Transmittanssi ja optinen tiheys kuvaavat samaa asiaa kahdella asteikolla: kuinka paljon säteilyä materiaali läpäisee. Transmittanssi ilmoittaa läpäisevän osuuden lineaarisesti prosentteina, optinen tiheys ilmoittaa sen logaritmisesti – OD-arvo 1 tarkoittaa 10 %:n transmittanssia, OD-arvo 3 tarkoittaa 0,1 %:a. Koska suojasuodattimet, lasersuojalasit ja neutraalitiheyssuodattimet määritellään OD-arvoina, kun laitteet ilmoittavat tulokset prosentteina, muunnos molempiin suuntiin on jokapäiväistä työtä.
Tämä laskin kattaa kolme tehtävää: optisen tiheyden laskemisen mitatusta transmittanssista, transmittanssin laskemisen annetusta optisesta tiheydestä sekä useiden komponenttien – ikkunan, suodattimen, tarkistuslasin – yhteisvaikutuksen säteilytiellä. Yhdistettäessä transmittanssit kerrotaan, ei lasketa yhteen; OD-asteikolla arvot sen sijaan summautuvat, minkä ansiosta logaritminen asteikko on käytännöllinen.
Laskenta koskee yhtä aallonpituutta, ja transmittanssiarvojen oletetaan viittaavan samaan aallonpituuteen. Transmittanssi mitataan fotometrillä tai spektrometrillä – Opsytec valmistaa molempia ja kalibroi ne omassa laboratoriossaan.
Kaikki muut radiometriset muunnokset löytyvät radiometrialaskimesta.
Laskenta koskee yhtä aallonpituutta ja ideaalisia, ei-sirottavia näytteitä. Rajapintojen heijastushäviöt sisältyvät jo mitattuun transmissioon, mutta ei puhtaaseen materiaaliarvoon. Turvallisuuteen liittyvät arvioinnit – esimerkiksi suojasuodattimien osalta – on varmennettava soveltuvin, kalibroiduin mittauksin.
Perusteet
Optinen tiheys on transmission negatiivinen kymmenkantainen logaritmi: OD = −log₁₀(T), jossa T on murtoluku välillä 0–1. Jos transmissio annetaan tavanomaisesti prosentteina, tällöin OD = −log₁₀(T[%] / 100). Käänteinen kaava on T = 10^(−OD) tai T[%] = 10^(−OD) · 100. Optinen tiheys on yksikötön suure. Kemiassa samaa suuretta kutsutaan absorbanssiksi tai ekstinktioksi.
Jos useita komponenttteja seuraa toisiaan, transmissiot kertautuvat: T_kok = T₁ · T₂ · … · Tₙ. OD-asteikolla tästä tulee yhteenlasku: OD_kok = OD₁ + OD₂ + … + ODₙ.
Suodatin läpäisee 1 %: OD = −log₁₀(0,01) = 2. Kolme komponenttia, joiden läpäisyt ovat 90 %, 75 % ja 60 %, antavat T_total = 0,90 · 0,75 · 0,60 = 0,405 = 40,5 %, mikä vastaa arvoa OD_total = 0,392.
Optinen tiheys riippuu voimakkaasti aallonpituudesta. Luku "OD 4" ilman aallonpituusaluetta on arvoton – samalla materiaalilla voi olla OD 5 aallonpituudella 254 nm ja OD 0,5 aallonpituudella 365 nm. Sirottavien tai sameiden näytteiden kohdalla yksinkertainen mittausjärjestely kerää liian vähän valoa ja ilmoittaa liian suuren optisen tiheyden; tällöin tarvitaan integroivaa palloa. Ja läpäisyjen kertominen keskenään jättää huomiotta läheisten pintojen väliset moninkertaiset heijastukset.
Usein kysytyt kysymykset
OD = −log₁₀(T/100), kun T ilmoitetaan prosentteina. 10 %:n transmissio antaa OD-arvon 1, 1 % antaa arvon 2 ja 0,1 % antaa arvon 3. Jokainen seuraava OD-askel tarkoittaa kymmenesosaa pienempää läpäisevää säteilyä.
Yksi kymmenestuhannesosa tulevasta säteilystä läpäisee, eli 0,01 %. Vastaavasti OD 6 vaimentaa yhteen miljoonasosaan.
Laskennallisesti kyllä — kaikki kolme ovat −log₁₀(T). Termit tulevat eri aloilta: optinen tiheys suodatinteknologiasta, absorbanssi ja ekstinktio spektroskopiasta.
Kertokaa läpäisyt tai laskekaa optiset tiheydet yhteen — molemmat antavat saman tuloksen. Kaksi suodatinta, joiden OD on 2 ja 3, antavat yhdessä OD 5:n, eli 0,001 % läpäisyn.
Koska materiaalin absorptio vaihtelee voimakkaasti spektrin eri kohdissa. UV-suojalasi voi olla vahvasti absorboiva UV-C-alueella ja kirkas näkyvän valon alueella. Ilman aallonpituutta OD-arvo ei ole vertailukelpoinen — se mitataan spektrisesti, katso spektrometrit.
Fotometri yksittäisille aallonpituuksille tai spektrometri koko käyrälle. Sirottaville näytteille lisätään integroiva pallo, jotta myös sironnut valo saadaan mukaan.
Muuntoon kyllä, arviointiin ei. Lasersuojafiltterit luokitellaan omien standardiensa mukaan suojaustasoineen; pelkkä OD-muunnos ei korvaa tätä arviointia. Läpäisytestauksesta laserprosesseissa katso laserprosessit & läpäisytestaus.
Kirjoittaja: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia on Opsytec Dr. Gröbel GmbH:n toimitusjohtaja Ettlingenissä ja johtaa akkreditoitua kalibrointilaboratoriota. Tutkittuaan pulssitettuja ksenoni-eksimeeripurkauksia KIT:n valaistustekniikan instituutissa hän keskittyy nykyisin optisen säteilyn mittaustekniikkaan. Hän toimii DIN-standardointikomitean FNL 7 "Optinen säteily" varapuheenjohtajana sekä DVGW:n UV-desinfiointia käsittelevän projektiryhmän jäsenenä.
