Een colorimeter is elk instrument dat een chemicus gebruikt om kleuren te bepalen of te specificeren. Eén type colorimeter kan de concentratie van een stof in oplossing vinden, gebaseerd op de intensiteit van de kleur van de oplossing. Als u een kleurloze oplossing test, voegt u een reagens toe dat reageert met de stof, waardoor een kleur ontstaat. Dit type colorimeter heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder laboratoriumonderzoek, milieuanalyse van waterkwaliteit, analyse van bodemcomponenten, monitoring van hemoglobinegehalte in bloed en analyse van chemicaliën die worden gebruikt in verschillende industriële instellingen.
Algemene principes
Wanneer licht van een bepaalde kleur (of golflengtebereik) door een chemische oplossing wordt geleid, wordt een deel van het licht door de oplossing geabsorbeerd en wordt een deel ervan doorgelaten. Volgens de wet van Beer is de concentratie van het absorberende materiaal evenredig met een hoeveelheid die bekend staat als "absorptie", hieronder wiskundig gedefinieerd. Dus als je de absorptie van een oplossing van een stof met onbekende concentratie kunt bepalen en deze kunt vergelijken met de absorptie van oplossingen met bekende concentraties, kunt u de concentratie van de stof in de oplossing vinden: getest.
Wiskundige vergelijkingen
De verhouding van de intensiteit van doorvallend licht (I) tot de intensiteit van invallend licht (Io) wordt transmissie (T) genoemd. In wiskundige termen, T = I ÷ Io.
De absorptie (A) van de oplossing (bij een bepaalde golflengte) wordt gedefinieerd als gelijk aan de logaritme (grondtal 10) van 1÷T. Dat wil zeggen, A = log (1÷T).
De absorptie van de oplossing is recht evenredig met de concentratie (c) van het absorberende materiaal in de oplossing. Dat wil zeggen, A = kc, waarbij "k" een evenredigheidsconstante is.
De eerste uitdrukking, T = I ÷ I0, geeft aan hoeveel licht er door een oplossing gaat, waarbij 1 maximale lichttransmissie betekent. De volgende vergelijking, A = log (1 ÷ T) geeft de absorptie van licht aan door de inverse van het transmissiegetal te nemen en vervolgens de gemeenschappelijke log van het resultaat te nemen. Dus een absorptie (A) van nul betekent dat al het licht erdoorheen gaat, 1 betekent dat 90% van het licht wordt geabsorbeerd en 2 betekent dat 99% wordt geabsorbeerd. De derde uitdrukking, A = kc, vertelt je de concentratie (c) van een oplossing gegeven het absorptiegetal (A). Voor chemici is dit van cruciaal belang: de colorimeter kan de concentratie van een onbekende oplossing meten aan de hoeveelheid licht die er doorheen schijnt.
Onderdelen van een colorimeter
Een colorimeter bestaat uit drie hoofdonderdelen: een lichtbron, een cuvet die de monsteroplossing bevat en een fotocel die het licht detecteert dat door de oplossing wordt doorgelaten. Om gekleurd licht te produceren, kan het instrument worden uitgerust met gekleurde filters of specifieke LED's. Het licht verzonden door de oplossing in de cuvet wordt gedetecteerd door een fotocel, waardoor een digitaal of analoog signaal wordt geproduceerd dat kan worden gemeten. Sommige colorimeters zijn draagbaar en nuttig voor tests ter plaatse, terwijl andere grotere instrumenten op tafels zijn die nuttig zijn voor laboratoriumtests.
Het instrument gebruiken
Met een conventionele colorimeter moet u het instrument kalibreren (alleen met het oplosmiddel) en gebruiken het om de absorptiewaarden te bepalen van verschillende standaardoplossingen die een opgeloste stof bevatten op bekende concentraties. (Als de opgeloste stof een kleurloze oplossing produceert, voeg dan een reagens toe dat met de opgeloste stof reageert en een kleur genereert.) Kies het lichtfilter of de LED die de hoogste absorptiewaarden geeft. Plot de gegevens om een grafiek van absorptie versus concentratie te verkrijgen. Gebruik vervolgens het instrument om de absorptie van de testoplossing te vinden en gebruik de grafiek om de concentratie van de opgeloste stof in de testoplossing te vinden. Moderne digitale colorimeters kunnen de concentratie van de opgeloste stof direct weergeven, waardoor de meeste van de bovenstaande stappen overbodig zijn.
Gebruik van colorimeters
Naast dat ze waardevol zijn voor fundamenteel onderzoek in scheikundige laboratoria, hebben colorimeters veel praktische toepassingen. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt om te testen op waterkwaliteit, door te screenen op chemicaliën zoals:
- chloor-
- fluoride
- cyanide
- opgeloste zuurstof
- ijzer
- molybdeen
- zink
- hydrazine
Ze worden ook gebruikt om de concentraties van plantenvoedingsstoffen (zoals fosfor, nitraat en ammoniak) in de bodem of hemoglobine in het bloed en om ondermaatse en vervalsingen te identificeren drugs. Daarnaast worden ze gebruikt door de voedingsindustrie en door fabrikanten van verven en textiel. In deze disciplines controleert een colorimeter de kwaliteit en consistentie van kleuren in verven en stoffen, om ervoor te zorgen dat elke batch er hetzelfde uitziet.