En kolorimeter är vilket instrument som en kemist använder för att bestämma eller specificera färger. En typ av kolorimeter kan hitta koncentrationen av ett ämne i lösningen, baserat på lösningens färgintensitet. Om du testar en färglös lösning lägger du till ett reagens som reagerar med ämnet och ger en färg. Denna typ av kolorimeter har ett brett spektrum av applikationer, inklusive laboratorieforskning, miljöanalys av vattenkvalitet, analys av jordkomponenter, övervakning av hemoglobinhalten i blod och analys av kemikalier som används i olika industrier inställningar.
Generella principer
När ljus av en viss färg (eller våglängdsområde) riktas genom en kemisk lösning absorberas lite ljus av lösningen och en del av det överförs. Enligt Beer-lag är koncentrationen av det absorberande materialet proportionell mot en mängd som kallas "absorbans", definierad matematiskt nedan. Således, om du kan bestämma absorbansen för en lösning av ett ämne med okänd koncentration och jämföra den med absorbans av lösningar med kända koncentrationer, kan du hitta ämnets koncentration i lösningen testad.
Matematiska ekvationer
Förhållandet mellan intensiteten av överfört ljus (I) och intensiteten av infallande ljus (Io) kallas transmittans (T). I matematiska termer är T = I ÷ Io.
Lösningens absorbans (A) (vid en given våglängd) definieras som lika med logaritmen (bas 10) på 1 ÷ T. Det vill säga A = log (1 ÷ T).
Lösningens absorbans är direkt proportionell mot koncentrationen (c) av det absorberande materialet i lösningen. Det vill säga A = kc, där "k" är en proportionalitetskonstant.
Det första uttrycket, T = I ÷ I0, indikerar hur mycket ljus som passerar genom en lösning, där 1 betyder maximal ljusöverföring. Nästa ekvation, A = log (1 ÷ T) indikerar absorptionen av ljus genom att ta det inversa av överföringsfiguren och sedan ta den gemensamma loggen för resultatet. Så en absorbans (A) på noll betyder att allt ljus passerar igenom, 1 betyder att 90% av ljuset absorberas och 2 betyder att 99% absorberas. Det tredje uttrycket, A = kc, berättar koncentrationen (c) av en lösning med tanke på absorbansantalet (A). För kemister är detta avgörande: färgmätaren kan mäta koncentrationen av en okänd lösning med mängden ljus som lyser igenom den.
Delar av en kolorimeter
En kolorimeter har tre huvuddelar: en ljuskälla, en kyvett som håller provlösningen och en fotocell som detekterar ljuset som överförs genom lösningen. För att producera färgat ljus kan instrumentet vara utrustat med antingen färgade filter eller specifika lysdioder. Ljuset sänds av lösningen i kyvetten detekteras av en fotocell, vilket ger en digital eller analog signal som kan vara mätt. Vissa kolorimetrar är bärbara och användbara för test på plats, medan andra är större instrument på bänksidan som är användbara för laboratorietester.
Använda instrumentet
Med en konventionell färgmätare måste du kalibrera instrumentet (endast med lösningsmedlet) och använda det det för att bestämma absorbansvärdena för flera standardlösningar som innehåller en löst lösning vid känd koncentrationer. (Om lösningen ger en färglös lösning, tillsätt ett reagens som reagerar med lösningen och genererar en färg.) Välj det ljusfilter eller den lysdiod som ger de högsta absorbansvärdena. Plotta data för att få en graf över absorbans kontra koncentration. Använd sedan instrumentet för att hitta absorbans i testlösningen och använd diagrammet för att hitta koncentrationen av löst ämne i testlösningen. Moderna digitala färgmålare kan direkt visa koncentrationen av löst ämne, vilket eliminerar behovet av de flesta av ovanstående steg.
Användning av kolorimetrar
Förutom att vara värdefull för grundforskning i kemilaboratorier har kolorimetrar många praktiska tillämpningar. De används till exempel för att testa för vattenkvalitet genom screening för kemikalier som:
- klor
- fluorid
- cyanid
- löst syre
- järn
- molybden
- zink
- hydrazin
De används också för att bestämma koncentrationerna av växtnäringsämnen (såsom fosfor, nitrat och ammoniak) i jorden eller hemoglobin i blodet och för att identifiera undermåliga och förfalskade läkemedel. Dessutom används de av livsmedelsindustrin och av tillverkare av färger och textilier. Inom dessa discipliner kontrollerar en kolorimeter färgernas kvalitet och konsistens i färger och tyger för att säkerställa att varje sats ser ut på samma sätt.