दीप्तिमापी

एक प्रकाशमापी

प्रकाशमापी एक उपकरण है जो पराबैंगनी से लेकर अवरक्त तक और दृश्यमान स्पेक्ट्रम सहित विद्युत प्रकाश विकिरण की बल को मापता है। अधिकांश प्रकाशमापी फोटोरेसिस्टर, फोटोडायोड या फोटोमल्टीप्लायर का उपयोग करके प्रकाश को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित करते हैं।

प्रकाशमापी उपाय:

• प्रकाश
• विकिरण
• अवशोषण (प्रकाशिकी)
• प्रकाश का प्रवर्तन
• प्रकाश का परावर्तन
• प्रतिदीप्ति
• स्फुरदीप्ति
• प्रकाश

इतिहास

इलेक्ट्रॉनिक प्रकाश संवेदी तत्वों के विकसित होने से पहले, प्रकाशमिति (प्रकाशिकी) आँख द्वारा अनुमान लगाकर की जाती थी। किसी स्रोत के सापेक्ष प्रकाशदार प्रवाह की तुलना मानक स्रोत से की गई थी। प्रकाशमापी को इस तरह रखा जाता है कि जिस स्रोत की जांच की जा रही है, वह मानक स्रोत के सामान हो, क्योंकि मानव आंख समान प्रकाश का न्याय कर सकती है। सापेक्ष प्रकाशदार प्रवाह की गणना तब की जा सकती है क्योंकि प्रकाश दूरी के व्युत्क्रम वर्ग के अनुपात में घट जाती है। ऐसे प्रकाशमापी के मानक उदाहरण में कागज का एक टुकड़ा होता है जिस पर तेल का धब्बा होता है जो कागज को थोड़ा अधिक पारदर्शी बनाता है। जब किसी ओर से धब्बा दिखाई नहीं देता है, तो दोनों ओर से प्रकाश सामान होता है।

1861 तक, तीन प्रकार सामान्य उपयोग में थे। ये रुमफोर्ड के प्रकाशमापी, रिची के प्रकाशमापी और प्रकाशमापी थे जो छाया के विलुप्त होने का उपयोग करते थे, जिसे सबसे स्पष्ट माना जाता था।

रमफोर्ड का प्रकाशमापी

रमफोर्ड का प्रकाशमापी

रमफोर्ड का प्रकाशमापी (जिसे शैडो प्रकाशमापी भी कहा जाता है) इस सिद्धांत पर निर्भर था कि तेज प्रकाश एक गहरी छाया डालती है। तुलना की जाने वाली दो प्रकाश का उपयोग कागज पर छाया डालने के लिए किया गया था। यदि परछाइयाँ समान गहराई की होती हैं, तो प्रकाश की दूरी में अंतर तीव्रता में अंतर को संकेत करेगा (उदाहरण के लिए दुगनी प्रकाश तीव्रता से चार गुना अधिक होगी)।

रिची का प्रकाशमापी

रिची का प्रकाशमापी

रिची का प्रकाशमापी सतहों की समान प्रकाश पर निर्भर करता है। इसमें एक बॉक्स (ए, बी) छह या आठ इंच लंबा और चौड़ाई और गहराई में होता है। मध्य में, लकड़ी का एक टुकड़ा (एफ, ई, जी) ऊपर की ओर झुका हुआ था और सफेद कागज से ढका हुआ था। उपयोगकर्ता की आंख एक बॉक्स के शीर्ष पर एक ट्यूब (डी) के माध्यम से देखती है। उपकरण की ऊंचाई भी स्टैंड (सी) के माध्यम से समायोज्य थी। तुलना करने के लिए प्रकाश को बॉक्स (एम, एन) के किनारे रखा गया था - जो कागज की सतहों को प्रकाशित करता था जिससे आंख दोनों सतहों को साथ देख सके। प्रकाश की स्थिति को बदलकर, दूरी में अंतर के वर्ग के अनुरूप तीव्रता में अंतर के साथ, दोनों सतहों को समान रूप से प्रकाशित करने के लिए बनाया गया था।

छाया विलोपन की विधि

इस प्रकार का प्रकाशमापी इस तथ्य पर निर्भर करता है कि यदि कोई प्रकाश किसी अपारदर्शी वस्तु की छाया को एक सफेद स्क्रीन पर फेंकता है, तो निश्चित दूरी होती है, यदि दूसरा प्रकाश वहां लाया जाता है, तो छाया के सभी निशान मिटा दिए जाते हैं।

