Ein Kolorimeter ist jedes Instrument, das ein Chemiker verwendet, um Farben zu bestimmen oder zu spezifizieren. Ein Kolorimetertyp kann die Konzentration einer Substanz in einer Lösung basierend auf der Farbintensität der Lösung bestimmen. Wenn Sie eine farblose Lösung testen, fügen Sie ein Reagenz hinzu, das mit der Substanz reagiert und eine Farbe erzeugt. Diese Art von Kolorimeter hat ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich Laborforschung, Umweltanalyse der Wasserqualität, Analyse von Bodenbestandteilen, Überwachung des Hämoglobingehalts im Blut und Analyse von Chemikalien, die in verschiedenen industriellen die Einstellungen.
Allgemeine Grundsätze
Wenn Licht einer bestimmten Farbe (oder eines Wellenlängenbereichs) durch eine chemische Lösung geleitet wird, wird ein Teil des Lichts von der Lösung absorbiert und ein Teil davon durchgelassen. Nach dem Beerschen Gesetz ist die Konzentration des absorbierenden Materials proportional zu einer als "Absorption" bekannten Größe, die unten mathematisch definiert wird. Wenn Sie also die Extinktion einer Lösung einer Substanz unbekannter Konzentration bestimmen und mit der Extinktion von Lösungen bekannter Konzentrationen, können Sie die Konzentration des Stoffes in der Lösung ermitteln geprüft.
Mathematische Gleichungen
Das Verhältnis der Intensität des durchgelassenen Lichts (I) zur Intensität des einfallenden Lichts (Io) wird als Transmission (T) bezeichnet. Mathematisch ist T = I ÷ Io.
Die Extinktion (A) der Lösung (bei einer gegebenen Wellenlänge) wird als gleich dem Logarithmus (Basis 10) von 1÷T definiert. Das heißt, A = log (1÷T).
Die Extinktion der Lösung ist direkt proportional zur Konzentration (c) des absorbierenden Materials in Lösung. Das heißt, A = kc, wobei "k" eine Proportionalitätskonstante ist.
Der erste Ausdruck, T = I ÷ I0, gibt an, wie viel Licht durch eine Lösung geht, wobei 1 die maximale Lichtdurchlässigkeit bedeutet. Die nächste Gleichung, A = log (1÷T) gibt die Lichtabsorption an, indem man den Kehrwert der Transmissionszahl nimmt und dann den gemeinsamen Logarithmus des Ergebnisses nimmt. Eine Absorption (A) von Null bedeutet also, dass das gesamte Licht durchgelassen wird, 1 bedeutet, dass 90% des Lichts absorbiert werden und 2 bedeutet, dass 99% des Lichts absorbiert werden. Der dritte Ausdruck, A = kc, gibt die Konzentration (c) einer Lösung bei gegebener Extinktionszahl (A) an. Für Chemiker ist dies von entscheidender Bedeutung: Das Kolorimeter kann die Konzentration einer unbekannten Lösung anhand der durchscheinenden Lichtmenge messen.
Teile eines Kolorimeters
Ein Kolorimeter besteht aus drei Hauptteilen: einer Lichtquelle, einer Küvette, die die Probenlösung enthält, und einer Fotozelle, die das durch die Lösung durchgelassene Licht erfasst. Um farbiges Licht zu erzeugen, kann das Instrument entweder mit Farbfiltern oder speziellen LEDs ausgestattet sein. Das Licht von der Lösung in der Küvette übertragen wird, wird von einer Fotozelle erkannt und erzeugt ein digitales oder analoges Signal, das gemessen. Einige Kolorimeter sind tragbar und für Vor-Ort-Tests nützlich, während andere größere Tischgeräte sind, die für Labortests nützlich sind.
Verwenden des Instruments
Bei einem herkömmlichen Kolorimeter müssen Sie das Gerät kalibrieren (nur mit dem Lösungsmittel) und verwenden es, um die Extinktionswerte mehrerer Standardlösungen zu bestimmen, die einen gelösten Stoff bei bekanntem. enthalten Konzentrationen. (Wenn der gelöste Stoff eine farblose Lösung ergibt, fügen Sie ein Reagenz hinzu, das mit dem gelösten Stoff reagiert und eine Farbe erzeugt.) Wählen Sie den Lichtfilter oder die LED, die die höchsten Absorptionswerte liefert. Plotten Sie die Daten, um ein Diagramm der Absorption gegen die Konzentration zu erhalten. Verwenden Sie dann das Instrument, um die Extinktion der Testlösung zu ermitteln, und verwenden Sie das Diagramm, um die Konzentration des gelösten Stoffes in der Testlösung zu bestimmen. Moderne digitale Kolorimeter können die Konzentration des gelösten Stoffes direkt anzeigen, wodurch die meisten der oben genannten Schritte überflüssig werden.
Verwendung von Kolorimetern
Kolorimeter sind nicht nur für die Grundlagenforschung in Chemielabors wertvoll, sondern haben auch viele praktische Anwendungen. Sie werden beispielsweise verwendet, um die Wasserqualität zu testen, indem sie auf Chemikalien wie:
- Chlor
- Fluorid
- Zyanid
- gelöster Sauerstoff
- Eisen
- Molybdän
- Zink
- Hydrazin
Sie werden auch verwendet, um die Konzentrationen von Pflanzennährstoffen (wie Phosphor, Nitrat) zu bestimmen und Ammoniak) im Boden oder Hämoglobin im Blut und zur Identifizierung von minderwertigen und gefälschten Drogen. Darüber hinaus werden sie in der Lebensmittelindustrie sowie bei Herstellern von Farben und Textilien eingesetzt. In diesen Disziplinen überprüft ein Farbmessgerät die Qualität und Konsistenz der Farben in Farben und Stoffen, um sicherzustellen, dass jede Charge gleich aussieht.