比色計

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介紹

在進行實驗時，科學家經常需要測量濃縮溶液或有色溶液中特定化合物的數值。僅憑肉眼無法準確判斷有色溶液的濃度。為了進行此類實驗，使用了一種稱為比色計的裝置。因此，它有助於檢測顏色並確定顏色，並確定溶液的濃度。它的工作原理是分析特定溶液中特定波長光的吸光度，即透過分析顏色強度，有多少光被吸收以及有多少光透過液體或溶液。

什麼是比色計？

• 它是一種識別顏色樣本或溶液以提供顏色特徵客觀測量的裝置或工具。

• 它有助於確定特定化合物的濃度，該化合物是顏色溶液或溶劑中的溶質。

• 它廣泛用於識別和確定吸光的物質的濃度。

• 它允許特定溶液吸收特定波長（顏色）的光。

• 該儀器由路易斯·J·杜博斯克於 1870 年發明。

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比色計原理

它基於光度技術。根據此原理，當強度為 $\mathrm{I_{0}}$ 的入射光穿過溶液時，則：

• 入射光的一部分在 $\mathrm{I_{r}}$ 處反射

• 入射光的一部分在 $\mathrm{I_{a}}$ 處被吸收，並且

• 入射光的一部分在 $\mathrm{I_{t}}$ 處透射。

$$\mathrm{I_{0}=I_{r}+I_{a}+I_{t}}$$

因此，可以忽略 $\mathrm{I_{r}}$ 的值，因為 $\mathrm{I_{0}}$ 和 $\mathrm{I_{t}}$ 的值足以計算 $\mathrm{I_{a}}$ 的值。因此，透過保持 $\mathrm{I_{r}}$ 常數來測量透射光和吸收光的量值。

它基於光度學的兩個基本定律，這些定律建立了物質濃度與吸收光量之間的關係。

比爾定律

根據該定律，吸光度與濃度成正比。換句話說，高濃度溶液比高稀釋溶液吸收更多的光。

數學上可以表示為

$$\mathrm{A=\varepsilon cl}$$

其中，A = 吸光度，$\mathrm{\varepsilon}$ = 摩爾吸收係數，c = 摩爾濃度，l = 光程長度

朗伯定律

根據該定律，吸收的光的量或數量直接取決於用於分析的溶液的長度和強度。換句話說，在相同吸收區域中的相等部分吸收進入它們的光的相等粒子。

數學上可以表示為

$$\mathrm{log_{10}\frac{I_{0}}{I_{t}}=\frac{k}{2.303}b=k^{'}b}$$

其中，b = 厚度，k = 比例常數，$\mathrm{k^{'}}$ = k(2.303) = 另一個常數

比色計示意圖

以下是比色計的示意圖，顯示了比色計的不同元件，以及從檢流計作為輸出獲得結果的位置。

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比色計的工作原理

比色計的工作原理分以下三個階段說明 -

階段 1：校準比色計

在開始任何實驗之前，都需要校準所有工具或儀器。在這裡，透過使用已知溶質濃度的標準溶液來校準比色計，這需要找出。然後將標準溶液填充到試管或比色皿中，並將該試管放入比色計支架中。

階段 2：穿過透鏡和濾光片

在此階段，特定波長的光束（特定於分析）被引導到樣品溶液。此光束在到達樣品之前會穿過各種透鏡和濾光片。這種有色光在透鏡的幫助下漫射，併到達一個濾光片，該濾光片可以將光束分離成單獨的波長，並且只允許所需的波長透過併到達比色皿。

階段 3：透射光轉換為電訊號

最後，光束到達試管或比色皿，在那裡它被溶液透射、反射和吸收。只有透射光線才能進入光電檢測器，並有助於測量透射光的強度。然後，光電檢測器將光束轉換為電訊號，然後檢流計以數字形式計算這些訊號。

比色計的用途

序號	行業	用途
1	醫院	估計生化樣品，如血漿、血清、尿液和腦脊液。
2	紡織品	它有助於指定顏色並確保我們在螢幕上看到的顏色準確無誤。
3	實驗室	血清成分以及葡萄糖、蛋白質和其他各種生化化合物的定量估計。
4	水質部門	它檢查水的質量是否含有氟化物、鋅、鐵、氯、氰化物、溶解氧等化學物質。
5	油漆	檢查顏色的稠度和質量。

比色計的優缺點

一些優點是

• 它非常快，結果甚至不到 1 秒。

• 易於變化和運輸。

• 操作非常簡單。

• 肉眼可以定性或半定量識別。

• 袖珍比色計可以使用四節 AA 電池進行 100-300 次測量。

一些缺點是

• 它不適用於紫外和紅外區域。

• 它需要分析大量樣品。

• 當使用相同顏色的干擾材料時，有時可能會產生錯誤。

• 某些表面會反射光，因此難以進行測量。

• 靈敏度低。

• 需要準確的波長頻寬才能進行更準確的分析。

結論

比色計是一種有助於測量特定化合物（稱為溶質）在有色溶液（稱為溶劑）中的濃度的儀器或工具。該工具包含一個光電管，可以檢測在分析過程中透過樣品溶液的光量。當特定波長的光束傳遞到樣品時，一些光會被吸收，一些光會被透過，只有透射光波會被檢測到，這些光波用於測量顏色密度。它還有助於特定溶液吸收一定波長的光。這就是它如何在比爾-朗伯定律的幫助下測量溶液中已知溶質的濃度的方式，這主要取決於溶液的吸光度和濃度。

常見問題

Q1. 吸光度是否取決於顏色？

A. 根據朗伯定律，吸光度直接取決於吸收物質的厚度和光程長度。厚度越大，強度越大，因此物質的顏色越深。因此，吸光度取決於顏色。

Q2. 比色法的目的是什麼？

A. 比色計工具用於查詢溶解在溶液中的有色化合物的濃度。因此，它有助於找到溶質的濃度。

Q3. 如何維護比色計？

A. 始終清潔比色計和樣品池至關重要。為此，請使用柔軟乾淨的布和蒸餾水清潔樣品池。

Q4. 為什麼吸光度隨濃度增加而增加？

A. 濃度更高的溶液意味著溶液中存在更多的溶質顆粒，因此光會被溶液中的大量顆粒吸收，從而增加吸收。

Q5. 最容易看到的顏色是什麼？

A. 橙色、紅色和黃色等強烈而鮮豔的顏色通常更容易看到。因為鮮豔的顏色通常由於其反射光的能力而易於看到。照明會影響顏色感知。模糊的光會沖淡某些顏色，而明亮的光會增強其他顏色。