Principer och tillämpningar för kolorimetrar

För Liam Critchley, M.Sc.24 maj 2017

Kolorimetri är ett område där man bestämmer koncentrationen av en färgad förening i en lösning. En kolorimeter, även kallad filterfotometer, är en analysmaskin som fungerar som verktyg för att kvantifiera en lösnings koncentration genom att mäta absorbansen av en specifik våglängd av ljus.

Kolorimetrar används för ett brett spektrum av tillämpningar inom de kemiska och biologiska områdena, inklusive, men inte begränsat till, analys av blod, vatten, näringsämnen i jord och livsmedel, bestämning av koncentrationen i en lösning, bestämning av reaktionshastigheter, bestämning av tillväxten av bakteriekulturer och laboratoriekvalitetskontroll.

Principer för kolorimetrar

Kolorimetrar används för att detektera färg och bestämma lösningens koncentration, dvs. när en våglängd passerar genom ett prov absorberas en del av ljuset och en del passerar igenom. Det är de våglängder av ljuset som passerar igenom som detekteras.

Om man vet vilka våglängder som har passerat igenom kan detektorn också räkna ut vilka färgade våglängder som har absorberats. Om lösningen som ska testas är färglös är ett vanligt förfarande att införa en reagens som reagerar med lösningen för att producera en färgad lösning. Resultaten jämförs med kända standarder.

Kolorimetern använder Beer-Lambert-lagen för att detektera våglängdens absorbans. Beer-Lamberts lag skrivs vanligen som:

A= Ɛcl

Varvid A är absorbansen, Ɛ (epsilon) är den molära absorptiviteten, c är lösningens koncentration och l är längden som ljuset passerar igenom (även känd som den genomsnittliga fria vägen). Om lösningen förändras kontinuerligt, dvs. om det rör sig om en reaktion, används i allmänhet % av transmittansen i förhållande till tiden.

För att mäta koncentrationer är mängden absorberat ljus beroende av mängden lösta substans (även känd som analyten eftersom det är den art som mäts) i lösningen – en högre koncentration av löst lösta substans innebär att mer ljus kommer att absorberas, och vice versa, därför kan koncentrationen backas ut från absorptionen av specifika våglängder.

Intresserad av kolorimetrar? Läs mer här

Kolorimetern själv

En kolorimeter består av många delar. Förutom att använda en känd standardlösning, tillsammans med antingen kända koncentrationer och okända koncentrationer, finns det många viktiga komponenter i en kolorimeter.

Då principerna är baserade på ljus krävs en ljuskälla och den har vanligtvis formen av en glödlampa. Andra komponenter är en justerbar öppning för att släppa igenom ljuset, färgade filter för att filtrera specifika våglängder av ljuset, en kuvett för att hålla lösningen (vanligen tillverkad av kvarts), en fotodetektor för att mäta det genomsläppta ljuset och en mätare för att kvantifiera värdena till ett avläsbart utdata.

Färgfiltren väljs för att välja den våglängd i vilken den lösta lösta substansen kommer att absorbera mest. För de flesta experiment är det vanliga våglängdsområdet mellan 400 och 700 nm, men när vissa analyter absorberar i det ultravioletta området (mindre än 400 nm) krävs i allmänhet en modifiering av kolorimetern. Detta sker normalt genom att glödlampan tas bort och ersätts med en eller flera lysdioder av en viss färg.

Utgången kan vara antingen analog eller digital och ger, beroende på vilken princip som används, antingen en absorbans (logaritmisk utgång från 0 till oändligt) eller en %-transmittans (0-100%). Den ideala utgången för en absorbansmätning ligger mellan 0 och 2, men det är önskvärt att ha en avläsning mellan 0 och 1, eftersom resultaten över 1 kan bli opålitliga på grund av ljusspridning. Avläsningen sker vanligtvis i form av ett spektrum.

De flesta kalorimetrar kräver kalibrering, vilket är lösningsmedlet ensamt och inte det mätbara innehållet med lösningsmedlet – dvs. en standard- eller ”blank”-lösning. Kalibreringen gör det möjligt att mäta absorbansen hos lösningsmedlet, även känd i många instrument som bakgrundsbruset. När de väl har mätts avlägsnas lösningsmedlets absorptionsvärden från alla framtida avläsningar, vilket gör det möjligt att beräkna absorbansen (eller %transmittans) (och plotta den på ett spektrum) för den/de önskade analyten/analyterna utan störningar från bruset.

Det finns ett stort antal olika kolorimetrar på marknaden, där en del kolorimetrar är stora maskiner som i allmänhet används för ett stort antal laboratorieanalyser, men en del kolorimetrar är numera handhållna och kan användas för analyser på plats, t.ex. vid bestämning av vatten- och jordprover in situ. När det gäller handhållna kolorimetrar är en numerisk avläsning det vanliga förfarandet i motsats till ett spektrum som finns på de större laboratoriemaskinerna.

Lär dig mer om företag som det hänvisas till

Källor:

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

University of 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

Image Credit: .com/iroomstock

Disclaimer: De åsikter som uttrycks här är författarens egna åsikter, uttryckta i egenskap av privatperson, och representerar inte nödvändigtvis åsikterna hos AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, ägare och operatör av denna webbplats. Denna ansvarsfriskrivning utgör en del av villkoren för användning av denna webbplats.

Skrivet av

Liam Critchley

Liam Critchley är en författare och journalist som specialiserat sig på kemi och nanoteknik, med en MChem i kemi och nanoteknik och M.Sc. Research in Chemical Engineering.

Citat

.