광도계
Photometer |
광도계는 가시 스펙트럼을 포함한 자외선에서 적외선에 이르는 전자파 복사 강도를 측정하는 기구입니다.대부분의 광도계는 포토레지스터, 포토다이오드 또는 광전자 증배기를 사용하여 빛을 전류로 변환합니다.
광도계는 다음을 측정합니다.
역사
전자 빛에 민감한 요소가 개발되기 전에, 광도 측정은 눈으로 추정하여 수행되었습니다.광원의 상대 광속을 표준 광원과 비교했다.광도계는 인간의 눈으로 동일한 조도를 판단할 수 있으므로 조사 대상 선원의 조도가 표준 선원과 동일하도록 배치된다.그런 다음 거리의 역제곱에 비례하여 조도가 감소함에 따라 상대 광속을 계산할 수 있습니다.이러한 광도계의 표준 예는 종이 위에 기름 얼룩이 있는 종이로 구성되어 있어 종이가 약간 더 투명해집니다.어느 쪽에서도 스팟이 보이지 않으면 양쪽의 조도가 같아집니다.
1861년까지, 세 가지 유형이 공통적으로 [1]사용되었습니다.이것들은 Rumford의 광도계, Ritchie의 광도계, 그리고 가장 정밀하다고 여겨지는 그림자의 소멸을 이용한 광도계였다.
럼포드의 광도계
럼포드의 광도계는 밝은 빛이 더 깊은 그림자를 드리운다는 원리에 의존했다.비교할 두 개의 불빛은 종이에 그림자를 드리우는 데 사용되었습니다.그림자가 같은 깊이의 경우, 빛의 거리 차이는 명도의 차이를 나타낸다(예: 두 배 멀리 있는 빛은 명도의 네 배가 된다).
리치의 광도계
Ritchie의 광도계는 표면의 동일한 조도에 의존합니다.길이 6인치 또는 8인치 크기의 상자(a, b)와 폭 및 깊이 1개로 구성됩니다.가운데에는 나무 쐐기(f, e, g)가 위쪽으로 비스듬히 세워져 있고 흰 종이로 덮여 있었다.사용자의 눈은 상자 상단의 튜브(d)를 통해 바라보았다.기기의 높이도 스탠드(c)를 통해 조절할 수 있습니다.비교할 조명을 상자 측면(m, n)에 배치하여 종이 표면을 비추어 두 표면을 동시에 볼 수 있도록 했습니다.조명의 위치를 변경함으로써 거리차이의 제곱에 따른 강도 차이를 가지고 양면을 균일하게 조명하도록 했다.
그림자 소멸법
이런 종류의 광도계는 빛이 불투명한 물체의 그림자를 흰색 스크린에 던지면, 만약 두 번째 빛을 가져오면, 그림자의 모든 흔적을 지우는 일정한 거리가 있다는 사실에 의존했다.
광도계의 원리
대부분의 광도계는 포토레지스터, 포토다이오드 또는 광전자 증배기로 빛을 검출합니다.광도계는 빛을 분석하기 위해 정의된 파장에서 측정하거나 빛의 스펙트럼 분포를 분석하기 위해 필터 또는 흑백기를 통과한 후 빛을 측정할 수 있다.
광자수
일부 광도계는 들어오는 자속보다는 개별 광자를 세어 빛을 측정한다.작동 원리는 동일하지만 결과는 W/cm2 또는 W·cm−2·sr가−1 아닌 광자/cm2 또는 광자/cm−2·sr과−1 같은 단위로 제시된다.
이러한 기기는 개별 광자 계수 특성으로 인해 방사선 강도가 낮은 관측치로 제한된다.방사선 강도는 관련된 검출기 판독치의 시간 분해능에 의해 제한된다.현재의 기술로는 이것은 메가헤르츠 범위입니다.최대 방사선 강도는 검출기 자체의 throughput 및 gain 파라미터에 의해 제한된다.
NIR의 광자 계수 장치, 가시 파장 및 자외선 파장의 광 감지 소자는 충분한 감도를 달성하기 위한 광전자 증배관이다.
공중 및 우주 기반 원격 감지에서 이러한 광자 카운터는 X-선과 같은 전자 스펙트럼의 상류에 사용된다.이는 일반적으로 낮은 주파수에서 빛의 물결 같은 성질에 비해 측정 대상 물체의 낮은 복사 강도와 입자 같은 성질을 사용하여 높은 에너지에서 빛을 측정하는 것이 어렵기 때문입니다.반대로, 방사계는 일반적으로 가시적인 적외선 주파수 범위에서 원격 감지에 사용됩니다.
사진
광도계는 사진에서 정확한 노출을 결정하기 위해 사용됩니다.현대 카메라에는 보통 광도계가 내장되어 있다.화상의 다른 부분의 조도가 다르기 때문에, 고도의 광도계는, 가능한 화상의 다른 부분의 조도를 측정하고, 알고리즘을 사용해 최종 화상에 최적인 노광을 결정합니다(측정 모드 참조).역사적으로 광도계는 카메라와 분리되어 노출계라고 알려져 있었다.그런 다음 고급 광도계를 사용하여 잠재적 사진 전체의 빛을 측정하거나, 사진의 가장 중요한 부분이 최적으로 노출되었는지 확인하기 위해 사진의 요소에서 측정하거나, 통합 어댑터를 사용하여 현장에 입사한 빛을 측정할 수 있습니다.
