Колориметр — это измерительный прибор, название которого происходит от латинских слов «color» (цвет) и «metreo» (измеряю). Существует два основных типа этих устройств, выполняющих разные функции.
Типы колориметров и их назначение
Колориметры первого типа, известные как трехцветные, предназначены для точного измерения и численного выражения цвета. Они определяют так называемые координаты цвета — три числа, которые соответствуют интенсивности световых потоков основных цветов. При смешении в указанных пропорциях эти потоки дают цвет, визуально неотличимый от измеряемого образца. Такие приборы нашли широкое применение в электротехнической, химической и радиоэлектронной промышленности для контроля качества цвета источников света, лакокрасочных материалов, отражающих поверхностей, а также экранов черно-белых и цветных телевизоров.
Второй тип — химические или концентрационные колориметры. Они используются для анализа состава веществ, определяя концентрацию компонентов в окрашенных растворах. С их помощью проводят контроль в химическом производстве, анализируют нефтепродукты и другие материалы.
Принцип работы и виды приборов
Действие химических колориметров основано на фундаментальном оптическом принципе: степень поглощения светового потока определенной длины волны (то есть конкретного цвета) прямо зависит от концентрации исследуемого вещества в растворе. Прибор сравнивает светопоглощение анализируемой жидкости с эталонным образцом, концентрация которого известна. Затем, используя закон Бугера—Ламберта—Бера, рассчитывается искомая концентрация. Точность таких измерений весьма высока и, в зависимости от определяемого вещества, может достигать значений от 10⁻⁸ до 10⁻³ моль/л.
Оба типа колориметров — и трехцветные, и химические — делятся на визуальные и фотоэлектрические. В визуальных приборах сравнение цвета или степени поглощения производится оператором на глаз. Фотоэлектрические колориметры, которые получили максимальное распространение еще в 1970–1980-х годах, автоматизируют этот процесс. Их широкое внедрение в промышленно-хозяйственный комплекс СССР было обусловлено высокой точностью и возможностью автоматизации измерительных процедур.
Клиновой колориметр: пример применения в медицине
Ярким примером специализированного прибора прошлого является клиновой колориметр, который активно использовался в медицинских лабораториях СССР в 1970-х годах. Он был предназначен для количественного определения концентрации вещества путем визуального сравнения интенсивности окраски исследуемого раствора с эталонным. Эталонный раствор помещался в специальный сосуд клиновидной формы, где толщина слоя жидкости (а значит, и интенсивность ее окраски) плавно уменьшалась от широкой части клина к узкой.
Погрешность такого прибора не превышала 5%. Комплект обычно включал пять клиньев с эталонными растворами и четыре кюветы (емкости для анализируемых проб) из высококачественного оптического стекла, что было критически важно для точности измерений. В ходе анализа клин и кювета с исследуемым раствором помещались внутрь корпуса прибора. Оператор, вращая маховичок, перемещал кювету по высоте, добиваясь визуального совпадения интенсивности окраски в поле зрения. Например, этот метод применялся для определения уровня холестерина в крови. В настоящее время клиновые колориметры практически вышли из употребления, уступив место более современным и совершенным аналитическим приборам.