Колориметр - это любой инструмент, который химик использует для определения или указания цвета. Один тип колориметра может определять концентрацию вещества в растворе на основе интенсивности цвета раствора. Если вы тестируете бесцветный раствор, вы добавляете реагент, который вступает в реакцию с веществом, образуя цвет. Этот тип колориметра имеет широкий спектр применения, включая лабораторные исследования, экологический анализ качества воды, анализ компонентов почвы, мониторинг содержания гемоглобина в крови и анализ химикатов, используемых в различных промышленных настройки.
Общие принципы
Когда свет определенного цвета (или диапазона длин волн) направляется через химический раствор, часть света поглощается раствором, а часть пропускается. Согласно закону Бера, концентрация абсорбирующего материала пропорциональна величине, известной как «абсорбция», математически определяемой ниже. Таким образом, если вы можете определить оптическую плотность раствора вещества неизвестной концентрации и сравнить ее с поглощение растворов известных концентраций, вы можете найти концентрацию вещества в растворе, проверено.
Математические уравнения
Отношение интенсивности прошедшего света (I) к интенсивности падающего света (Io) называется коэффициентом пропускания (T). С математической точки зрения T = I ÷ Io.
Оптическая плотность (A) раствора (при данной длине волны) определяется как логарифм (основание 10) 1 ÷ T. То есть A = log (1 ÷ T).
Поглощение раствора прямо пропорционально концентрации (с) абсорбирующего материала в растворе. То есть A = kc, где «k» - константа пропорциональности.
Первое выражение, T = I ÷ I0, указывает, сколько света проходит через раствор, где 1 означает максимальное пропускание света. Следующее уравнение, A = log (1 ÷ T), указывает на поглощение света, взяв обратное значение коэффициента пропускания, а затем взяв общий логарифм результата. Таким образом, коэффициент поглощения (A), равный нулю, означает, что весь свет проходит, 1 означает, что поглощается 90% света, а 2 означает, что поглощается 99%. Третье выражение, A = kc, сообщает вам концентрацию (c) раствора с учетом числа оптической плотности (A). Для химиков это критически важно: колориметр может измерять концентрацию неизвестного раствора по количеству света, проходящего через него.
Части колориметра
Колориметр состоит из трех основных частей: источника света, кюветы, содержащей раствор образца, и фотоэлемента, который определяет свет, проходящий через раствор. Для получения цветного света прибор может быть оборудован цветными фильтрами или специальными светодиодами. Свет передаваемый раствором в кювете обнаруживается фотоэлементом, генерирующим цифровой или аналоговый сигнал, который может быть измеряется. Некоторые колориметры портативны и полезны для испытаний на месте, в то время как другие представляют собой более крупные настольные приборы, полезные для лабораторных испытаний.
Использование инструмента
При использовании обычного колориметра вам необходимо откалибровать прибор (используя только растворитель) и использовать это для определения значений оптической плотности нескольких стандартных растворов, содержащих растворенное вещество при известных концентрации. (Если растворенное вещество образует бесцветный раствор, добавьте реагент, который вступает в реакцию с растворенным веществом и дает цвет.) Выберите светофильтр или светодиод, который дает самые высокие значения поглощения. Постройте данные, чтобы получить график зависимости поглощения от концентрации. Затем с помощью прибора найдите оптическую плотность исследуемого раствора и с помощью графика найдите концентрацию растворенного вещества в исследуемом растворе. Современные цифровые колориметры могут напрямую показывать концентрацию растворенного вещества, устраняя необходимость в большинстве вышеперечисленных шагов.
Использование колориметров
Колориметры не только важны для фундаментальных исследований в химических лабораториях, но и имеют множество практических применений. Например, они используются для проверки качества воды путем проверки на наличие таких химических веществ, как:
- хлор
- фторид
- цианид
- растворенный кислород
- утюг
- молибден
- цинк
- гидразин
Они также используются для определения концентрации питательных веществ для растений (таких как фосфор, нитраты и аммиак) в почве или гемоглобин в крови и для выявления некачественных и поддельных наркотики. Кроме того, они используются в пищевой промышленности и производителями красок и тканей. В этих дисциплинах колориметр проверяет качество и согласованность цветов красок и тканей, чтобы гарантировать, что каждая партия выглядит одинаково.