Фотометр - Википедия - Photometer

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: "Фотометр"  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Декабрь 2013) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Эта статья ведущий раздел может быть слишком коротким, чтобы адекватно подвести итог его ключевые моменты. Пожалуйста, подумайте о расширении интереса до предоставить доступный обзор обо всех важных аспектах статьи. (Декабрь 2015 г.)

Фотометр

А фотометр это инструмент, который измеряет силу электромагнитное излучение в диапазоне от ультрафиолета до инфракрасного, включая видимый спектр. Большинство фотометров преобразуют свет в электрический ток с помощью фоторезистор, фотодиод, или же фотоумножитель.

Фотометры измеряют:

• Освещенность
• Освещенность
• Поглощение света
• Рассеяние света
• Отражение света
• Флуоресценция
• Фосфоресценция
• Люминесценция

История

До того, как были разработаны электронные светочувствительные элементы, фотометрия было сделано оценкой на глаз. Относительная световой поток источника сравнивали со стандартным источником. Фотометр размещен таким образом, чтобы освещенность исследуемого источника была равна освещенности стандартного источника, поскольку человеческий глаз может определить одинаковую освещенность. Затем можно рассчитать относительные световые потоки, поскольку освещенность уменьшается пропорционально обратному квадрату расстояния. Стандартный пример такого фотометра представляет собой лист бумаги с масляным пятном на нем, которое делает бумагу более прозрачной. Когда пятно не видно ни с одной стороны, освещенность с двух сторон одинакова.

К 1861 году в употреблении было три типа.^[1] Это были фотометр Рамфорда, фотометр Ричи и фотометры, которые использовали погасание теней, которое считалось наиболее точным.

Фотометр Рамфорда

Фотометр Рамфорда

Фотометр Рамфорда (также называемый теневым фотометром) основывался на принципе, согласно которому более яркий свет отбрасывает более глубокую тень. Два сравниваемых источника света использовались для отбрасывания тени на бумагу. Если бы тени были одинаковой глубины, разница в расстоянии источников света указывала бы на разницу в интенсивности (например, свет в два раза дальше будет в четыре раза больше).

Фотометр Ричи

Фотометр Ричи

Фотометр Ричи зависит от равномерного освещения поверхностей. Он состоит из ящика (а, б) длиной шесть или восемь дюймов и одного по ширине и глубине. В середине деревянный клин (f, e, g) был загнут вверх и покрыт белой бумагой. Глаз пользователя смотрел через трубку (d) в верхней части коробки. Высота устройства также регулировалась с помощью подставки (c). Источники света для сравнения помещались сбоку от коробки (m, n), которые освещали бумажные поверхности, так что глаз видел обе поверхности одновременно. Изменяя положение огней, они были сделаны так, чтобы освещать обе поверхности одинаково, причем разница в интенсивности соответствовала квадрату разницы в расстоянии.

Метод гашения теней

Этот тип фотометра зависел от того факта, что если свет отбрасывает тень непрозрачного объекта на белый экран, существует определенное расстояние, на котором, если туда попадает второй свет, стираются все следы тени.

Принцип фотометров

Большинство фотометров обнаруживают свет с помощью фоторезисторы, фотодиоды или же фотоумножители. Для анализа света фотометр может измерять свет после того, как он прошел через фильтр или через монохроматор для определения при определенных длины волн или для анализа спектральное распределение света.

Подсчет фотонов

Некоторые фотометры измеряют свет, считая отдельные фотоны а не входящий поток. Принципы работы такие же, но результаты даны в таких единицах, как фотоны / см.² или фотоны · см⁻²· Ср⁻¹ а не Вт / см² или Вт · см⁻²· Ср⁻¹.

Из-за их индивидуальной природы счета фотонов эти инструменты ограничены наблюдениями при низкой освещенности. Энергия излучения ограничена временным разрешением соответствующей электроники считывания детектора. В современных технологиях это диапазон мегагерц. Максимальная освещенность также ограничена параметрами пропускной способности и усиления самого детектора.

Светочувствительным элементом в устройствах счета фотонов в ближнем ИК, видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн является фотоумножитель, обеспечивающий достаточную чувствительность.

В воздушном и космическом базировании дистанционное зондирование такие счетчики фотонов используются в верховьях электромагнитный спектр такой как рентгеновский снимок к дальний ультрафиолет. Обычно это происходит из-за более низкой интенсивности излучения измеряемых объектов, а также из-за сложности измерения света при более высоких энергиях с использованием его частицоподобной природы по сравнению с волнообразной природой света на более низких частотах. И наоборот, радиометры обычно используются для дистанционного зондирования с видимый, инфракрасный хотя радиочастота классифицировать.

Фотография

Фотометры используются для определения правильного контакт в фотография. В современном камеры, фотометр обычно встроен. Поскольку освещение различных частей изображения меняется, продвинутые фотометры измеряют интенсивность света в разных частях потенциального изображения и используют алгоритм для определения наиболее подходящей экспозиции для окончательного изображения, адаптируя алгоритм к типу предназначенного изображения (см. Режим замера ). Исторически фотометр был отделен от камеры и известен как экспонометр. Затем усовершенствованные фотометры можно было бы использовать либо для измерения света от потенциального изображения в целом, для измерения от элементов изображения, чтобы убедиться, что наиболее важные части изображения оптимально экспонированы, либо для измерения падающего света на сцену. с интегрирующим адаптером.