प्रकाशमापी का सिद्धांत

अधिकांश प्रकाशमापी फोटोरेसिस्टर्स, फोटोडायोड्स या फोटोमल्टीप्लायरों के साथ प्रकाश का पता लगाते हैं। प्रकाश का विश्लेषण करने के लिए, परिभाषित तरंग दैर्ध्य पर निर्धारण के लिए या प्रकाश के स्पेक्ट्रम के विश्लेषण के लिए प्रकाशमापी फ़िल्टर (प्रकाशिकी) या मोनोक्रोमेटर के माध्यम से पारित होने के बाद प्रकाश को माप सकता है।

फोटॉन गणना

Main article: फोटान की गणना

कुछ प्रकाशमापी आने वाले उज्ज्वल प्रवाह के अतिरिक्त अलग-अलग फोटोन की गणना करके प्रकाश को मापते हैं। ऑपरेटिंग सिद्धांत समान हैं किन्तु परिणाम W·cm⁻²·sr⁻¹ के अतिरिक्त फोटॉन/सेमी² या फोटॉन·cm⁻²·sr⁻¹ जैसी इकाइयों में दिए गए हैं |

उनकी अलग-अलग फोटॉन गणना प्रकृति के कारण, ये उपकरण अवलोकनों तक सीमित हैं जहां विकिरण कम है। विकिरण इसके संबंधित संसूचक रीडआउट इलेक्ट्रॉनिक्स के समय के संकल्प से सीमित है। वर्तमान विधि के साथ यह मेगाहर्ट्ज़ दूरी में है। अधिकतम विकिरण भी संसूचक के थ्रूपुट और गेन मापदण्ड द्वारा सीमित है।

एनआईआर, दृश्यमान और पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य में फोटॉन गणना उपकरणों में प्रकाश संवेदन तत्व पर्याप्त संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए फोटोमल्टीप्लायर है।

एयरबोर्न और स्पेस-आधारित रिमोट सेंसिंग में ऐसे फोटॉन काउंटरों का उपयोग विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम जैसे एक्स-रे से दूर पराबैंगनी तक की ऊपरी पहुंच में किया जाता है। यह सामान्यतः मापी जाने वाली वस्तुओं की कम उज्ज्वल तीव्रता के साथ-साथ कम आवृत्तियों पर प्रकाश की तरंग जैसी प्रकृति की तुलना में इसकी कण जैसी प्रकृति का उपयोग करके उच्च ऊर्जा पर प्रकाश को मापने में कठिनाई के कारण होता है। इसके विपरीत, रेडियोमीटर सामान्यतः दृश्यमान प्रकाश से अवरक्त चूंकि आकाशवाणी आवृति दूरी रिमोट सेंसिंग के लिए उपयोग किए जाते हैं, ।

फोटोग्राफी

Main article: प्रकाश मीटर

फोटोग्राफी में सही एक्सपोज़र (फ़ोटोग्राफ़ी) निर्धारित करने के लिए फ़ोटोमीटर का उपयोग किया जाता है। आधुनिक कैमरों में, प्रकाशमापी सामान्यतः अंतर्निहित होता है। चूंकि छवि के विभिन्न भागों की प्रकाश अलग-अलग होती है, उन्नत प्रकाशमापी संभावित छवि के विभिन्न भागों में प्रकाश की तीव्रता को मापते हैं और अंतिम छवि के लिए सबसे उपयुक्त एक्सपोजर निर्धारित करने के लिए एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं। इच्छित चित्र के प्रकार के अनुसार एल्गोरिद्म को अनुकूलित करना (पैमाइश प्रणाली देखें)। ऐतिहासिक रूप से, प्रकाशमापी कैमरे से अलग था और एक्सपोजर मीटर के रूप में जाना जाता था। तब उन्नत प्रकाशमापी का उपयोग या तो संभावित चित्र से प्रकाश को मापने के लिए किया जा सकता है, चित्र के तत्वों से मापने के लिए यह पता लगाने के लिए कि चित्र के सबसे महत्वपूर्ण भाग इष्टतम रूप से सामने आए हैं, या घटना प्रकाश को दृश्य में मापने के लिए एक एकीकृत एडाप्टर के साथ आये है।

