Kolorimeter: Farvemåling, princip og måling af koncentration (Beer–Lambert)
Kolorimeter og kolorimetri: forstå Beer–Lambert‑princippet, farvemåling og pålidelig bestemmelse af opløsningers koncentrationer.
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.
Forskellige dele
De vigtigste dele af et kolorimeter er:
- en lyskilde, som normalt er en almindelig glødelampe
- en blænde, som kan justeres
- et sæt filtre i forskellige farver
- en detektor, der måler det lys, der har passeret opløsningen
Filtre
Der anvendes forskellige filtre til at vælge den bølgelængde af lys, som opløsningen absorberer mest. Dette gør kolorimeteret mere nøjagtigt. Opløsningerne anbringes normalt i glas- eller plastikkuvetter. De sædvanlige bølgelængder, der anvendes, er mellem 400 og 700 nanometer. Hvis det er nødvendigt at anvende ultraviolet lys (under 400 nanometer), skal lampen og filtrene udskiftes.
Output
Farvemålerens output kan vises i grafer eller tabeller, ved hjælp af et analogt eller digitalt måleinstrument. Dataene kan udskrives på papir eller lagres i en computer. Output kan vises som transmittans (en lineær skala fra 0-100 %) eller som absorbans (en logaritmisk skala fra nul til uendelig). Absorptionsskalaen kan anvendes i intervallet 0-2, men det er ønskeligt at holde sig inden for intervallet 0-1, da resultaterne ved værdier over 1 bliver upålidelige på grund af spredning af lys. En omregningstabel for transmittans-absorbans kan ses her:[1].
| Laboratorieudstyr | |
| Udstyr | Agarplade - Aspirator - Bunsenbrænder - Kalorimeter - Kolorimeter - Centrifuge - Kondensator - Røghætte - Mikroskop - Mikrotiterplade - Pladelæser - Roterende fordamper - Spektrofotometer - Termometer - Vortexblander - Statisk blander |
| Kolber | Erlenmeyer-kolbe - Firenze-kolbe - Målekolbe - Büchner-kolbe |
| Andre | Bægerglas - Kogeglas - Büchner-tragt - Burette - Konisk målestok - Digel - Cuvette - Gassprøjte - Gradueret cylinder - Pipette - Petriskål - Skilletragt - Soxhlet-ekstraktor - Reagensglas - Tistelrør - Urglas |
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er et kolorimeter?
A: Et kolorimeter er en anordning til måling af farver, eller kolorimetri.
Q: Hvordan måler et kolorimeter farver?
A: Et kolorimeter måler absorbansen af forskellige bølgelængder af lys i en opløsning.
Q: Hvad kan et kolorimeter bruges til?
Svar: Et kolorimeter kan bruges til at måle koncentrationen af en kendt opløst stof.
Spørgsmål: Hvordan påvirker kemiske stoffer lysabsorptionen?
Svar: Forskellige kemiske stoffer absorberer forskellige bølgelængder af lys. Når koncentrationen af opløsningsstoffet er højere, absorberer det mere lys i en bestemt bølgelængde.
Spørgsmål: Hvad er Beer-Lambert-loven?
A: Beer-Lambert-loven siger, at når koncentrationen af den opløste stofart er højere, absorberer den mere lys i en bestemt bølgelængde.
Spørgsmål: Hvordan hænger dette sammen med brugen af et kolorimeter?
Svar: Beer-Lambert-loven kan bruges til at bestemme, hvor meget lys der absorberes af forskellige koncentrationer af opløste stoffer, når der måles med et kolorimeter.
Spørgsmål: Hvilken type oplysninger kan man få ved at bruge et kolorimeter?
Svar: Ved hjælp af et kolorimeter kan man få oplysninger om absorbans- og koncentrationsniveauet for forskellige bølgelængder af lys i opløsninger, der indeholder kendte opløsningsstoffer.
Søge