Fotometrie

Van Wikipedia, de gratis encyclopedie
Spring naar navigatie Spring naar zoeken

Met fotometrie of fotometrie ( oud Grieks φῶς phṓs , Duits 'licht' en μετρεῖν metreín , Duits `` meten'' ) zijn meetmethoden in het golflengtegebied van zichtbaar licht met behulp van een fotometer .

Deelgebieden

Fotometrie was oorspronkelijk een tak van natuurkunde of scheikunde , astronomie en fotografie , maar is nu een reguliere technische wetenschap geworden . Het wordt voortdurend verder ontwikkeld, bijvoorbeeld in fotovoltaïsche installaties of bij de productie van displays voor industriële meettechnologie voor kwaliteitsborging en kwaliteitscontrole. Het is een standaardmethode bij de ontwikkeling van optische technologieën zoals lasertechnologie , evenals verwante colorimetrie .

Daarnaast wordt fotometrie ook gebruikt in (bio)chemische en medische analyses . Het maakt kwalitatief en kwantitatief bewijs mogelijk, evenals het volgen van de dynamiek van chemische processen van stralingsabsorberende chemische verbindingen.

Een meting van de absorptie over verschillende golflengten wordt spectroscopie genoemd , b.v. B. UV/VIS-spectroscopie of infraroodspectroscopie . Een geregistreerde meting bij verschillende golflengten wordt een spectrum genoemd . Bij ongefilterd bestraald licht kan UV- fluorescentie in een monster leiden tot meetfouten in het zichtbare bereik van de straling, daarom kan een filter , prisma of diffractierooster worden gebruikt om het golflengtebereik van het ingestraalde licht te beperken. Het is ook belangrijk om de stralingsfuncties en spectrale afhankelijkheden van materialen te kennen. Om deze reden worden ook spectrale metingen uitgevoerd. De veralgemening van fotometrie naar het gehele elektromagnetische spectrum (radio naar gammastraling ) wordt radiometrie genoemd .

Transmissiemetingen

Fotometrische meting van een rood deeltje in een oplossing
Oudere fotometer voor medische doeleinden, maar kan ook gebruikt worden in chemische analyse

De absorptie en kleur van een vloeistof of een transparante vaste stof is afhankelijk van de materiaalsamenstelling en de concentratie. Met fotometrie worden de concentraties van gekleurde oplossingen bepaald met behulp van zichtbaar licht. De meting wordt uitgevoerd in een speciaal monstervat, de zogenaamde cuvette .

Als de oplossing van een absorberende stof wordt bestraald met licht, hangt de intensiteit die erdoorheen gaat (een zo lineair mogelijke detector is vereist) af van de doorgaans golflengteafhankelijke absorptie-eigenschappen van de stof, de concentratie en de lengte van het licht pad in de oplossing. Deze wet wordt beschreven door de wet Lambert-Beer . Om deze wet toe te passen wordt het intensiteitssignaal I gemeten in een smal golflengtebereik voor verschillende bekende en onbekende concentraties logaritmisch uitgezet tegen de concentratie c . Er ontstaat een rechte lijn waaruit de onbekende concentraties kunnen worden afgelezen.

Een fotometer doet deze interpolatie rekenkundig: De intensiteiten worden gedeeld door het snijpunt I ( c = 0) (→ transmissie) en logaritmized (→ extinctie ). De absorptie is evenredig met de concentratie.

Indien er meerdere absorberende stoffen in de oplossing aanwezig zijn, wordt een golflengtegebied gekozen dat wel door de te bepalen soort maar niet door andere bestanddelen wordt geabsorbeerd. Sommige stoffen die weinig of geen absorptie vertonen, kunnen op chemische wijze worden omgezet in goed opneembare stoffen. Zo kan formaldoxime bijvoorbeeld worden gebruikt om de concentratie van talrijke metaalionen fotometrisch te bepalen. Licht met de geselecteerde golflengte wordt gegenereerd met filters, monochromators of lasers .

Reflectie metingen

Fotometrische onderzoeken hebben voornamelijk betrekking op de kleurevaluatie van oppervlakken voor kwaliteitsborging bij het kleuren. Er worden gekalibreerde fotosensoren gebruikt die door middel van filters op meerdere golflengten meten.

Uit de mogelijk golflengteafhankelijke diffuse reflectie kunnen ook conclusies worden getrokken over de oppervlaktestructuur (bijv. DRIFTS ).

Evaluatie van lichtbronnen

De fotometrische evaluatie van lichtbronnen wordt uitgevoerd met behulp van fotometrische parameters zoals lichtsterkte , lichtstroom , verlichtingssterkte en luminantie . Door middel vanlichtgevoeligheidscurven wordt rekening gehouden met de gevoeligheid van het menselijk oog. De V-lambda-curven voor fotopisch en scotopisch zicht kunnen worden gebruikt om fotometrische eenheden uit radiometrische eenheden te berekenen. Met betrekking tot de lichtintensiteit als de basiseenheid van fotometrie, bevat de definitie geen enkele verwijzing naar de spectrale lichtgevoeligheidsfunctie.

Eigenschappen zoals kleurweergave-index , kleurtemperatuur en lichtkleur worden ook gebruikt voor de fotometrische evaluatie van lichtbronnen. Daarnaast zijn stralingskarakteristieken en het rendement van armaturen , lichtbronnen en lichtdioden een bruikbare beoordelingsparameter.

astronomie

In de astronomie zijn er andere fotometrische systemen die niet gebaseerd zijn op de gevoeligheidscurve van het oog, maar op de fysieke eigenschappen van de sterspectra .

Breedband fotometrie
meet de sterkte van de straling over een groot aantal golflengten . De meest gebruikelijke methoden meten door drie of vier filters (UBV: Ultraviolet, Blue, Visual of uvby: ultraviolet, violet, blue, yellow) en gebruiken deze om de parameters van een ster ( spectraaltype ) te bepalen. De grootteverschillen van de afzonderlijke filtermetingen worden kleuren genoemd, UB of BV, die vaak worden uitgezet als een kleur-helderheidsdiagram (zie ook kleurenindex ).
In smalbandfotometrie
alleen gebieden van individuele spectraallijnen worden gemeten om hun sterktes te bepalen zonder een spectrum op te nemen , wat veel complexer zou zijn. Dit werkt echter alleen met sterke absorptielijnen en lijnemissiespectra zonder een (sterke) continue component, zoals de spectra van planetaire nevels .

Om historische redenen gebruikt astronomie magnitude als een eenheid.

historisch

Visuele fotometrie is de voorloper van de hedendaagse fotometrie.

literatuur

  • Lange, Zdeněk: Fotometrische analyse . Verlag Chemie, Weinheim 1980, ISBN 3-527-25853-1 .
  • Noboru Ohta, Alan R. Robertson: Colorimetrie: grondbeginselen en toepassingen , Wiley-IS & T Series, West Sussex 2006, ISBN 978-0-470-09473-0 .
  • DIN 5032-1: Lichtmeting - Deel 1: Fotometrische methoden . Beuth Verlag, Berlijn 1999.
  • Michael K. Shepard: Inleiding tot planetaire fotometrie. Cambridge University Press, Cambridge 2017, ISBN 978-1-107-13174-3 .

web links