Kolorimetrin periaatteet ja sovellukset

By Liam Critchley, M.Sc.May 24 2017

Kolorimetria on alaa, jolla määritetään liuoksessa olevan värillisen yhdisteen pitoisuus. Kolorimetri, joka tunnetaan myös nimellä suodatinfotometri, on analyysilaite, joka toimii työkaluna liuoksen konsentraation kvantifioinnissa mittaamalla valon tietyn aallonpituuden absorbanssia.

Kolorimetrejä käytetään monenlaisiin sovelluksiin kemiallisella ja biologisella alalla, muun muassa veren, veden, maaperän ja elintarvikkeiden ravinteiden analysoinnissa, liuoksen konsentraation määrityksessä, reaktionopeuden määrityksessä, bakteeriviljelyjen kasvun määrityksessä ja laboratorion laadunvalvonnassa.

Kolorimetrien periaatteet

Kolorimetrejä käytetään värin havaitsemiseen ja liuoksen konsentraation määrittämiseen, eli kun aallonpituus johdetaan näytteen läpi, osa valosta absorboituu ja osa läpäisee sen. Tunnistetaan ne valon aallonpituudet, jotka kulkevat läpi.

Tietämällä, mitkä aallonpituudet ovat kulkeneet läpi, tunnistin voi myös selvittää, mitkä värilliset aallonpituudet ovat absorboituneet. Jos tutkittava liuos on väritön, yleinen menettelytapa on lisätä reagenssi, joka reagoi liuoksen kanssa ja tuottaa värillisen liuoksen. Tuloksia verrataan tunnettuihin standardeihin.

Kolorimetri käyttää Beer-Lambertin lakia aallonpituuden absorbanssin havaitsemiseen. Beer-Lambertsin laki kirjoitetaan yleisesti seuraavasti:

A= Ɛcl

Jossa A on absorbanssi, Ɛ (epsilon) on molaarinen absorptiokyky, c on liuoksen konsentraatio ja l on pituus, jonka valo läpäisee (tunnetaan myös nimellä keskimääräinen vapaa matka). Tämän lisäksi, jos liuos muuttuu jatkuvasti, eli kyseessä on reaktio, käytetään yleensä läpäisykertoimen %:a ajan suhteen.

Konsentraatioiden mittaamiseksi absorboituvan valon määrä riippuu liuenneen aineen (tunnetaan myös nimellä analyytti, koska se on mitattava laji) määrästä liuoksessa- korkeampi liuenneen aineen konsentraatio tarkoittaa, että enemmän valoa absorboituu, ja päinvastoin, joten konsentraatio voidaan taannehtia tiettyjen aallonpituuksien absorptiosta.

KIinnostuitko kolorimetreistä? Lue lisää täältä

Kolorimetri itsessään

Kolorimetri koostuu monista osista. Sen lisäksi, että käytetään tunnettua standardiliuosta sekä joko tunnettuja konsentraatioita ja tuntemattomia konsentraatioita, kolorimetriin kuuluu monia elintärkeitä komponentteja.

Koska periaatteet perustuvat valoon, tarvitaan valonlähde, ja se on yleensä hehkulamppu. Muita komponentteja ovat säädettävä aukko, joka päästää valon läpi, värilliset suodattimet, jotka suodattavat tiettyjä valon aallonpituuksia, kyvetti liuosta varten (yleensä kvartsista valmistettu), fotodetektori, joka mittaa läpäisevän valon, ja mittari, joka määrittelee arvot luettavaksi tulosteeksi.

Värilliset suodattimet valitaan siten, että valitaan se aallonpituus, jolla liuennut liuos absorboi eniten. Useimmissa kokeissa yleinen aallonpituusalue on välillä 400-700 nm, mutta kun jotkin analyytit absorboivat ultraviolettialueella (alle 400 nm), tarvitaan yleensä värimittarin muuttamista. Tämä tapahtuu tavallisesti poistamalla hehkulamppu ja korvaamalla se tietyn värisellä valoa lähettävällä diodilla (valoa lähettävillä diodeilla).

Lähtö voi olla joko analoginen tai digitaalinen, ja käytetystä periaatteesta riippuen se antaa joko absorbanssin (0:sta äärettömään logaritminen lähtöarvo) tai %:n läpäisykyvyn (0-100 %) lukeman. Absorbanssimittauksen ihanteellinen ulostulo on välillä 0-2, mutta on toivottavaa, että lukema on välillä 0-1, koska yli 1:n arvoiset tulokset voivat muuttua epäluotettaviksi valon sironnan vuoksi. Lukema on yleensä spektrin muodossa.

Useimmat kalorimetrit vaativat kalibroinnin, joka on pelkkä liuotin eikä mitattava sisältö liuottimen kanssa – eli standardi tai ”nollaliuos”. Kalibroinnin avulla voidaan mitata liuottimen absorbanssi, joka tunnetaan monissa laitteissa myös taustakohinana. Kun liuottimen absorptioarvot on kerran mitattu, ne poistetaan kaikista tulevista lukemista, jolloin absorbanssi (tai %:n läpäisykyky) voidaan laskea (ja piirtää spektriin) halutulle analyytille (halutuille analyytteille) ilman kohinan aiheuttamia häiriöitä.

Käytössä on monenlaisia kolorimetrejä, joista jotkin kolorimetrit ovat isoja koneita ja niitä käytetään yleensä monenlaisiin laboratorioanalyyseihin, mutta jotkin kolorimetrit ovat nykyään kädessä pidettäviä, ja niitä voidaan käyttää analyyseihin, joita tehdään paikan päällä, esimerkiksi in situ -veden- ja -maaperänäytteiden määrittämiseen. Kädessä pidettävien kolorimetrien tapauksessa numeerinen lukema on yleinen menettely, toisin kuin suuremmista laboratoriokoneista löytyvä spektri.

Learn More About Companies Referenced

Sources:

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

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

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

Michiganin yliopisto: 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

”Absorbanssin mittaus värimittarilla”- Mukesh J. Z. ja Shinde A. A., International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, 2013,

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

Image Credit: .com/iroomstock

Disclaimer: Tässä ilmaistut näkemykset ovat kirjoittajan näkemyksiä, jotka on ilmaistu hänen yksityisessä ominaisuudessaan, eivätkä ne välttämättä edusta tämän verkkosivuston omistajan ja ylläpitäjän AZoM.com Limited T/A AZoNetwork näkemyksiä. Tämä vastuuvapauslauseke on osa tämän verkkosivuston käyttöehtoja.

Kirjoittaja

Liam Critchley

Liam Critchley on kirjoittaja ja toimittaja, joka on erikoistunut kemiaan ja nanotekniikkaan, ja hänellä on tutkinnot MChem kemian ja nanotekniikan alalta sekä M.Sc. Research in Chemical Engineering.

Sitaatit

.