Et kolorimeter er en anordning til måling af farver, eller kolorimetri. Det måler absorbansen af forskellige bølgelængder af lys i en opløsning. Det kan bruges til at måle koncentrationen af en kendt opløst stof.
Forskellige kemiske stoffer absorberer forskellige bølgelængder af lys. Når koncentrationen af den opløste substans er højere, absorberer den mere lys i en bestemt bølgelængde. Dette er kendt som Beer-Lambert-loven.
Princip og opbygning
Et kolorimeter sender lys gennem en prøve (typisk i en cuvette) og måler, hvor meget lys der passerer igennem. De vigtigste komponenter er:
- en lyskilde (fx glødelampe eller LED),
- et filter eller en monokromator til at vælge en bestemt bølgelængde,
- en prøveholder (cuvette) med kendt path length (ofte 1 cm),
- en detektor (fotocelle, fotodiode eller fotomultiplikator) til at måle transmitteret lys,
- elektronik og software til at udregne absorbans eller transmission.
Beer–Lambert-loven (kort forklaring)
Beer–Lambert-loven forbinder absorbans A med koncentrationen c af det absorberende stof:
A = ε · l · c
- A er absorbans (dimensjonsløs),
- ε er den molare absorptivitetskoefficient (molar ekstinktionskoefficient) i L·mol⁻¹·cm⁻¹,
- l er prøvens path length i cm (typisk 1 cm),
- c er koncentrationen i mol·L⁻¹.
Kernekonceptet er, at absorbans er proportional med både koncentration og den afstand lyset bevæger sig gennem prøven.
Måleprocedure (praktisk)
- Vælg passende bølgelængde: ofte den hvor stoffet har maksimal absorbans (λmax) for størst følsomhed.
- Nulstil instrumentet (blank): mål en cuvette med opløsningsmidlet alene som reference (0 absorbans).
- Kalibrer: lav standardopløsninger med kendte koncentrationer og mål deres absorbans for at skabe en kalibreringskurve (absorbans vs. koncentration).
- Mål prøven: aflæs absorbansen og brug kalibreringskurven eller Beer–Lambert-loven til at bestemme ukendt koncentration.
- Gentag målinger og beregn gennemsnit for bedre nøjagtighed.
Begrænsninger og fejlkilder
- Afvigelser fra Beer–Lambert ved høje koncentrationer (intermolekylære interaktioner og refraktivitetsændringer).
- Strølys og instrumentets spektrale båndbredde kan give målefejl.
- Partikler eller uklarhed i prøven forårsager spredning (turbiditet), hvilket forvrænger absorbansmålingen.
- Fejl i cuvetteens path length, snavs eller fingeraftryk påvirker resultatet.
- Kemiske reaktioner eller pH-ændringer i prøven kan ændre absorptionsspektrum.
Typer af apparatur og forskelle
- Enkeltbølge-længde kolorimeter: bruger filtre og måler ved én bølgelængde — enkelt og ofte billigere.
- Spektrofotometer: anvender monokromator og kan scanne over et spektrum af bølgelængder, hvilket giver mere fleksibilitet og bedre opløsning.
- Kombinationer: moderne instrumenter kan være bærbare eller laboratoriebordmodeller med digital behandling og databearbejdning.
Anvendelser
- Analyse af vandkvalitet (fx nitrat, fosfat, organisk materiale).
- Kliniske analyser (fx bestemmelse af visse metabolitter i blod/urin).
- Fødevare- og drikkevareindustrien (farvestoffer, kvalitetssikring).
- Kemi- og biokemilab (koncentrationsbestemmelse af reagenser og produkter).
Praktiske råd
- Brug passende cuvettemateriale: kvarts til UV-målinger, glas eller plast til synligt område.
- Varmeregistrer og opbevar prøver ved konstant temperatur, hvis nødvendigt.
- Rens cuvetter grundigt og undgå luftbobler.
- Arbejd inden for instrumentets lineære område (typisk A = 0,1–1,0) — fortynd prøver ved høj absorbans.
Et kolorimeter er et enkelt, men effektivt værktøj til kvantitativ farvemåling og koncentrationsbestemmelse, så længe man er opmærksom på kalibrering, instrumentbegrænsninger og korrekt prøvehåndtering.