Et kolorimeter er ethvert instrument, som en kemiker bruger til at bestemme eller specificere farver. En type kolorimeter kan finde koncentrationen af et stof i opløsning baseret på opløsningens farveintensitet. Hvis du tester en farveløs opløsning, tilføjer du et reagens, der reagerer med stoffet og producerer en farve. Denne type kolorimeter har en bred vifte af applikationer, herunder laboratorieforskning, miljøanalyse af vandkvalitet, analyse af jordkomponenter, overvågning af hæmoglobinindhold i blod og analyse af kemikalier anvendt i forskellige industrier indstillinger.
Generelle principper
Når lys af en bestemt farve (eller bølgelængde) ledes gennem en kemisk opløsning, absorberes noget lys af opløsningen, og noget af det transmitteres. I henhold til Beer's lov er koncentrationen af det absorberende materiale proportional med en mængde kendt som "absorbans" defineret matematisk nedenfor. Således, hvis du kan bestemme absorbansen af en opløsning af et stof med ukendt koncentration og sammenligne det med absorbans af opløsninger med kendte koncentrationer, kan du finde stoffets koncentration i opløsningen testet.
Matematiske ligninger
Forholdet mellem intensiteten af transmitteret lys (I) og intensiteten af det indfaldende lys (Io) kaldes transmission (T). I matematiske termer er T = I ÷ Io.
Absorbansen (A) af opløsningen (ved en given bølgelængde) defineres som lig med logaritmen (base 10) på 1 ÷ T. Det vil sige A = log (1 ÷ T).
Opløsningens absorbans er direkte proportional med koncentrationen (c) af det absorberende materiale i opløsningen. Det vil sige A = kc, hvor "k" er en proportionalitetskonstant.
Det første udtryk, T = I ÷ I0, angiver, hvor meget lys der passerer gennem en løsning, hvor 1 betyder maksimal lystransmission. Den næste ligning, A = log (1 ÷ T) angiver optagelsen af lys ved at tage det inverse af transmissionstallet og derefter tage den fælles log for resultatet. Så en absorbans (A) på nul betyder, at alt lyset passerer igennem, 1 betyder, at 90% af lyset absorberes, og 2 betyder, at 99% absorberes. Det tredje udtryk, A = kc, fortæller dig koncentrationen (c) af en opløsning givet absorbansnummeret (A). For kemikere er dette meget vigtigt: kolorimeteret kan måle koncentrationen af en ukendt opløsning med den mængde lys, der skinner igennem den.
Dele af et kolorimeter
Et kolorimeter har tre hoveddele: en lyskilde, en kuvette, der holder prøveopløsningen og en fotocelle, der registrerer det lys, der transmitteres gennem opløsningen. For at producere farvet lys kan instrumentet være udstyret med enten farvede filtre eller specifikke lysdioder. Lyset transmitteret af opløsningen i kuvetten detekteres af en fotocelle, der producerer et digitalt eller analogt signal, der kan være målt. Nogle kolorimetre er bærbare og nyttige til test på stedet, mens andre er større instrumentbænkeinstrumenter, der er nyttige til laboratorietest.
Brug af instrumentet
Med et konventionelt kolorimeter skal du kalibrere instrumentet (ved hjælp af opløsningsmidlet alene) og bruge det det til at bestemme absorbansværdierne for adskillige standardopløsninger indeholdende et opløst stof ved kendt koncentrationer. (Hvis det opløste stof producerer en farveløs opløsning, skal du tilføje et reagens, der reagerer med det opløste stof og generere en farve.) Vælg det lysfilter eller den LED, der giver de højeste absorbansværdier. Plot dataene for at opnå en graf over absorbans versus koncentration. Brug derefter instrumentet til at finde absorbans af testopløsningen, og brug grafen til at finde koncentrationen af det opløste stof i testopløsningen. Moderne digitale kolorimetre kan direkte vise koncentrationen af det opløste stof, hvilket eliminerer behovet for de fleste af ovenstående trin.
Anvendelse af kolorimetre
Udover at være værdifuld til grundlæggende forskning i kemilaboratorier, har kolorimetre mange praktiske anvendelser. For eksempel bruges de til at teste for vandkvalitet ved screening for kemikalier som:
- klor
- fluor
- cyanid
- opløst ilt
- jern
- molybdæn
- zink
- hydrazin
De bruges også til at bestemme koncentrationerne af plante næringsstoffer (såsom fosfor, nitrat og ammoniak) i jorden eller hæmoglobin i blodet og til at identificere understandard og forfalskning stoffer. Derudover bruges de af fødevareindustrien og af producenter af maling og tekstiler. I disse discipliner kontrollerer et kolorimeter kvaliteten og konsistensen af farver i maling og tekstiler for at sikre, at hvert parti kommer ud og ser ens ud.