Un colorimetro è qualsiasi strumento utilizzato da un chimico per determinare o specificare i colori. Un tipo di colorimetro può trovare la concentrazione di una sostanza in soluzione, in base all'intensità del colore della soluzione. Se stai testando una soluzione incolore, aggiungi un reagente che reagisce con la sostanza, producendo un colore. Questo tipo di colorimetro ha una vasta gamma di applicazioni, tra cui ricerche di laboratorio, analisi ambientali della qualità dell'acqua, analisi dei componenti del suolo, monitoraggio del contenuto di emoglobina nel sangue e analisi di sostanze chimiche utilizzate in vari settori industriali impostazioni.
Principi generali
Quando la luce di un particolare colore (o intervallo di lunghezze d'onda) viene diretta attraverso una soluzione chimica, parte della luce viene assorbita dalla soluzione e parte viene trasmessa. Secondo la legge di Beer, la concentrazione del materiale assorbente è proporzionale a una quantità nota come "assorbanza", definita matematicamente di seguito. Pertanto, se è possibile determinare l'assorbanza di una soluzione di una sostanza di concentrazione sconosciuta e confrontarla con il assorbanza di soluzioni di concentrazioni note, è possibile trovare la concentrazione della sostanza nella soluzione essendo testato.
Equazioni matematiche
Il rapporto tra l'intensità della luce trasmessa (I) e l'intensità della luce incidente (Io) è chiamato trasmittanza (T). In termini matematici, T = I ÷ Io.
L'assorbanza (A) della soluzione (ad una data lunghezza d'onda) è definita pari al logaritmo (base 10) di 1÷T. Cioè, A = log (1÷T).
L'assorbanza della soluzione è direttamente proporzionale alla concentrazione (c) del materiale assorbente in soluzione. Cioè, A = kc, dove "k" è una costante di proporzionalità.
La prima espressione, T = I ÷ I0, indica quanta luce passa attraverso una soluzione, dove 1 indica la massima trasmissione luminosa. L'equazione successiva, A = log (1÷T) indica l'assorbimento della luce prendendo l'inverso della cifra di trasmissione, quindi prendendo il log comune del risultato. Quindi un'assorbanza (A) di zero significa che tutta la luce passa, 1 significa che il 90% della luce è assorbito e 2 significa che il 99% è assorbito. La terza espressione, A = kc, indica la concentrazione (c) di una soluzione dato il numero di assorbanza (A). Per i chimici questo è di fondamentale importanza: il colorimetro può misurare la concentrazione di una soluzione sconosciuta in base alla quantità di luce che la attraversa.
Parti di un colorimetro
Un colorimetro ha tre parti principali: una sorgente luminosa, una cuvetta che contiene la soluzione campione e una fotocellula che rileva la luce trasmessa attraverso la soluzione. Per produrre luce colorata lo strumento può essere dotato sia di filtri colorati che di led specifici. La luce trasmessa dalla soluzione in cuvetta viene rilevata da una fotocellula, producendo un segnale digitale o analogico che può essere misurato. Alcuni colorimetri sono portatili e utili per i test in loco, mentre altri sono strumenti da banco più grandi utili per i test di laboratorio.
Utilizzo dello strumento
Con un colorimetro convenzionale, sarà necessario calibrare lo strumento (usando solo il solvente) e utilizzare esso per determinare i valori di assorbanza di diverse soluzioni standard contenenti un soluto a noto concentrazioni. (Se il soluto produce una soluzione incolore, aggiungere un reagente che reagisce con il soluto e genera un colore.) Scegliere il filtro luce o il LED che fornisce i valori di assorbanza più elevati. Tracciare i dati per ottenere un grafico dell'assorbanza rispetto alla concentrazione. Quindi utilizzare lo strumento per trovare l'assorbanza della soluzione di prova e utilizzare il grafico per trovare la concentrazione del soluto nella soluzione di prova. I moderni colorimetri digitali possono mostrare direttamente la concentrazione del soluto, eliminando la necessità della maggior parte dei passaggi precedenti.
Usi dei colorimetri
Oltre ad essere preziosi per la ricerca di base nei laboratori di chimica, i colorimetri hanno molte applicazioni pratiche. Ad esempio, vengono utilizzati per testare la qualità dell'acqua, mediante lo screening di sostanze chimiche come:
- cloro
- fluoruro
- cianuro
- ossigeno dissolto
- ferro
- molibdeno
- zinco
- idrazina
Sono anche utilizzati per determinare le concentrazioni di nutrienti vegetali (come fosforo, nitrati e ammoniaca) nel suolo o emoglobina nel sangue e per identificare scadenti e contraffatti droghe. Inoltre, sono utilizzati dall'industria alimentare e dai produttori di vernici e tessuti. In queste discipline, un colorimetro controlla la qualità e la consistenza dei colori nelle vernici e nei tessuti, per garantire che ogni lotto risulti uguale.