Что такое фотоколориметр - принцип работы

Множество лабораторных исследований основаны на прямых методах измерения той или иной величины. Но ест и непрямые, например которые могут измерить концентрацию раствора путем оценки оптической плотности, что уже много лет с успехом и довольно точно осуществляют фотоколориметры. И несмотря на то, что стандартные методики анализа самые точные и как правило прописаны в ГОСТах и других стандартах, они имеют ряд недостатков. Прежде всего это длительность, исчисляемая десятками минут, а то и часами. Плюс необходим комплект дорогостоящего и потребляющего много энергии оборудования, реактивов, посуды и конечно подготовленного персонала.
Поэтому стационарные анализы могут быть осуществлены при помощи приборов, функционирующих на непрямом принципе измерения, т.е. которые преобразуют одну величину в другую.

Про фотоколориметры

Где используются

Сфера их применения достаточно широка и охватывает совершенно противоположные отрасли, что лишним образом доказывает, что фотоколориметр отлично "закрепился" на рынке экспресс тестирования. Это раз. И второе - то что метод измерения себя зарекомендовал с лучшей стороны и дает приемлемую точность. И еще раз повторимся – позволяет экономить массу времени.

В первом приближении принцип действия фотоколориметра выглядит достаточно просто и понятно, и чтобы его объяснить, достаточно даже одного из небольших разделов школьной программы.

А именно преломления световых лучей, входящих в раствор.

Поскольку колориметр это инструмент для численной оценки концентрации растворов (эмульсий, суспензий, реактивов, и даже воды с растворенными компонентами) за счет измерения оптической плотности, которая соотносится со световой волной определенной длины.

Итак, поговорим про области использования:

1. Как приборы для анализа параметров качества воды. Иногда их называют фотометры. Хотя здесь существует некоторая путаница с терминологией. Поскольку фотометрами называют и приборы для измерения уровня освещенности в люксах. С каждым годом вода (водопроводная, питьевая, техническая) становится все более загрязненной солями, растворенными металлами, нитратами, органическими загрязнителями, микробами и т.д. И с помощью фотоколориметра, настроенного на тот или иной вид загрязнения, можно быстро сделать экспресс анализ. Речь идет о воде в бассейнах, аквариумах и т.д.
2. Определения роста бактериальных культур в микробиологической лаборатории.
3. Анализ крови в медицинской практике.
4. Определение количества питательных веществ в грунте и продуктах питания.

Принцип работы

Чтобы определить удельный вес того или иного растворенного продукта в растворе, колориметры анализируют уровень цветности.

Можно привести аналогии с одним из приборов для оснащения зерновой лаборатории, который измеряет белизну, что определяет качество муки и отнесение ее к тому или иному сорту. Белизна это тоже градация цветности.
Но мы имеем дело не с сыпучим продуктом, а с жидкостью. В зависимости от концентрации раствора, меняется его цвет. При прохождении луча, часть света определенного спектра поглощается, а часть проходит дальше.

Если исследуемый раствор бесцветен, то добавляют реагент, который вступает в химическую реакцию с растворенными веществами, за счет чего чего жидкость окрашивается, и результаты сравниваются с известными нормативами.
Если говорить более строго, то в результате взаимодействия света и раствора, происходит целый ряд процессов. Это рассеивание, фотохимическое разложение, нагрев, люминисценция. Но нас интересует именно поглощение, которое основано на преобразовании энергии электромагнитной волны (а видимый свет это лишь часть широкого спектра, куда входит инфракрасное излучение, ультрафиолетовое, радиация и т.д.) в энергию теплового движения атомов в жидкости.

Чтобы количественно определить, какая часть света поглощается раствором, обычно используют Закон Бера-Ламберта: A = Ɛcl,

Где:

• A - оптическая плотность жидкости;
• Ɛ - молярная поглощающая способность;
• c - концентрация раствора;
• l - длина, через которую проходит свет.

Приведем простые аналогии.

Чем глубже нырять в море или другой водоем, тем будет темнее. И второе – когда водолазы проводят работы на дне и вода мутная, то на расстоянии вытянутой руки уже ничего не видно. Следовательно даже по этим фактам, понятно, что существует явная зависимость между чистотой воды (или другой жидкости или раствора) и прохождением света.
Чем больше вещества растворено (а также находится во взвешенном состоянии), тем больше будет поглощено света. То есть имеем связь (корреляцию, статистическую зависимость). А значит ее можно описать в таблице или в виде функции. Это так называемые калибровки.

Важный вопрос состоит в другом. Предположим, что у нас растворено три вещества: хлорид натрия, оксид железа и нитрат натрия. Как определить фотоколориметром не общую концентрацию, а содержание каждого из компонентов ? Для этих целей нужно измерять не общий процент поглощенного света, а поглощение на конкрентных длинах волн.

Как устроен колориметр ?

Прежде всего необходим источник света. Это может быть лампа накаливанпя. Также потребуются оптические компоненты.