比色计

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介绍

在进行实验时，科学家经常需要测量浓缩溶液或有色溶液中特定化合物的数值。仅凭肉眼无法准确判断有色溶液的浓度。为了进行此类实验，使用了一种称为比色计的设备。因此，它有助于检测颜色并确定颜色，并确定溶液的浓度。它的工作原理是分析特定溶液中特定波长光的吸光度，即通过分析颜色强度，有多少光被吸收以及有多少光透过液体或溶液。

什么是比色计？

• 它是一种识别颜色样本或溶液以提供颜色特征客观测量的设备或工具。

• 它有助于确定特定化合物的浓度，该化合物是颜色溶液或溶剂中的溶质。

• 它广泛用于识别和确定吸光的物质的浓度。

• 它允许特定溶液吸收特定波长（颜色）的光。

• 该仪器由路易斯·J·杜博斯克于 1870 年发明。

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比色计原理

它基于光度技术。根据此原理，当强度为 $\mathrm{I_{0}}$ 的入射光穿过溶液时，则：

• 入射光的一部分在 $\mathrm{I_{r}}$ 处反射

• 入射光的一部分在 $\mathrm{I_{a}}$ 处被吸收，并且

• 入射光的一部分在 $\mathrm{I_{t}}$ 处透射。

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

因此，可以忽略 $\mathrm{I_{r}}$ 的值，因为 $\mathrm{I_{0}}$ 和 $\mathrm{I_{t}}$ 的值足以计算 $\mathrm{I_{a}}$ 的值。因此，通过保持 $\mathrm{I_{r}}$ 常数来测量透射光和吸收光的量值。

它基于光度学的两个基本定律，这些定律建立了物质浓度与吸收光量之间的关系。

比尔定律

根据该定律，吸光度与浓度成正比。换句话说，高浓度溶液比高稀释溶液吸收更多的光。

数学上可以表示为

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

其中，A = 吸光度，$\mathrm{\varepsilon}$ = 摩尔吸收系数，c = 摩尔浓度，l = 光程长度

朗伯定律

根据该定律，吸收的光的量或数量直接取决于用于分析的溶液的长度和强度。换句话说，在相同吸收区域中的相等部分吸收进入它们的光的相等粒子。

数学上可以表示为

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

其中，b = 厚度，k = 比例常数，$\mathrm{k^{'}}$ = k(2.303) = 另一个常数

比色计示意图

以下是比色计的示意图，显示了比色计的不同组件，以及从检流计作为输出获得结果的位置。

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比色计的工作原理

比色计的工作原理分以下三个阶段说明 -

阶段 1：校准比色计

在开始任何实验之前，都需要校准所有工具或仪器。在这里，通过使用已知溶质浓度的标准溶液来校准比色计，这需要找出。然后将标准溶液填充到试管或比色皿中，并将该试管放入比色计支架中。

阶段 2：穿过透镜和滤光片

在此阶段，特定波长的光束（特定于分析）被引导到样品溶液。此光束在到达样品之前会穿过各种透镜和滤光片。这种有色光在透镜的帮助下漫射，并到达一个滤光片，该滤光片可以将光束分离成单独的波长，并且只允许所需的波长通过并到达比色皿。

阶段 3：透射光转换为电信号

最后，光束到达试管或比色皿，在那里它被溶液透射、反射和吸收。只有透射光线才能进入光电检测器，并有助于测量透射光的强度。然后，光电检测器将光束转换为电信号，然后检流计以数字形式计算这些信号。

比色计的用途

序号	行业	用途
1	医院	估计生化样品，如血浆、血清、尿液和脑脊液。
2	纺织品	它有助于指定颜色并确保我们在屏幕上看到的颜色准确无误。
3	实验室	血清成分以及葡萄糖、蛋白质和其他各种生化化合物的定量估计。
4	水质部门	它检查水的质量是否含有氟化物、锌、铁、氯、氰化物、溶解氧等化学物质。
5	油漆	检查颜色的稠度和质量。

比色计的优缺点

一些优点是

• 它非常快，结果甚至不到 1 秒。

• 易于变化和运输。

• 操作非常简单。

• 肉眼可以定性或半定量识别。

• 袖珍比色计可以使用四节 AA 电池进行 100-300 次测量。

一些缺点是

• 它不适用于紫外和红外区域。

• 它需要分析大量样品。

• 当使用相同颜色的干扰材料时，有时可能会产生错误。

• 某些表面会反射光，因此难以进行测量。

• 灵敏度低。

• 需要准确的波长带宽才能进行更准确的分析。

结论

比色计是一种有助于测量特定化合物（称为溶质）在有色溶液（称为溶剂）中的浓度的仪器或工具。该工具包含一个光电管，可以检测在分析过程中通过样品溶液的光量。当特定波长的光束传递到样品时，一些光会被吸收，一些光会被通过，只有透射光波会被检测到，这些光波用于测量颜色密度。它还有助于特定溶液吸收一定波长的光。这就是它如何在比尔-朗伯定律的帮助下测量溶液中已知溶质的浓度的方式，这主要取决于溶液的吸光度和浓度。

常见问题

Q1. 吸光度是否取决于颜色？

A. 根据朗伯定律，吸光度直接取决于吸收物质的厚度和光程长度。厚度越大，强度越大，因此物质的颜色越深。因此，吸光度取决于颜色。

Q2. 比色法的目的是什么？

A. 比色计工具用于查找溶解在溶液中的有色化合物的浓度。因此，它有助于找到溶质的浓度。

Q3. 如何维护比色计？

A. 始终清洁比色计和样品池至关重要。为此，请使用柔软干净的布和蒸馏水清洁样品池。

Q4. 为什么吸光度随浓度增加而增加？

A. 浓度更高的溶液意味着溶液中存在更多的溶质颗粒，因此光会被溶液中的大量颗粒吸收，从而增加吸收。

Q5. 最容易看到的颜色是什么？

A. 橙色、红色和黄色等强烈而鲜艳的颜色通常更容易看到。因为鲜艳的颜色通常由于其反射光的能力而易于看到。照明会影响颜色感知。模糊的光会冲淡某些颜色，而明亮的光会增强其他颜色。