Fotometre - Photometer
Bir fotometre , ultraviyole ile kızılötesi arasında değişen ve görünür spektrumu içeren elektromanyetik radyasyonun gücünü ölçen bir alettir . Çoğu fotometreleri bir kullanan bir elektrik akımı içine ışık dönüştürmek photoresistor , fotodiyot veya foto çarpanına .
Fotometreler şunları ölçer:
Tarih
Elektronik ışığa duyarlı elemanlar geliştirilmeden önce, fotometri gözle kestirilerek yapılırdı. Bir kaynağın nispi ışık akısı standart bir kaynakla karşılaştırıldı. Fotometre, insan gözü eşit aydınlığa karar verebildiğinden, araştırılan kaynaktan gelen aydınlatma standart kaynağa eşit olacak şekilde yerleştirilir. Bağıl ışık akısı, daha sonra aydınlık, uzaklığın ters karesiyle orantılı olarak azaldığından hesaplanabilir. Bu tür bir fotometrenin standart bir örneği, üzerinde kağıdı biraz daha şeffaf hale getiren bir yağ lekesi bulunan bir kağıt parçasından oluşur. Nokta her iki taraftan da görünmediğinde, iki taraftan gelen aydınlatma eşittir.
1861'de üç tür ortak kullanımdaydı. Bunlar, Rumford'un fotometresi, Ritchie'nin fotometresi ve en hassas olduğu düşünülen gölgelerin sönmesini kullanan fotometrelerdi.
Rumford'un fotometresi
Rumford'un fotometresi (gölge fotometresi olarak da adlandırılır), daha parlak bir ışığın daha derin bir gölge oluşturacağı ilkesine bağlıydı. Karşılaştırılacak iki ışık, kağıda gölge düşürmek için kullanıldı. Gölgeler aynı derinlikte olsaydı, ışıkların mesafesindeki fark yoğunluktaki farklılığı gösterirdi (örneğin, iki kat uzaktaki bir ışık, yoğunluğun dört katı olurdu).
Ritchie'nin fotometresi
Ritchie'nin fotometresi, yüzeylerin eşit şekilde aydınlatılmasına bağlıdır. Altı veya sekiz inç uzunluğunda bir kutudan (a, b) ve genişlik ve derinlikte bir kutudan oluşur. Ortada, bir tahta parçası (f, e, g) yukarı doğru açılıydı ve beyaz kağıtla kaplandı. Kullanıcının gözü bir kutunun üstündeki bir tüpe (d) baktı. Aparatın yüksekliği de sehpadan (c) ayarlanabilir. Karşılaştırılacak ışıklar, gözün her iki yüzeyi aynı anda görebilmesi için kağıt yüzeylerini aydınlatan kutunun (m, n) yanına yerleştirildi. Işıkların konumu değiştirilerek, her iki yüzeyi de eşit olarak aydınlatmaları sağlandı, yoğunluk farkının uzaklık farkının karesine karşılık gelmesi sağlandı.
Gölgelerin yok olma yöntemi
Bu tür bir fotometre, bir ışık opak bir nesnenin gölgesini beyaz bir ekrana atarsa, oraya ikinci bir ışık getirilirse, gölgenin tüm izlerini yok edecek belirli bir mesafe olması gerçeğine bağlıydı.
Fotometre prensibi
Fotometrelerin çoğu ışığı foto dirençler , fotodiyotlar veya fotoçoğaltıcılar ile algılar . Işığı analiz etmek için, fotometre, ışığı bir filtreden veya bir monokromatörden geçtikten sonra tanımlanmış dalga boylarında belirleme veya ışığın spektral dağılımının analizi için ölçebilir .
Foton sayımı
Bazı fotometreler ışığı, gelen akı yerine tek tek fotonları sayarak ölçer . Çalışma prensipleri aynıdır, ancak sonuçlar, foton / cm birimleri cinsinden verilmiştir 2 ya da foton • cm -2 · sr -1 yerine W / cm den 2 ya da W-cm -2 · sr -1 .
Bireysel foton sayma doğaları nedeniyle, bu aletler, ışımanın düşük olduğu gözlemlerle sınırlıdır. Işınım, ilgili dedektör okuma elektroniklerinin zaman çözünürlüğü ile sınırlıdır. Mevcut teknoloji ile bu megahertz aralığındadır. Maksimum ışık şiddeti, detektörün kendisinin verim ve kazanç parametreleriyle de sınırlıdır.
