Що таке фотоколориметр – принцип роботи

Багато лабораторних досліджень засновані на прямих методах вимірювання тієї чи іншої величини. Але є і непрямі, наприклад, які можуть виміряти концентрацію розчину шляхом оцінки оптичної щільності, що вже багато років з успіхом і досить точно здійснюють фотоколориметри. І незважаючи на те, що стандартні методики аналізу найточніші і, як правило, прописані в ГОСТах та інших стандартах, вони мають ряд недоліків. Насамперед це тривалість, обчислювана десятками хвилин, або навіть годинами. Плюс необхідний комплект дорогого та споживаючого багато енергії обладнання, реактивів, посуду та звичайно підготовленого персоналу.
Тому стаціонарні аналізи можна здійснити з допомогою приладів, функціонуючих на непрямому принципі виміру, тобто які перетворюють одну величину на іншу.

Про фотоколориметри

Де використовуються

Сфера їх застосування досить широка і охоплює абсолютно протилежні галузі, що зайвим чином доводить, що фотоколориметр добре "закріпився" на ринку експрес тестування. Це по-перше. І по-друге - те, що метод виміру себе зарекомендував з кращого боку і дає прийнятну точність. І ще раз повторимося – дозволяє економити багато часу.

У першому наближенні принцип дії фотоколориметра виглядає досить просто і зрозуміло, і щоб його пояснити, достатньо навіть одного з невеликих розділів шкільної програми.

А саме заломлення світлових променів, що входять у розчин.

Оскільки колориметр це інструмент для чисельної оцінки концентрації розчинів (емульсій, суспензій, реактивів і навіть води з розчиненими компонентами) за рахунок вимірювання оптичної щільності, яка співвідноситься зі світловою хвилею певної довжини.

Отже, поговоримо про сферу використання:

1. Як прилади для аналізу параметрів якості води. Іноді їх називають фотометри. Хоча тут існує певна плутанина із термінологією. Оскільки фотометрами називають прилади для вимірювання рівня освітленості в люксах. З кожним роком вода (водопровідна, питна, технічна) стає все більш забрудненою солями, розчиненими металами, нітратами, органічними забруднювачами, мікробами тощо. І за допомогою фотоколориметра, налаштованого на той чи інший вид забруднення, можна зробити експрес аналіз. Йдеться про воду в басейнах, акваріумах тощо.
2. Визначення зростання бактеріальних культур у мікробіологічній лабораторії.
3. Аналіз крові у медичній практиці.
4. Визначення кількості поживних речовин у ґрунті та продуктах харчування.

Принцип роботи

Щоб визначити питому вагу того чи іншого розчиненого продукту у розчині, колориметри аналізують рівень кольоровості.

Можна навести аналогії з одним із приладів для оснащення зернової лабораторії, який вимірює білизну, що визначає якість борошна та віднесення його до того чи іншого сорту. Білизна це теж градація кольоровості.
Але ми маємо справу не з сипучим продуктом, а з рідиною. Залежно від концентрації розчину, змінюється його колір. При проходженні променя частина світла певного спектру поглинається, а частина проходить далі.

Якщо досліджуваний розчин безбарвний, то додають реагент, який входить у хімічну реакцію з розчиненими речовинами, завдяки цьому  рідина забарвлюється, і результати порівнюються з відомими нормативами.
Якщо говорити суворо, то в результаті взаємодії світла та розчину відбувається ціла низка процесів. Це розсіювання, фотохімічне розкладання, нагрівання, люмінісценція. Але нас цікавить саме поглинання, яке ґрунтується на перетворенні енергії електромагнітної хвилі (а видиме світло це лише частина широкого спектру, куди входить інфрачервоне випромінювання, ультрафіолетове, радіація тощо) в енергію теплового руху атомів у рідині.

Щоб кількісно визначити, яка частина світла поглинається розчином, зазвичай використовують закон Бера-Ламберта: A = Ɛcl,

Де:

• A - оптична щільність рідини;
• Ɛ - молярна поглинаюча здатність;
• c - концентрація розчину;
• l - довжина, якою проходить світло.

Наведемо прості аналогії.

Чим глибше пірнати в море або інше водоймище, тим буде темніше. І друге – коли водолази проводять роботи на дні та вода каламутна, то на відстані витягнутої руки вже нічого не видно. Отже, навіть за цими фактами, зрозуміло, що існує явна залежність між чистотою води (або іншої рідини або розчину) і проходженням світла.
Чим більше речовини розчинено (а також знаходиться у зваженому стані), тим більше світла буде поглинено. Тобто маємо зв'язок (кореляцію, статистичну залежність). Отже її можна описати в таблиці або у вигляді функції. Це так звані калібрування.

Важливе питання полягає в іншому. Припустимо, що у нас розчинено три речовини: хлорид натрію, оксид заліза та нітрат натрію. Як визначити фотоколориметром не загальну концентрацію, а зміст кожного з компонентів? Для цього потрібно вимірювати не загальний відсоток поглиненого світла, а поглинання на конкрентних довжинах хвиль.

Як влаштований колориметр ?

Насамперед необхідне джерело світла. Це може бути лампа розжарювання. Також потрібні оптичні компоненти.