Kolorimetri on mikä tahansa väline, jota kemisti käyttää värien määrittämiseen tai määrittämiseen. Yhden tyyppinen kolorimetri voi löytää aineen pitoisuuden liuoksesta liuoksen värin voimakkuuden perusteella. Jos testaat väritöntä liuosta, lisää reagenssi, joka reagoi aineen kanssa ja tuottaa värin. Tämän tyyppisillä kolorimetreillä on laaja käyttöalue, mukaan lukien laboratoriotutkimukset, veden laadun ympäristöanalyysit, maaperän komponenttien analyysi, veren hemoglobiinipitoisuuden seuranta ja teollisuudessa käytettävien kemikaalien analyysi asetukset.
Yleiset periaatteet
Kun tietyn värinen (tai aallonpituusalueen) valo ohjataan kemiallisen liuoksen läpi, liuos absorboi osan valosta ja osa läpäisee sen. Beer-lain mukaan absorboivan materiaalin pitoisuus on verrannollinen määrään, joka tunnetaan "absorbanssina", joka määritellään matemaattisesti jäljempänä. Siten, jos pystyt määrittämään tuntemattoman pitoisuuden omaavan aineen liuoksen absorbanssin ja vertaamaan sitä tunnettujen pitoisuuksien liuosten absorbanssi, löydät aineen pitoisuuden olemassa olevasta liuoksesta testattu.
Matemaattiset yhtälöt
Läpäisevän valon (I) voimakkuuden suhdetta tulevan valon voimakkuuteen (Io) kutsutaan läpäisykyvyksi (T). Matemaattisesti T = I ÷ Io.
Liuoksen absorbanssi (A) (tietyllä aallonpituudella) määritellään yhtä suureksi kuin 1 ÷ T: n logaritmi (pohja 10). Eli A = log (1 ÷ T).
Liuoksen absorbanssi on suoraan verrannollinen liuoksessa olevan absorboivan materiaalin pitoisuuteen (c). Eli A = kc, jossa "k" on suhteellisuusvakio.
Ensimmäinen lauseke, T = I ÷ I0, osoittaa kuinka paljon valoa kulkee liuoksen läpi, missä 1 merkitsee suurinta valonläpäisyä. Seuraava yhtälö, A = log (1 ÷ T) osoittaa valon absorptiota ottamalla läpäisyluvun käänteisen ja ottamalla sitten yhteisen tuloslokin. Joten nollan absorbanssi (A) tarkoittaa, että kaikki valo kulkee läpi, 1 tarkoittaa, että 90% valosta absorboituu ja 2 tarkoittaa 99% absorboituu. Kolmas lauseke, A = kc, kertoo liuoksen konsentraation (c), jolla on absorbanssiluku (A). Kemistien kannalta tämä on ensiarvoisen tärkeää: kolorimetri voi mitata tuntemattoman liuoksen pitoisuuden sen läpi läpäisevän valon määrän perusteella.
Kolorimetrin osat
Kolorimetrillä on kolme pääosaa: valonlähde, kyvetti, joka pitää näyteliuosta, ja valokenno, joka havaitsee liuoksen läpi kulkevan valon. Värillisen valon tuottamiseksi laite voidaan varustaa joko värillisillä suodattimilla tai erityisillä LEDeillä. Valo kyvetissä olevan liuoksen lähettämä valosolu havaitsee valokennon, joka tuottaa digitaalisen tai analogisen signaalin, joka voi olla mitattu. Jotkut kolorimetrit ovat kannettavia ja hyödyllisiä paikan päällä tehtäviin testeihin, kun taas toiset ovat isompia, penkillä olevia instrumentteja, jotka ovat hyödyllisiä laboratoriotesteissä.
Laitteen käyttö
Tavallisella kolorimetrillä laite on kalibroitava (pelkästään liuotinta käyttäen) ja käytettävä se määrittää absorbanssiarvot useille standardiliuoksille, jotka sisältävät tunnettua liuotinta pitoisuudet. (Jos liuotettu aine tuottaa väritöntä liuosta, lisää reagenssi, joka reagoi liuenneen aineen kanssa ja muodostaa värin.) Valitse valosuodatin tai LED, joka antaa korkeimmat absorbanssiarvot. Piirrä tiedot saadaksesi kuvaajan absorbanssista pitoisuuteen. Käytä sitten instrumenttia testiliuoksen absorbanssin löytämiseen ja kuvaajan avulla liuenneen aineen pitoisuuden löytämiseen testiliuoksessa. Nykyaikaiset digitaaliset kolorimetrit voivat suoraan näyttää liuenneen aineen pitoisuuden, jolloin useimpien yllä olevien vaiheiden tarve on poistettu.
Kolorimetrien käyttö
Sen lisäksi, että kolorimetrit ovat arvokkaita kemian laboratorioiden perustutkimuksille, niillä on monia käytännön sovelluksia. Esimerkiksi niitä käytetään veden laadun testaamiseen seulomalla kemikaaleja, kuten:
- kloori
- fluori
- syanidi
- liuennut happi
- rauta-
- molybdeeni
- sinkki
- hydratsiini
Niitä käytetään myös kasviravinteiden (kuten fosfori, nitraatti) pitoisuuksien määrittämiseen ja ammoniakki) maaperässä tai veressä oleva hemoglobiini ja huonolaatuisten ja väärennettyjen tunnistamiseksi huumeita. Lisäksi niitä käyttävät elintarviketeollisuus sekä maalien ja tekstiilien valmistajat. Näillä aloilla kolorimetri tarkistaa värien laadun ja sakeuden maaleissa ja kankaissa varmistaakseen, että jokainen erä näyttää samalta.