Bruk av et kolorimeter

Et kolorimeter er ethvert instrument en kjemiker bruker for å bestemme eller spesifisere farger. En type kolorimeter kan finne konsentrasjonen av et stoff i oppløsningen, basert på oppløsningens fargeintensitet. Hvis du tester en fargeløs løsning, legger du til et reagens som reagerer med stoffet og produserer en farge. Denne typen kolorimeter har et bredt spekter av applikasjoner, inkludert laboratorieforskning, miljøanalyse av vannkvalitet, analyse av jordkomponenter, overvåking av hemoglobininnhold i blod og analyse av kjemikalier brukt i forskjellige industrielle innstillinger.

Når lys av en bestemt farge (eller bølgelengdeområde) ledes gjennom en kjemisk løsning, absorberes noe lys av løsningen, og noe overføres. I henhold til Beer's Law er konsentrasjonen av det absorberende materialet proporsjonalt med en mengde kjent som "absorbans", definert matematisk nedenfor. Dermed, hvis du kan bestemme absorbansen til en løsning av et stoff med ukjent konsentrasjon og sammenligne det med absorbans av løsninger med kjente konsentrasjoner, kan du finne konsentrasjonen av stoffet i løsningen testet.

Forholdet mellom intensiteten av overført lys (I) og intensiteten av innfallende lys (Io) kalles transmittans (T). I matematiske termer er T = I ÷ Io.

Absorbansen (A) til løsningen (ved en gitt bølgelengde) er definert som lik logaritmen (base 10) på 1 ÷ T. Det vil si A = logg (1 ÷ T).

Absorbansen av løsningen er direkte proporsjonal med konsentrasjonen (c) av det absorberende materialet i løsningen. Det vil si A = kc, hvor "k" er en proporsjonalitetskonstant.

Det første uttrykket, T = I ÷ I0, indikerer hvor mye lys som passerer gjennom en løsning, hvor 1 betyr maksimal lystransmisjon. Den neste ligningen, A = log (1 ÷ T), indikerer absorpsjon av lys ved å ta det inverse av overføringsfiguren, og deretter ta den felles loggen for resultatet. Så en absorbans (A) på null betyr at alt lyset passerer gjennom, 1 betyr at 90% av lyset er absorbert, og 2 betyr at 99% er absorbert. Det tredje uttrykket, A = kc, forteller deg konsentrasjonen (c) av en løsning gitt absorbansetallet (A). For kjemikere er dette avgjørende viktig: kolorimeteret kan måle konsentrasjonen av en ukjent løsning med mengden lys som skinner gjennom den.

Et kolorimeter har tre hoveddeler: en lyskilde, en kyvette som holder prøveløsningen og en fotocelle som oppdager lyset som overføres gjennom løsningen. For å produsere farget lys kan instrumentet være utstyrt med enten fargede filtre eller spesifikke lysdioder. Lyset overført av løsningen i kyvetten blir oppdaget av en fotocelle, og produserer et digitalt eller analogt signal som kan være målt. Noen fargemålere er bærbare og nyttige for tester på stedet, mens andre er større benk-top-instrumenter som er nyttige for laboratorietesting.

Med et konvensjonelt kolorimeter må du kalibrere instrumentet (bruke løsningsmidlet alene) og bruke det den for å bestemme absorbansverdiene til flere standardløsninger som inneholder en løsemiddel som kjent konsentrasjoner. (Hvis løsemidlet produserer en fargeløs løsning, tilsett et reagens som reagerer med løsemidlet og genererer en farge.) Velg lysfilter eller LED som gir de høyeste absorbansverdiene. Plott dataene for å få en graf over absorbans versus konsentrasjon. Bruk deretter instrumentet til å finne absorbansen til testløsningen, og bruk grafen til å finne konsentrasjonen av løsemidlet i testløsningen. Moderne digitale fargemålere kan direkte vise konsentrasjonen av løsemidlet, noe som eliminerer behovet for de fleste trinnene ovenfor.

Foruten å være verdifull for grunnleggende forskning i kjemilaboratorier, har kolorimetre mange praktiske anvendelser. For eksempel brukes de til å teste for vannkvalitet, ved screening for kjemikalier som:

• klor
  
• fluor
  
• cyanid
  
• oppløst oksygen
  
• jern
  
• molybden
  
• sink
  
• hydrazin

De brukes også til å bestemme konsentrasjonen av plante næringsstoffer (som fosfor, nitrat og ammoniakk) i jorda eller hemoglobin i blodet og for å identifisere understandard og forfalskning narkotika. I tillegg brukes de av næringsmiddelindustrien og av produsenter av maling og tekstiler. I disse fagene kontrollerer et kolorimeter kvaliteten og konsistensen av farger i maling og tekstiler, for å sikre at hvert parti kommer ut og ser likt ut.