Utilizarea unui colorimetru

Un colorimetru este orice instrument pe care un chimist îl folosește pentru a determina sau specifica culorile. Un tip de colorimetru poate găsi concentrația unei substanțe în soluție, pe baza intensității culorii soluției. Dacă testați o soluție incoloră, adăugați un reactiv care reacționează cu substanța, producând o culoare. Acest tip de colorimetru are o gamă largă de aplicații, inclusiv cercetări de laborator, analize de mediu ale calității apei, analiza componentelor solului, monitorizarea conținutului de hemoglobină în sânge și analiza substanțelor chimice utilizate în diverse industrii setări.

Când lumina de o anumită culoare (sau intervalul de lungimi de undă) este direcționată printr-o soluție chimică, o parte din lumină este absorbită de soluție și o parte din aceasta este transmisă. Conform Legii lui Beer, concentrația materialului absorbant este proporțională cu o cantitate cunoscută sub numele de „absorbanță”, definită matematic mai jos. Astfel, dacă puteți determina absorbanța unei soluții a unei substanțe de concentrație necunoscută și o comparați cu absorbanța soluțiilor de concentrații cunoscute, puteți găsi concentrația substanței din soluție testat.

Raportul dintre intensitatea luminii transmise (I) și intensitatea luminii incidente (Io) se numește transmitanță (T). În termeni matematici, T = I ÷ Io.

Absorbanța (A) a soluției (la o lungime de undă dată) este definită ca egală cu logaritmul (baza 10) de 1 ÷ T. Adică A = log (1 ÷ T).

Absorbanța soluției este direct proporțională cu concentrația (c) materialului absorbant din soluție. Adică A = kc, unde „k” este o constantă de proporționalitate.

Prima expresie, T = I ÷ I0, indică câtă lumină trece printr-o soluție, unde 1 semnifică o transmisie maximă a luminii. Următoarea ecuație, A = log (1 ÷ T) indică absorbția luminii luând inversul cifrei de transmisie, apoi luând logul comun al rezultatului. Deci, o absorbanță (A) de zero înseamnă că toată lumina trece, 1 înseamnă că 90% din lumină este absorbită și 2 înseamnă că 99% este absorbită. A treia expresie, A = kc, vă arată concentrația (c) a unei soluții, având în vedere numărul de absorbanță (A). Pentru chimiști, acest lucru este crucial: colorimetrul poate măsura concentrația unei soluții necunoscute prin cantitatea de lumină care strălucește prin ea.

Un colorimetru are trei părți principale: o sursă de lumină, o cuvă care conține soluția de probă și o fotocelulă care detectează lumina transmisă prin soluție. Pentru a produce lumină colorată, instrumentul poate fi echipat fie cu filtre colorate, fie cu LED-uri specifice. Lumina transmis de soluția din cuvă este detectat de o fotocelula, producând un semnal digital sau analogic care poate fi măsurat. Unele colorimetre sunt portabile și utile pentru testele la fața locului, în timp ce altele sunt instrumente mai mari, de pe bancă, utile pentru testele de laborator.

Cu un colorimetru convențional, va trebui să calibrați instrumentul (folosind singur solventul) și să îl utilizați pentru a determina valorile absorbantei mai multor soluții standard care conțin un dizolvat la nivel cunoscut concentrații. (Dacă soluția produce o soluție incoloră, adăugați un reactiv care reacționează cu soluția și generează o culoare.) Alegeți filtrul de lumină sau LED-ul care oferă cele mai mari valori de absorbție. Trasați datele pentru a obține un grafic de absorbanță față de concentrație. Apoi utilizați instrumentul pentru a găsi absorbanța soluției de testare și utilizați graficul pentru a găsi concentrația solutului din soluția de testare. Colorimetrele digitale moderne pot arăta direct concentrația solutului, eliminând necesitatea majorității pașilor de mai sus.

Pe lângă faptul că sunt valoroase pentru cercetarea de bază în laboratoarele de chimie, colorimetrii au multe aplicații practice. De exemplu, acestea sunt utilizate pentru testarea calității apei, prin screening pentru substanțe chimice, cum ar fi:

• clor
  
• fluor
  
• cianură
  
• oxigen dizolvat
  
• fier
  
• molibden
  
• zinc
  
• hidrazină

Ele sunt, de asemenea, utilizate pentru a determina concentrațiile de nutrienți ai plantelor (cum ar fi fosforul, nitrații și amoniac) în sol sau hemoglobină în sânge și pentru a identifica substandard și contrafăcute droguri. În plus, acestea sunt utilizate de industria alimentară și de producătorii de vopsele și textile. În aceste discipline, un colorimetru verifică calitatea și consistența culorilor în vopsele și țesături, pentru a se asigura că fiecare lot iese la fel.