Colorimeter Principles and Applications

By Liam Critchley, M.Sc.May 24 2017

Colorimetry is the field of determining the concentration of a coloured compound in a solution. Ein Kolorimeter, auch Filterphotometer genannt, ist ein Analysegerät, das als Werkzeug zur Quantifizierung der Konzentration einer Lösung dient, indem es die Absorption einer bestimmten Lichtwellenlänge misst.

Kolorimeter werden für eine Vielzahl von Anwendungen im chemischen und biologischen Bereich eingesetzt, unter anderem für die Analyse von Blut, Wasser, Nährstoffen in Böden und Lebensmitteln, die Bestimmung der Konzentration einer Lösung, die Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit, die Bestimmung des Wachstums von Bakterienkulturen und die Qualitätskontrolle im Labor.

Grundlagen des Kolorimeters

Kolorimeter werden zum Nachweis von Farben und zur Bestimmung der Konzentration von Lösungen verwendet, d. h. wenn eine Wellenlänge durch eine Probe geleitet wird, wird ein Teil des Lichts absorbiert und ein anderer Teil geht durch. Es sind die Wellenlängen des Lichts, die durchgelassen werden, die detektiert werden.

Indem der Detektor weiß, welche Wellenlängen durchgelassen wurden, kann er auch berechnen, welche farbigen Wellenlängen absorbiert wurden. Wenn die zu prüfende Lösung farblos ist, besteht ein übliches Verfahren darin, ein Reagenz einzuführen, das mit der Lösung reagiert und eine farbige Lösung erzeugt. Die Ergebnisse werden mit bekannten Standards verglichen.

Das Kolorimeter verwendet das Beer-Lambert-Gesetz, um die Absorption der Wellenlänge zu ermitteln. Das Beer-Lambert-Gesetz wird üblicherweise wie folgt geschrieben:

A= Ɛcl

Wobei A die Absorption, Ɛ (Epsilon) das molare Absorptionsvermögen, c die Konzentration der Lösung und l die Länge ist, die das Licht durchläuft (auch bekannt als mittlere freie Weglänge). Abgesehen davon wird, wenn sich die Lösung ständig verändert, es sich also um eine Reaktion handelt, im Allgemeinen der prozentuale Anteil der Transmission gegen die Zeit verwendet.

Um Konzentrationen zu messen, hängt die Menge des absorbierten Lichts von der Menge des gelösten Stoffs (auch als Analyt bezeichnet, da es sich um die zu messende Spezies handelt) in der Lösung ab – eine höhere Konzentration des gelösten Stoffs bedeutet, dass mehr Licht absorbiert wird, und umgekehrt, daher kann die Konzentration aus der Absorption bestimmter Wellenlängen zurückgerechnet werden.

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Das Kolorimeter selbst

Ein Kolorimeter besteht aus vielen Teilen. Abgesehen von der Verwendung einer bekannten Standardlösung sowie bekannter und unbekannter Konzentrationen gibt es viele wichtige Bestandteile eines Kolorimeters.

Da das Prinzip auf Licht basiert, ist eine Lichtquelle erforderlich, die normalerweise in Form einer Glühlampe vorliegt. Weitere Komponenten sind eine einstellbare Blende, um das Licht durchzulassen, Farbfilter, um bestimmte Wellenlängen des Lichts zu filtern, eine Küvette zur Aufnahme der Lösung (üblicherweise aus Quarz), ein Fotodetektor zur Messung des durchgelassenen Lichts und ein Messgerät, um die Werte in eine lesbare Ausgabe umzuwandeln.

Die Farbfilter werden so gewählt, dass die Wellenlänge ausgewählt wird, bei der die gelöste Substanz am meisten absorbiert. Bei den meisten Experimenten liegt der übliche Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm. Wenn jedoch einige Analyten im ultravioletten Bereich (weniger als 400 nm) absorbieren, ist in der Regel eine Modifizierung des Kolorimeters erforderlich. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass die Glühlampe entfernt und durch Leuchtdioden einer bestimmten Farbe ersetzt wird.

Die Ausgabe kann entweder analog oder digital erfolgen und gibt je nach dem verwendeten Prinzip entweder die Absorption (logarithmische Ausgabe von 0 bis unendlich) oder die prozentuale Durchlässigkeit (0-100 %) an. Die ideale Ausgabe für eine Absorptionsmessung liegt zwischen 0 und 2, aber es ist wünschenswert, eine Anzeige zwischen 0 und 1 zu haben, da über 1 die Ergebnisse aufgrund der Streuung des Lichts unzuverlässig werden können. Die Ablesung erfolgt in der Regel in Form eines Spektrums.

Die meisten Kalorimeter erfordern eine Kalibrierung, d. h. das Lösungsmittel allein und nicht der messbare Inhalt mit dem Lösungsmittel, d. h. eine Standard- oder „Leer“-Lösung. Durch die Kalibrierung kann die Absorption des Lösungsmittels gemessen werden, die bei vielen Geräten auch als Hintergrundrauschen bekannt ist. Nach der Messung werden die Absorptionswerte des Lösungsmittels aus allen künftigen Messwerten entfernt, so dass die Absorption (oder der prozentuale Transmissionsgrad) für den/die gewünschten Analyten ohne Störung durch Rauschen berechnet (und auf einem Spektrum aufgetragen) werden kann.

Es gibt eine Vielzahl von Kolorimetern, wobei einige Kolorimeter große Geräte sind und im Allgemeinen für eine breite Palette von Laboranalysen verwendet werden, aber einige Kolorimeter sind jetzt handgehalten und können für Vor-Ort-Analysen wie die Bestimmung von Wasser- und Bodenproben verwendet werden. Bei Handkolorimetern ist eine numerische Anzeige das übliche Verfahren, im Gegensatz zu einem Spektrum, das bei den größeren Laborgeräten zu finden ist.

Erfahren Sie mehr über referenzierte Unternehmen

Quellen:

http://sciencing.com/use-colorimeter-5382170.html

Seton Hall University: http://pirate.shu.edu/~rawncarr/colorimetry/colorimetry.htm

AZoSensors: http://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=324

Universität von Michigan: http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/ProcessParameters/Colorimeters/Colorimeters.html

http://www.logitworld.com/files/pdf/manuals/m_colorimeter.pdf

Humboldt State University: https://sites.google.com/humboldt.edu/paselkr1/home

Sherwood Scientific: http://www.sherwood-scientific.com/chroma/chromaoperation.html

„Absorbance Measurement by Colorimeter“- Mukesh J. Z. and Shinde A. A., International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, 2013,

HACH- https://www.hach.com/pockets

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Geschrieben von

Liam Critchley

Liam Critchley ist Schriftsteller und Journalist, spezialisiert auf Chemie und Nanotechnologie, mit einem MChem in Chemie und Nanotechnologie und M.Sc. Research in Chemical Engineering.

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