NIR, görünür ve ultraviyole dalga boylarındaki foton sayma cihazlarındaki ışık algılama elemanı, yeterli duyarlılığı elde etmek için bir fotomultiplikatördür.
Hava ve uzay-bazlı olarak uzaktan algılama gibi foton sayaçları üst ulaştığı kullanılır elektromanyetik spektrumun gibi X-ışını için çok ultraviyole . Bu genellikle, ölçülen nesnelerin daha düşük ışıma yoğunluğunun yanı sıra, daha düşük frekanslarda ışığın dalga benzeri doğasına kıyasla parçacık benzeri doğasını kullanarak daha yüksek enerjilerde ışığı ölçmenin zorluğundan kaynaklanmaktadır. Bunun aksine, Işıma tipik olarak uzaktan algılama için kullanılan görünür , kızılötesi da radyo frekansı aralığı.
Fotoğrafçılık
Fotometre doğru belirlemek için kullanılır poz içinde fotoğrafçılık . Modern kameralarda fotometre genellikle yerleşiktir. Resmin farklı bölümlerinin aydınlatması değiştikçe, gelişmiş fotometreler potansiyel resmin farklı bölümlerindeki ışık yoğunluğunu ölçer ve son resim için en uygun pozlamayı belirlemek için bir algoritma kullanır. algoritmayı amaçlanan resim türüne uyarlamak (bkz. Ölçüm modu ). Tarihsel olarak, bir fotometre kameradan ayrıydı ve bir pozlama ölçer olarak biliniyordu . Gelişmiş fotometreler daha sonra ya potansiyel resimden gelen ışığı bir bütün olarak ölçmek, resmin unsurlarından ölçmek için resmin en önemli kısımlarının en iyi şekilde pozlandığından emin olmak için ya da olay yerine gelen ışığı ölçmek için kullanılabilir. entegre bir adaptör ile.
Görünür ışık yansıtma fotometrisi
Bir yansıma fotometresi, bir yüzeyin yansımasını dalga boyunun bir fonksiyonu olarak ölçer. Yüzey beyaz ışıkla aydınlatılır ve yansıyan ışık bir monokromatörden geçtikten sonra ölçülür. Bu tür bir ölçüm, örneğin boya endüstrisinde bir yüzeyin rengini objektif olarak karakterize etmek için esas olarak pratik uygulamalara sahiptir.
UV ve görünür ışık geçirgenliği fotometrisi
Bunlar, çözeltideki renkli maddelerin belirli bir dalga boyundaki (veya belirli bir dalga boyu aralığındaki) ışığın emilimini ölçmek için optik cihazlardır. Beer'in yasası , ışık emiliminden, çözeltideki renkli maddenin konsantrasyonunu hesaplamayı mümkün kılar. Geniş uygulama yelpazesi ve güvenilirliği ve sağlamlığı nedeniyle fotometre, biyokimya ve analitik kimyadaki temel araçlardan biri haline gelmiştir . Sulu çözelti içinde çalışmak için absorpsiyon fotometreleri, dalga boyları yaklaşık 240 nm'den 750 nm'ye kadar morötesi ve görünür aralıklarda çalışır.
Spektrofotometrelerin ve filtre fotometrelerinin ilkesi, (mümkün olduğunca) monokromatik ışığın, solüsyonu içeren optik olarak düz pencerelere sahip bir kaptan (hücre) geçmesine izin verilmesidir. Daha sonra, aynı çözücüyle, ancak renkli madde olmadan aynı hücreden geçtikten sonra ışığın yoğunluğuna kıyasla yoğunluğunu ölçen bir ışık dedektörüne ulaşır. Işık yoğunlukları arasındaki orandan, renkli maddenin ışığı absorbe etme kapasitesinin bilinmesi (renkli maddenin emiciliği veya belirli bir dalga boyunda renkli maddenin moleküllerinin foton kesit alanı) hesaplanması mümkündür. Beer's yasasını kullanarak maddenin konsantrasyonu .