Фотометрия отражения видимого света

А отражательная способность Фотометр измеряет коэффициент отражения поверхности как функцию длины волны. Поверхность освещается белым светом, и отраженный свет измеряется после прохождения через монохроматор. Этот тип измерения имеет в основном практическое применение, например, в лакокрасочной промышленности для объективной характеристики цвета поверхности.

Фотометрия пропускания УФ и видимого света

Это оптические приборы для измерения поглощения света заданной длины волны (или заданного диапазона длин волн) окрашенными веществами в растворе. Из-за поглощения света Закон пива позволяет рассчитать концентрацию окрашенного вещества в растворе. Благодаря широкому диапазону применения, надежности и прочности фотометр стал одним из основных инструментов в биохимия и аналитическая химия. Абсорбционные фотометры для работы в водном растворе работают в ультрафиолетовом и видимом диапазонах от длины волны около 240 нм до 750 нм.

Принцип спектрофотометры а фотометры с фильтром таковы (по возможности) монохромный свет пропускается через контейнер (кювету) с оптически плоскими окнами, содержащими раствор. Затем он достигает светового датчика, который измеряет интенсивность света по сравнению с интенсивностью после прохождения через идентичную кювету с тем же растворителем, но без окрашенного вещества. Из соотношения между интенсивностями света, зная способность окрашенного вещества поглощать свет (поглощающая способность окрашенного вещества или площадь поперечного сечения фотонов молекул окрашенного вещества при данной длине волны), можно вычислить концентрация вещества с использованием Закон пива.

Используются два типа фотометров: спектрофотометр и фильтр фотометр. В спектрофотометрах монохроматор (с призма или с решетка ) используется для получения монохромный свет одной определенной длины волны. В фотометрах с фильтрами для получения монохроматического света используются оптические фильтры. Таким образом, спектрофотометры можно легко настроить для измерения оптической плотности на разных длинах волн, а также их можно использовать для сканирования спектра поглощающего вещества. Таким образом, они более гибкие, чем фотометры с фильтром, а также обеспечивают более высокую оптическую чистоту анализирующего света, и поэтому их предпочтительно использовать в исследовательских целях. Фотометры с фильтрами дешевле, надежнее и проще в использовании, поэтому они используются для рутинных анализов. Фотометры для микротитрационные планшеты фильтры-фотометры.

Фотометрия пропускания инфракрасного света

Спектрофотометрия в инфракрасном свете в основном используется для изучения структуры веществ, так как данные группы дают поглощение на определенных длинах волн. Измерение в водном растворе обычно невозможно, поскольку вода сильно поглощает инфракрасный свет в некоторых диапазонах длин волн. Поэтому инфракрасный спектроскопия либо выполняется в газовая фаза (для летучих веществ) или с веществами, спрессованными в таблетки вместе с солями, прозрачными в инфракрасном диапазоне. Бромид калия (KBr) обычно используется для этой цели. Исследуемое вещество тщательно смешивают со специально очищенным KBr и прессуют в прозрачную таблетку, которую помещают в пучок света. Анализ зависимости от длины волны обычно выполняется не с использованием монохроматора, как в УФ-видимом диапазоне, а с использованием интерферометр. Интерференционная картина может быть проанализирована с помощью преобразование Фурье алгоритм. Таким образом, весь диапазон длин волн можно анализировать одновременно, что экономит время, а интерферометр также дешевле, чем монохроматор. Свет, поглощаемый в инфракрасной области, соответствует не электронному возбуждению исследуемого вещества, а различным видам колебательного возбуждения. Колебательные возбуждения характерны для различных групп в молекуле, которые таким образом можно идентифицировать. Инфракрасный спектр обычно имеет очень узкие линии поглощения, что делает их непригодными для количественного анализа, но дает очень подробную информацию о молекулах. Частоты различных форм колебаний варьируются в зависимости от изотопа, поэтому разные изотопы дают разные пики. Это позволяет также исследовать изотопный состав образца с помощью инфракрасной спектрофотометрии.

Атомно-абсорбционная фотометрия

Атомно-абсорбционные фотометры - это фотометры, которые измеряют свет от очень горячего пламени. Анализируемый раствор впрыскивается в пламя с постоянной известной скоростью. Металлы в растворе находятся в пламени в атомарной форме. Монохроматический свет в этом типе фотометра генерируется газоразрядной лампой, в которой разряд происходит в газе с определяемым металлом. Затем разряд излучает свет с длинами волн, соответствующими спектральным линиям металла. Фильтр может использоваться для выделения одной из основных спектральных линий анализируемого металла. Свет поглощается металлом в пламени, и поглощение используется для определения концентрации металла в исходном растворе.

Смотрите также

• Радиометрия
• Рамановская спектроскопия
• Фотоприемник - Преобразователь, способный принимать оптический сигнал и генерировать электрический сигнал, содержащий ту же информацию, что и в оптическом сигнале.

Рекомендации

Статья частично основана на соответствующей статье в шведской Википедии.