가시광선 반사 광도 측정
반사광도계는 파장의 함수로서 표면의 반사율을 측정한다.표면은 흰색 빛으로 비춰지고 반사광은 흑백기를 통과한 후 측정됩니다.이러한 유형의 측정은 주로 페인트 업계에서 표면의 색상을 객관적으로 특징짓기 위해 실용적으로 사용됩니다.
UV 및 가시광선 투과 광도 측정
용액 내 색소물질의 특정 파장(또는 특정 파장 범위)의 빛 흡수를 측정하기 위한 광학기기입니다.광흡수로부터 맥주의 법칙을 통해 용액 중 유색 물질의 농도를 계산할 수 있습니다.광도계는 응용 범위가 넓고 신뢰성과 견고성으로 인해 생화학 및 분석 화학의 주요 장비 중 하나가 되었습니다.수용액 작업용 흡수 광도계는 약 240nm의 파장에서 750nm까지의 자외선 및 가시 범위 내에서 작동합니다.
분광광도계와 필터 광도계의 원리는 (가능한 한) 단색의 빛이 용액이 들어 있는 광학적으로 평평한 창문이 있는 용기(셀)를 통과할 수 있도록 하는 것입니다.그런 다음 광검출기에 도달하고, 광검출기는 같은 용제를 사용하지만 유색 물질이 없는 동일한 셀을 통과한 후 강도 대비 빛의 강도를 측정합니다.광강도 간의 비율에서 유색물질의 광흡수능력(유색물질의 흡수도 또는 주어진 파장에서의 유색물질 분자의 광자 단면적)을 알면 Beer의 법칙을 이용하여 유색물질의 농도를 계산할 수 있다.
광도계는 분광 광도계와 필터 광도계 두 종류가 사용됩니다.분광광도계에서는 단색기(프리즘 또는 격자 포함)를 사용하여 정의된 파장의 단색광을 얻는다.필터 광도계에서는 단색의 빛을 내기 위해 광학 필터를 사용한다.따라서 분광광도계는 다른 파장에서의 흡광도를 측정하기 위해 쉽게 설정할 수 있으며 흡수물질의 스펙트럼을 주사하는 데도 사용할 수 있다.필터 광도계보다 유연하고 분석광의 광순도가 높아 연구용으로 사용하는 것이 바람직하다.필터 광도계는 더 저렴하고 강력하며 사용하기 쉬우므로 일상적인 분석에 사용됩니다.마이크로타이터 플레이트용 광도계는 필터 광도계입니다.
적외선 투과 광도 측정
특정 집단이 정의된 파장에서 흡수를 제공하기 때문에 적외선 분광광도법은 물질의 구조를 연구하는 데 주로 사용된다.물이 일부 파장 범위에서 적외선을 강하게 흡수하기 때문에 수용액에서의 측정은 일반적으로 불가능합니다.따라서 적외선 분광법은 기체상(휘발성 물질의 경우) 또는 적외선 범위에서 투명한 소금과 함께 정제 안에 압착하여 실시한다.브롬화칼륨(KBr)이 일반적으로 이 목적으로 사용됩니다.테스트 대상 물질은 특수 정제된 KBr과 완전히 혼합되어 투명한 정제 안에 압착되어 광선에 놓인다.파장 의존성 분석은 일반적으로 UV-Vis에서처럼 단색기를 사용하는 것이 아니라 간섭계를 사용하여 이루어집니다.간섭 패턴은 푸리에 변환 알고리즘을 사용하여 분석할 수 있습니다.이렇게 하면 전체 파장 범위를 동시에 분석할 수 있어 시간을 절약할 수 있고 간섭계도 흑백계보다 저렴하다.적외선 영역에서 흡수되는 빛은 연구된 물질의 전자 들뜸에 해당하지 않고 다른 종류의 진동 들뜸에 해당된다.진동 들뜸은 분자 내 다른 그룹의 특징이며, 이러한 방식으로 식별할 수 있습니다.적외선 스펙트럼은 일반적으로 매우 좁은 흡수선을 가지고 있어 정량적 분석에 적합하지 않지만 분자에 대한 매우 자세한 정보를 제공한다.다양한 진동 모드의 주파수는 동위원소에 따라 다르며, 따라서 다른 동위원소는 다른 피크를 제공한다.이를 통해 적외선 분광 광도 측정으로 시료의 동위원소 구성을 연구하는 것도 가능하다.
원자 흡수 측광학
원자 흡수 광도계는 매우 뜨거운 불꽃에서 나오는 빛을 측정하는 광도계이다.분석할 용액은 알려진 일정한 속도로 화염에 주입됩니다.용액 속의 금속은 화염 속에 원자 형태로 존재한다.이러한 유형의 광도계에서 단색 빛은 방전 램프에 의해 생성되며, 방전 램프에서 금속이 측정되는 기체에서 방전이 발생합니다.그런 다음 방전은 금속의 스펙트럼 라인에 해당하는 파장을 가진 빛을 방출합니다.필터는 분석 대상 금속의 주요 스펙트럼 라인 중 하나를 분리하기 위해 사용할 수 있다.빛은 화염의 금속에 의해 흡수되고, 그 흡수를 사용하여 원래 용액에 있는 금속의 농도를 결정합니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Draper, John William (1861). A textbook on chemistry. NY: Harper and Brothers. p. 78.
스웨덴어 위키피디아의 해당 기사에 부분적으로 근거한 기사