दृश्य प्रकाश परावर्तन प्रकाशमिति

परावर्तन प्रकाशमापी तरंग दैर्ध्य के कार्य के रूप में सतह के परावर्तन को मापता है। सतह को सफेद प्रकाश से प्रकाशित किया जाता है, और परावर्तित प्रकाश को एक मोनोक्रोमेटर से निकलना के बाद मापा जाता है। इस प्रकार के माप में मुख्य रूप से व्यावहारिक अनुप्रयोग होते हैं, उदाहरण के लिए पेंट उद्योग में सतह के रंग को निष्पक्ष रूप से चिह्नित करने के लिए।

यूवी और दृश्यमान प्रकाश संचरण प्रकाशमिति

Main article: अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी

ये विलयन में रंगीन पदार्थों के दिए गए तरंग दैर्ध्य (या तरंग दैर्ध्य की दी गई सीमा) के प्रकाश के अवशोषण को मापने के लिए ऑप्टिकल उपकरण हैं। प्रकाश के अवशोषण से, बीयर का नियम समाधान में रंगीन पदार्थ की एकाग्रता की गणना करना संभव बनाता है। इसके विस्तृत अनुप्रयोग और इसकी विश्वसनीयता और शक्तिशाली के कारण, प्रकाशमापी जैव रसायन और विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में प्रमुख उपकरणों में से एक बन गया है। जलीय विलयन में काम करने के लिए अवशोषण प्रकाशमापी लगभग 240 एनएम से 750 एनएम तक तरंग दैर्ध्य से पराबैंगनी और दृश्य श्रेणियों में काम करते हैं।

स्पेक्ट्रोप्रकाशमापी और निस्पंदन प्रकाशमापी का सिद्धांत यह है कि (जहाँ तक संभव हो) एकरंगा प्रकाश को कंटेनर (सेल) से होकर निकलना दिया जाता है जिसमें समाधान युक्त वैकल्पिक रूप से सपाट खिड़कियां होती हैं। यह तब एक प्रकाश संसूचक तक पहुंचता है, जो समान विलायक के साथ किन्तु रंगीन पदार्थ के बिना एक समान सेल से निकलना के बाद तीव्रता की तुलना में प्रकाश की तीव्रता को मापता है। प्रकाश की तीव्रता के मध्य के अनुपात से, रंगीन पदार्थ की प्रकाश को अवशोषित करने की क्षमता (रंगीन पदार्थ का अवशोषण, या किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य पर रंगीन पदार्थ के अणुओं के फोटॉन क्रॉस सेक्शन क्षेत्र) को जानना संभव है, बीयर के नियम का उपयोग करके पदार्थ की सांद्रता की गणना करना संभव है।

दो प्रकार के प्रकाशमापी का उपयोग किया जाता है: स्पेक्ट्रोप्रकाशमापी और निस्पंदन (प्रकाशिकी) प्रकाशमापी। स्पेक्ट्रोप्रकाशमापी में एक परिभाषित तरंग दैर्ध्य के मोनोक्रोमैटिक प्रकाश प्राप्त करने के लिए मोनोक्रोमेटर (प्रिज्म (प्रकाशिकी) या झंझरी के साथ) का उपयोग किया जाता है। निस्पंदन प्रकाशमापी में, मोनोक्रोमैटिक प्रकाश देने के लिए ऑप्टिकल निस्पंदन का उपयोग किया जाता है। स्पेक्ट्रोप्रकाशमापी इस प्रकार विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण को मापने के लिए आसानी से समुच्चय किए जा सकते हैं, और उनका उपयोग अवशोषित पदार्थ के स्पेक्ट्रम को स्कैन करने के लिए भी किया जा सकता है। वे इस तरह से निस्पंदन प्रकाशमापी की तुलना में अधिक लचीले होते हैं, विश्लेषण प्रकाश की उच्च ऑप्टिकल शुद्धता भी देते हैं, और इसलिए वे अनुसंधान उद्देश्यों के लिए अधिमानतः उपयोग किए जाते हैं। फ़िल्टर प्रकाशमापी सस्ते, शक्तिशाली और उपयोग में आसान होते हैं और इसलिए उनका नियमित विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है। माइक्रोटिटर प्लेट के लिए प्रकाशमापी निस्पंदन प्रकाशमापी हैं।

