تصف النفاذية (Transmission) والكثافة الضوئية (Optical Density) الشيء نفسه على مقياسَين: مقدار الإشعاع الذي تسمح المادة بمروره. تُعبِّر النفاذية عن الجزء المنفوذ خطياً بالنسبة المئوية، بينما تُعبِّر الكثافة الضوئية عنه لوغاريتمياً – فقيمة OD تساوي 1 تعني نفاذية 10%، وقيمة OD تساوي 3 تعني 0.1%. ولأن مرشحات الحماية ونظارات السلامة من الليزر والمرشحات المحايدة الكثافة تُحدَّد بوحدة OD بينما تُبلِّغ الأجهزة عن النسبة المئوية، فإن التحويل في كلا الاتجاهين عمل يومي.
تغطي هذه الأداة الحسابية ثلاث مهام: حساب الكثافة الضوئية من نفاذية مقاسة، وحساب النفاذية من كثافة ضوئية معطاة، وحساب التوهين المُجمَّع عندما توجد عدة مكوّنات في مسار الحزمة الضوئية – نافذة، مرشح، زجاج معاينة. عند الجمع، تُضرب قيم النفاذية ولا تُجمَع؛ أما على مقياس OD فإن القيم تُجمَع بدلاً من ذلك، وهذا ما يجعل المقياس اللوغاريتمي جذاباً.
ينطبق الحساب على طول موجي واحد ويفترض أن قيم النفاذية تشير إلى الطول الموجي نفسه. تُقاس النفاذية بواسطة مقياس ضوئي (فوتومتر) أو مقياس طيفي (سبكتروميتر) – وتُصنِّع Opsytec كلا الجهازين وتُعايرهما في مختبرها الخاص.
جميع عمليات التحويل الراديومترية الإضافية مُجمَّعة في أداة الحساب الراديومترية.
ينطبق هذا الحساب على طول موجي واحد وعلى عيّنات مثالية غير مُشتِّتة. تكون خسائر الانعكاس عند السطوح الفاصلة مُدرجة أصلاً في قيمة النفاذية المقاسة، لكنها غير مُدرجة في قيمة مادية بحتة. أما التقييمات المتعلقة بالسلامة – كتقييم المرشّحات الواقية على سبيل المثال – فيجب التحقق منها عبر قياسات مناسبة ومُعايَرة.
المبادئ الأساسية
الكثافة البصرية هي اللوغاريتم العشري السالب للنفاذية: OD = −log₁₀(T)، حيث T نسبة بين 0 و1. إذا أُعطيت النفاذية بالنسبة المئوية كما هو معتاد، فإن OD = −log₁₀(T[%] / 100). والعلاقة العكسية هي T = 10^(−OD) أو T[%] = 10^(−OD) · 100. الكثافة البصرية كمية عديمة الأبعاد. في الكيمياء تُسمّى الكمية نفسها الامتصاصية أو الخمود.
إذا توالت عدّة مكوّنات، فإن قيم النفاذية تتضاعف: T_total = T₁ · T₂ · … · Tₙ. وعلى مقياس OD يتحوّل ذلك إلى عملية جمع: OD_total = OD₁ + OD₂ + … + ODₙ.
يُرسِل مرشِّح 1% من الضوء: OD = −log₁₀(0.01) = 2. ثلاثة مكوّنات بنسب 90% و75% و60% تُعطي T_total = 0.90 · 0.75 · 0.60 = 0.405 = 40.5%، بما يقابل OD_total = 0.392.
تعتمد الكثافة البصرية اعتماداً كبيراً على الطول الموجي. فرقم مثل "OD 4" دون تحديد نطاق الطول الموجي يكون عديم القيمة — إذ قد تكون للمادة نفسها كثافة بصرية OD 5 عند 254 nm وOD 0.5 عند 365 nm. أما بالنسبة للعيّنات المشتِّتة أو العكرة، فإن الإعداد البسيط يجمع كمية ضوء قليلة جداً ويُظهر كثافة بصرية أعلى من الواقع؛ وهذا يستدعي استخدام الكرة المُكامِلة. كما أن ضرب قيم النفاذية يهمل الانعكاسات المتعددة بين الأسطح المتقاربة.
الأسئلة الشائعة
OD = −log₁₀(T/100) عندما تُعطى T بالنسبة المئوية. نفوذية 10% تعطي OD 1، و1% تعطي OD 2، و0.1% تعطي OD 3. كل خطوة إضافية في OD تعني عاملاً بمقدار عشرة أقل من الإشعاع المنفوذ.
يُنقَل جزء واحد من عشرة آلاف من الإشعاع الساقط، أي 0.01 %. وبناءً على ذلك، فإن OD 6 يخفّف إلى جزء واحد من مليون.
من الناحية الحسابية نعم — فجميعها تساوي −log₁₀(T). لكن المصطلحات تأتي من مجالات مختلفة: الكثافة البصرية من تقنية المرشّحات، والامتصاصية والانقراض من الطيفية.
اضرب معاملات النفاذية أو اجمع الكثافات البصرية — كلتا الطريقتين تعطيان النتيجة نفسها. مرشحان بكثافة بصرية OD 2 و OD 3 يعطيان معاً OD 5، أي نسبة نفاذية 0.001 %.
لأن امتصاص المادة يتفاوت بشكل كبير عبر الطيف. فقد يكون الزجاج الواقي من الأشعة فوق البنفسجية عالي الامتصاص في نطاق UV-C وشفافًا في النطاق المرئي. وبدون تحديد الطول الموجي، لا يمكن مقارنة الكثافة البصرية — إذ يتم قياسها طيفيًا، انظر مقاييس الإشعاع الطيفية.
يُستخدم مقياس ضوئي للأطوال الموجية المفردة أو مقياس طيفي لرسم المنحنى بأكمله. أما بالنسبة للعيّنات المُشتِّتة للضوء، فتُضاف الكرة المُكامِلة بحيث يُلتقط الضوء المُشتَّت أيضاً.
بالنسبة للتحويل نعم، وبالنسبة للتقييم لا. تُصنَّف مرشحات الحماية من الليزر وفقاً لمواصفاتها الخاصة بمستويات حماية محددة؛ ولا يحل التحويل البسيط لكثافة العتامة (OD) محل هذا التقييم. لاختبار النفاذية في عمليات الليزر، انظر عمليات الليزر واختبار النفاذية.
المؤلف: د. Mark Paravia
د.-مهندس Mark Paravia هو المدير التنفيذي لشركة Opsytec Dr. Gröbel GmbH في Ettlingen ويرأس مختبر المعايرة المعتمد. وبعد أبحاثه حول تفريغات الإكسيمر الزينونية النبضية في معهد تقنيات الإضاءة في KIT، يركّز حالياً على تقنيات قياس الإشعاع الضوئي. وهو نائب رئيس لجنة المعايير DIN، اللجنة FNL 7 «الإشعاع الضوئي»، وعضو في مجموعة مشروع DVGW للتطهير بالأشعة فوق البنفسجية.
