Пламенна фотометрія — це техніка, яка використовується для хімічного аналізу для визначення концентрації певних металевих іонів у зразку. Вона також відома як пламенна емісійна спектроскопія або пламенна атомна емісійна спектроскопія.

Пламенна фотометрія працює на принципі, що деякі металеві іони випромінюють характерні довжини хвилі світла, коли вони нагріваються в пламенні. Інтенсивність випроміненого світла пропорційна концентрації металевих іонів у зразку.

Пламенна фотометрія в основному використовується для щелочних металів (група 1) та щелочновидних металів (група 2), таких як натрій, калій, кальцій, літій тощо. Ці метали мають низькі енергії іонізації і можуть легко збуджуватися тепловою енергією від пламені.

Для проведення пламенної фотометрії розчин зразку, що містить металеві іони, розпилюється в пламені (зазвичай в повітряно-акетиленовому пламенні). Пламя випаровує і атомізує зразок на його складові елементи. Деякі з цих атомів потім збуджуються до вищих енергетичних рівнів, поглинаючи теплову енергію від пламені. Ці збуджені атоми врешті-решт повертаються до своєї основної стану, виділяючи фотони світла з певними довжинами хвилі, що відповідають їх енергетичним переходам.

Виділене світло потім збирається системою лінз і проходить через монохроматор (прилад, який вибирає вузький діапазон довжин хвилі). Монохроматор дозволяє лише бажану довжину хвилі світла, що відповідає металевому іону, досягнути детектора (зазвичай фотомножача або фотодіода). Детектор перетворює світловий сигнал на електричний сигнал, який можна виміряти за допомогою вольтметра або реєстратора.

Концентрацію металевого іону у зразку можна обчислити, порівнюючи інтенсивність виділеного світла з стандартною кривою, отриманою з відомих концентрацій того самого металевого іону.

Що таке Рефлектометрія?

Рефлектометрія — це техніка, яка використовується для вимірювання кольору або рефлектанції поверхні або об'єкту. Вона працює на принципі, що різні поверхні відображають різні кількості та довжини хвилі світла залежно від їх фізичних та хімічних характеристик.

Рефлектометрія використовує джерело світла (зазвичай біле світло) для освітлення поверхні або об'єкту під певним кутом. Відблиск світла від поверхні або об'єкту потім вимірюється детектором (зазвичай спектрофотометром або кольориметром) під іншим кутом.

Детектор аналізує спектр або інтенсивність відблиска світла на різних довжинах хвилі та порівнює його з еталонним стандартом (зазвичай біла поверхня). Колір або рефлектанційні властивості поверхні або об'єкту можна виразити різними параметрами, такими як тон (домінуюча довжина хвилі), насиченість (чистота), яскравість (люмінанс), хроматичні координати (x, y, z), кольоровий індекс (CIE Lab*), тощо.

Рефлектометрія може бути використана для різних цілей, таких як контроль якості, збіга кольорів, ідентифікація кольору, комунікація кольору, тощо. Вона може бути застосована до різних матеріалів та об'єктів, таких як фарби, текстильні матеріали, пластмаси, метал, кераміка.

Які фотометричні