अवरक्त प्रकाश संचरण प्रकाशमिति

Main article: अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी

अवरक्त प्रकाश में स्पेक्ट्रोप्रकाशमिति मुख्य रूप से पदार्थों की संरचना का अध्ययन करने के लिए उपयोग की जाती है, क्योंकि दिए गए समूह परिभाषित तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण देते हैं। जलीय घोल में मापन सामान्यतः संभव नहीं है, क्योंकि पानी कुछ तरंग दैर्ध्य दूरी में अवरक्त प्रकाश को दृढ़ता से अवशोषित करता है। इसलिए, अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी या तो गैसीय चरण (वाष्पशील पदार्थों के लिए) में या अवरक्त दूरी में पारदर्शी नमक के साथ टैबलेट में दबाए गए पदार्थों के साथ किया जाता है। इस उद्देश्य के लिए सामान्यतः पोटेशियम ब्रोमाइड (KBr) का उपयोग किया जाता है। परीक्षण किए जा रहे पदार्थ को विशेष रूप से शुद्ध किए गए केबीआर के साथ अच्छी तरह मिलाया जाता है और एक पारदर्शी गोली में दबाया जाता है, जिसे प्रकाश की किरण में रखा जाता है। तरंग दैर्ध्य निर्भरता का विश्लेषण सामान्यतः एक मोनोक्रोमेटर का उपयोग करके नहीं किया जाता है जैसा कि यूवी-विज़ में होता है, किन्तु इंटरफेरोमीटर के उपयोग के साथ एक फूरियर रूपांतरण कलन विधि का उपयोग करके हस्तक्षेप पैटर्न का विश्लेषण किया जा सकता है। इस तरह, पूरी तरंग दैर्ध्य दूरी का एक साथ विश्लेषण किया जा सकता है, समय की बचत होती है, और एक मोनोक्रोमेटर की तुलना में एक इंटरफेरोमीटर भी कम खर्चीला होता है। अवरक्त क्षेत्र में अवशोषित प्रकाश अध्ययन किए गए पदार्थ के इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना के अनुरूप नहीं है, किन्तु विभिन्न प्रकार के कंपन उत्तेजनाओं के अनुरूप है। कंपन संबंधी उत्तेजना अणु में विभिन्न समूहों की विशेषता है, जिसे इस तरह से पहचाना जा सकता है। अवरक्त स्पेक्ट्रम में सामान्यतः अधिक संकीर्ण अवशोषण रेखाएँ होती हैं, जो उन्हें मात्रात्मक विश्लेषण के लिए अनुपयुक्त बनाती हैं, किन्तु अणुओं के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी देती हैं। कंपन के विभिन्न विधियों की आवृत्तियाँ आइसोटोप के साथ बदलती हैं, और इसलिए अलग-अलग आइसोटोप अलग-अलग चोटियाँ देते हैं। यह अवरक्त स्पेक्ट्रोप्रकाशमिति के साथ नमूने की समस्थानिक संरचना का अध्ययन करना भी संभव बनाता है।

परमाणु अवशोषण प्रकाशमिति

Main article: परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी

परमाणु अवशोषण प्रकाशमापी प्रकाशमापी हैं जो प्रकाश को अधिक गर्म लौ से मापते हैं। विश्लेषण किए जाने वाले समाधान को स्थिर, ज्ञात दर पर ज्वाला में इंजेक्ट किया जाता है। विलयन में धातुएँ ज्वाला में परमाणु रूप में उपस्थित होती हैं। इस प्रकार के प्रकाशमापी में मोनोक्रोमैटिक प्रकाश एक डिस्चार्ज लैंप द्वारा उत्पन्न होता है जहां धातु के साथ गैस में डिस्चार्ज होता है। डिस्चार्ज तब धातु की वर्णक्रमीय रेखाओं के अनुरूप तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश का उत्सर्जन करता है। विश्लेषण की जाने वाली धातु की मुख्य वर्णक्रमीय रेखाओं में से एक को अलग करने के लिए एक निस्पंदन का उपयोग किया जा सकता है। लौ में धातु द्वारा प्रकाश को अवशोषित किया जाता है, और मूल समाधान में धातु की एकाग्रता को निर्धारित करने के लिए अवशोषण का उपयोग किया जाता है।

यह भी देखें

• रेडियोमेट्री
• रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी
• फोटोसंसूचक -ट्रांसड्यूसर जो ऑप्टिकल सिग्नल को स्वीकार करने और ऑप्टिकल सिग्नल के समान जानकारी वाले विद्युत सिग्नल का उत्पादन करने में सक्षम है।

संदर्भ

Article partly based on the corresponding article in Swedish Wikipedia