İki tür fotometre kullanılır: spektrofotometre ve filtre fotometre. Spektrofotometrelerde, tanımlanmış bir dalga boyunda monokromatik ışık elde etmek için bir monokromatör ( prizmalı veya ızgaralı ) kullanılır . Filtre fotometrelerinde, tek renkli ışığı vermek için optik filtreler kullanılır. Spektrofotometreler böylece farklı dalga boylarında absorbansı ölçmek için kolaylıkla ayarlanabilir ve ayrıca absorban maddenin spektrumunu taramak için de kullanılabilir. Bu şekilde filtre fotometrelerinden daha esnektirler, ayrıca analiz ışığının daha yüksek bir optik saflığını verirler ve bu nedenle tercihen araştırma amaçlı kullanılırlar. Filtre fotometreleri daha ucuzdur, daha sağlamdır ve kullanımı daha kolaydır ve bu nedenle rutin analizler için kullanılırlar. İçin fotometre mikrotiter plakalar filtre fotometreler bulunmaktadır.
Kızılötesi ışık geçirgenliği fotometrisi
Kızılötesi ışıkta spektrofotometri, belirli gruplar tanımlanmış dalga boylarında absorpsiyon verdiğinden, esas olarak maddelerin yapısını incelemek için kullanılır. Su, bazı dalga boyu aralıklarında kızılötesi ışığı güçlü bir şekilde emdiğinden, sulu çözelti içinde ölçüm genellikle mümkün değildir. Bu nedenle, kızılötesi spektroskopi , ya gaz fazında (uçucu maddeler için) ya da kızılötesi aralıkta şeffaf olan tuzlarla birlikte tabletler halinde preslenen maddelerle gerçekleştirilir. Potasyum bromür (KBr) bu amaçla yaygın olarak kullanılmaktadır. Test edilen madde, özel olarak saflaştırılmış KBr ile iyice karıştırılır ve ışık huzmesi içine yerleştirilen şeffaf bir tablete bastırılır. Dalga boyu bağımlılığının analizi genellikle UV-Vis'te olduğu gibi bir monokromatör kullanılarak değil, bir interferometre kullanılarak yapılır . Girişim modeli, bir Fourier dönüşüm algoritması kullanılarak analiz edilebilir . Bu şekilde, tüm dalga boyu aralığı aynı anda analiz edilebilir, bu da zamandan tasarruf sağlar ve bir interferometre de bir monokromatörden daha ucuzdur. Kızılötesi bölgede emilen ışık, incelenen maddenin elektronik uyarımına karşılık gelmez, bunun yerine farklı titreşim uyarım türlerine karşılık gelir. Titreşimsel uyarımlar, bu şekilde tanımlanabilen bir moleküldeki farklı grupların karakteristiğidir. Kızılötesi spektrum tipik olarak çok dar absorpsiyon çizgilerine sahiptir, bu da onları kantitatif analiz için uygunsuz kılar, ancak moleküller hakkında çok ayrıntılı bilgi verir. Farklı titreşim modlarının frekansları izotopa göre değişir ve bu nedenle farklı izotoplar farklı tepeler verir. Bu, kızılötesi spektrofotometri ile bir numunenin izotopik bileşimini incelemeyi de mümkün kılar.
Atomik absorpsiyon fotometrisi
Atomik absorpsiyon fotometreleri, çok sıcak bir alevden gelen ışığı ölçen fotometrelerdir. Analiz edilecek çözelti, aleve bilinen sabit bir hızda enjekte edilir. Çözeltideki metaller alevde atomik formda bulunur. Bu tip fotometrede monokromatik ışık, deşarjın belirlenecek metal ile bir gazda gerçekleştiği bir deşarj lambası tarafından üretilir. Deşarj daha sonra metalin spektral çizgilerine karşılık gelen dalga boylarına sahip ışık yayar. Analiz edilecek metalin ana spektral çizgilerinden birini izole etmek için bir filtre kullanılabilir. Işık, alevdeki metal tarafından emilir ve soğurma, orijinal çözeltideki metal konsantrasyonunu belirlemek için kullanılır.
Ayrıca bakınız
- Radyometri
- Raman spektroskopisi
- Fotodetektör - Optik bir sinyali kabul edebilen ve optik sinyaldeki ile aynı bilgileri içeren bir elektrik sinyali üretebilen bir dönüştürücü.
Referanslar
Makale kısmen İsveç Wikipedia'daki ilgili makaleye dayanmaktadır