Colorimetria (método químic)
En física i química analítica, la colorimetria és una tècnica d'anàlisis físic-químic "utilisada per a determinar la concentració de composts coloreados en solució".[1] El procediment habitual consistix en medir la cantitat de llum d'una freqüència o llongitut d'ona determinada, dins del ranc de radiació visible, que és absorbida per la dissolució coloreada i comparar-la en les mides realisades en una o més dissolució patró de la mateixa substància a determinar. Les medicions es porten a terme en un instrument conegut com colorímetro, específicament dissenyat a l'efecte, que permet seleccionar llongituts d'ona complementàries a la del color de la dissolució de mida (no deu confondre's en el colorímetro triestímulo usat per a medir els colors en general).
Fonament
[editar | editar còdic]Des de l'antiguetat es té coneiximent de substàncies que tenen color i de que mesclant eixos colors s'obtenen nous colors. Losquímicos de l'Edat Moderna varen estudiar les diverses substàncies que usaven i varen vore la necessitat de medir les cantitats dissoltes i fins a conéixer qué classe de substància química estaven usant. Aixina varen ser desenrollant sistemes d'anàlisis molt engorrosos i complexos per a fer eixes determinacions. En el temps es varen ser donant conte de que casi totes les substàncies, tractades d'algun modo específic, desenrollaven color i que l'intensitat d'eixe color estava relacionat en la cantitat de substància a analisar. A mida que la ciència i el coneiximent anaven alvançant, es percataron que el color de les substàncies químiques està relacionat en la seua estructura molecular i que depenent de dita estructura, les freqüències adsorbidas poden ser diferents. La radiació electromagnètica no absorbida és reflectida, en el cas de substàncies sòlides opaques, o transmesa quan la substància química és transparent o es troba en dissolució, sent estes les causants del color. En atres paraules, el color observat per l'ull humà és aquell que no ha segut absorbit i rep el nom de color complementari.[2] Aixina per eixemple una substància mostra color blau perque absorbix radiació visible de llongitut d'ona pròxima a 610 nm, que és la corresponent al color anaranjado.[3]
| Regió de la llongitut d'ona absorbida, nm | Color de la llum absorbida | Color complementari transmés |
|---|---|---|
| 380-420 | Violeta | Groc-vert |
| 420-440 | Blau-violeta | Groc |
| 440-470 | Blau | Anaranjado |
| 470-500 | Vert-blau | Rojo |
| 500-520 | Verda | Púrpura |
| 520-550 | Groc-vert | Violeta |
| 550-580 | Groc | Blau violeta |
| 580-620 | Anaranjado | Blau |
| 620-680 | Roig | Vert-azulado |
| 680-780 | Púrpura | Verda |
Esta propietat de la matèria en dissolució és utilisada en l'anàlisis químic per a determinar la concentració de determinades substàncies que es troben dissoltes, basant-se en el principi de que la absorbancia d'una substància coloreada en dissolució és proporcional a la seua concentració (Llei de Beer-Lambert), sent major quant major és la seua concentració.[4]
Les primeres determinacions colorimètriques realisades en fins d'anàlisis químic, es basaven en la comparació directa dels colors del analito en una série de patrons de dit analito en diferents concentracions. En estos procediments l'ull humà actuava com detector i el cervell com transductor. Per a això s'utilisaven tubos de vidre per a comparació de colors, habitualment coneguts com tubos Nessler, que es caracterisen per ser de volum fix, fets de vidre en fondo ópticamente pla i que estan calibrats per a conseguir un camí òptic uniforme. Es comparava l'intensitat de color del tubo de la mostra en els diferents patrons fins a trobar un molt semblat en color i intensitat. Com a font de radiació visible s'utilisava la mateixa llum natural en tot el seu interval de freqüències, sense llimitar part de l'espectre. ya que l'ull humà no detecta per igual tots els colors i no és capaç de diferenciar tonalitats molt pròximes, les diferències de concentració entre dos patrons consecutius té que ser superior al 5-10%, segons els colors. En conseqüència, les desviacions relatives en les mides podien aplegar a ser de fins al 50%, si el color de la mostra s'aproximava al color intermig entre dos patrons.
Colorímetros
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Colorímetro.
L'ocupació d'este procediment d'anàlisis colorimètric, basat en tubos Nessler era llarc i engorroso. El procediment es va simplificar per mig de l'ocupació dels colorímetros, nom que varen rebre els dispositius utilisats per a determinar la concentració de substàncies coloreadas en dissolució. El primer dispositiu de mida que pot ser considerat com un colorímetro, va anar el dissenyat per l'òptic francés fabricant d'instruments, Jules Duboscq (1817-1886), considerat el primer colorímetro de l'història de l'anàlisis químic. Duboscq va desenrollar un instrument per a estimar la concentració de la dissolució que es basava en la modificació del camí òptic recorregut per la llum a través de la mostra. Per mig d'un dispositiu es podia variar l'altura de les mostres, i segons fora la relació entre la patró i la mostra desconeguda, es podia establir la concentració de la mateixa. La llum necessària era d'orige natural i dirigida cap a la mostra per mig d'un espill.[5] Varis instruments es varen desenrollar segons eixe principi, des de simples comparadors òptics fins a complexos instruments de medició.
Les mides en açò colorímetros es portaven a terme utilisant una sola dissolució patró i amprava el denominat procediment de compensació, que consistia en anar variant la distància òptica (camí òptic) de la mostra fins que la llum situada baix els tubos, observada des de dalt, s'aprecien en igual intensitat; és dir presenten la mateixa transmissió. El colorímetro de Duboscq permet fer esta operació de forma senzilla gràcies a l'ocular de camp partit en el que està dotat. Considerant la Llei de Beer-Lambert i cridant Ax a la absorbancia de la mostra i As a la del patró:
D'esta manera i de forma senzilla, coneguda la concentració de la dissolució de referència i les llongituts dels camins òptics en cada u dels tubos, es podia establir la concentració del analito en el tubo de mostra.
Fotocolorímetros
[editar | editar còdic]En l'aparició de l'electrònica i de les cèlules fotovoltaiques, capaces de produir una corrent elèctrica proporcional a l'intensitat de la llum que aplega a ella, varen escomençar a dissenyar-se colorímetros més precisos, a voltes també denominats fotocolorímetros o fotómetros. En estos dispositius se substituïx l'ull humà per un detector electrònic menys subjectiu, com és la fotocélula i com a font d'allumenament, una chicoteta llàntia de filament de wolframio, el comportament del qual s'assembla a un emissor de cos negre, que a la temperatura d'incandescència emet llum visible i infrarroja. ya que les lleis d'absorció de la radiació (Llei de Beer) solament es complix quan s'utilisa llum monocromàtica, els fotocolorímetros més simples solen estar dotats de filtres o jocs de filtres que s'interponen entre la font de llum visible i la mostra, eliminat la major part de la radiació no absorbida, permetent solament la transmissió d'un estret marge de llongituts d'ona.[6] En este tipo de dispositius, la determinació de la concentració de analito en la mostra problema es fa medint la cantitat de llum que travessa la dissolució, comparant la cantitat entrante i la llectura de la cantitat absorbida. L'operació es repetix per a una série de patrons de concentració coneguda de solut i els resultats es representen com a mides d'absorbancia respecte a concentració. Per interpolació de la absorbancia en la gràfica es pot trobar el valor de la concentració desconeguda de la mostra.
Despuix de la Segona Guerra Mundial varen començar a desenrollar-se instruments que permetien la selecció de llongitut d'ona en major precisió en dispondre de prismes òptics o de rets de difracció. Açò nous instrument, ademés, estaven dotats de fonts d'emissió que cobrixen tant el ultravioleta com el visible i el infrarrojo pròxim (des de 190 nm a 1800 nm) i de detectors molt més sensibles que la fotocélula, com per eixemple, els denominats tubos fotomultiplicadores. Estos instruments més sofisticats i precisos són capaços de registrar tant espectres complets com de realisar mides d'absorció a llongituts d'ona determinades, per lo que reben el nom comú d'espectrofotómetros. En conseqüència, la tècnica d'anàlisis, al no circumscriure's exclusivament a l'interval de radiació visible, es denomina espectrofotometría d'absorció molecular ultravioleta-visible o més corrientemente espectrofotometría uv-vis, encara que encara, en l'actualitat, el terme colorimetria no ha caigut totalment en desús.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Housecroft, Catherine; Constable, {{{nom2}}} (2006). Chemistry: an introduction to organic, inorganic, and physical chemistry, Pearson Education, pp. 349–353. ISBN 978-0-13-127567-6.
- ↑ «Colorimetry - The Theory of Colors | X-Rite». X-Rite. Archivat des d'el original, el 2024-02-08. Consultat el 2025-03-11.
- ↑ Harris, Daniel C. (1992). Anàlisis Químic Quantitatiu, Grup Editorial Iberoamericana, p. 499. ISBN 970-625-003-4.
- ↑ Douglas A. Skoog, Donald M. West, F. James Holler and Stanley R. Crouch. (2015). «Cap. 24C. ABSORCIÓN DE LA RADIACIÓN», Fonaments de química analítica, Cengage Learning. ISBN 978-607-519-937-6.
- ↑ Hudson, John (1994). «Chap. 14. Analytical Chemistry», The history of chemistry, reprinted edició (en Anglés), Chapman & Hall. ISBN 978-0-412-03651-4.
- ↑ Skoog, D. A.; Holler, F. J.; . Crouch, S. R. (2008). Principis d'anàlisis instrumental, Mexico: Cengage Learning, p. 351. ISBN 607-481-390-6.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Colorimetría (método químico)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.