Máy đo màu

0
575

I. Cảm biến này được sử dụng để làm gì?

Cảm biến đo màu (máy đo màu) được sử dụng để xác định nồng độ của một dung dịch bằng cách phân tích màu của dung dịch đó. Màu của một dung dịch có thể phụ thuộc vào bản chất của dung dịch hoặc sự thay đổi phụ thuộc vào nồng độ dung dịch một chất phản ứng. Nghiên cứu đo màu đóng vai trò cần thiết trong nhiều ngành khoa học, như hóa học, sinh học và các ngành liên quan… Cảm biến đo màu xác định lượng ánh sáng của từng bước sóng chọn lọc truyền qua một dung dịch mẫu thí nghiệm.

II. Sử dụng cảm biến như thế nào?

Cảm biến này được sử dụng với thiết bị thu nhận và xử lí tín hiệu cầm tay aMixer MGA. Xin vui lòng tham khảo phần thí nghiệm minh họa phía dưới về chi tiết sử dụng cảm biến này với thiết bị aMixer MGA.

Để lựa chọn bước sóng kích thích mong muốn, bạn cần điều chỉnh nút chọn bước sóng để chọn một trong 3 bước sóng sau: 625 nm (ánh sáng đỏ), 520 nm (ánh sáng lục), và 465 nm (ánh sáng lam).

Màu của dung dịch là màu pha trộn của các ánh sáng mà ánh sáng đó không bị hấp thụ bởi dung dịch. Vì thế, bạn có thể dùng ánh sáng có màu sắc khác so với màu của dung dịch để cho ánh sáng đó bị hấp thụ và từ đó bạn có thể thu được kết quả thí nghiệm có độ chính xác cao. Ví dụ như với dung dịch đồng (II) sunfat có màu xanh lam, sử dụng ánh sáng đỏ (625 nm) để thu được kết quả thí nghiệm tốt nhất.

Ngoài ra, có một phương pháp thí nghiệm đơn giản hơn như sau: bạn có thể cho một lọ thủy tinh nhỏ có chứa dung dịch muốn làm thí nghiệm vào cảm biến đo màu và kiểm tra xem ánh sáng đó có bước sóng nào được truyền qua dung dịch với hệ số truyền ánh sáng thấp nhất. Nhiều thí nghiệm về đo màu thường cho biết bước sóng ánh sáng nên sử dụng. Hãy sử dụng ánh sáng có bước sóng gần với giá trị đó nhất.

Lọ thủy tính kích cỡ 1cm x 1cm được thiết kế để chứa dung dịch thí nghiệm. Lọ thủy tinh đó có hai mặt nhám và hai mặt nhẵn. Khi cầm lọ thủy tinh, chú ý chỉ luôn cầm ở mặt nhám. Khi cho lọ thủy tinh vào trong máy đo màu, một mặt nhám của lọ phải được hướng về phía bạn sao cho mặt nhẵn của lọ thủy tinh thẳng hàng với nguồn phát ánh sáng.

Hệ số truyền ánh sáng và hệ số hấp thụ ánh sáng:

Hệ số truyền ánh sáng cho biết lượng ánh sáng được truyền qua dung dịch. Hệ số truyền ánh sáng có thể được biểu điễn là tỉ số giữa cường độ ánh sáng của chùm sáng truyền qua dung dịch (It) và cuờng độ ánh sáng chùm ban đầu (Io). Hệ số truyền ánh sáng được biểu diễn bằng công thức sau

T = It /Io ———- (1)

Máy đo màu tạo ra một hiệu điện thế với sự thay đổi giá trị hiệu điện thế tỉ lệ thuận với hệ số truyền ánh sáng. Nghịch đảo của hệ số truyền ánh sáng của dung dịch thay đổi theo loga thập phân (cơ số 10) với tích số của ba hệ số; e hệ số hấp thụ phân tử của dung dịch; b chiều rộng của lọ thủy tinh ; C và nồng độ mol của dung dịch.

log (1/T) = ebC ———- (2)

Một số thí nghiệm về ánh sáng có liên quan đến hệ số hấp thụ ánh sáng. Hệ số hấp thụ ánh sáng được biểu diễn bằng công thức sau:

A = log(1/T) ———- (3)

Dựa vào hai phương trình (2) và (3), thu được phương trình sau:

A = ebC ———- (4)

Công thức trên cho thấy luợng ánh sáng bị hấp thụ bởi dung dịch phụ thuộc vào khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch đó, độ dài quãng đường ánh sáng truyền qua dung dịch và nồng độ của dung dịch. Giá trị e và b có thể coi là hằng số do e của cùng một dung dịch chứa trong lọ thủy tinh, với chiều rộng b của lọ không đổi. Với giả thiết trên, phương trình (4) có thể biểu diễn dưới dạng sau :

A = k C

Với k là hệ số tỉ lệ, k là hằng số. Theo phương trình trên, hệ số hấp thụ ánh sáng của một dung dịch tỉ lệ với nồng độ của dung dịch đó.

Trong phần mềm và hướng dẫn sử dụng Addestation, hệ số truyền ánh sáng được biểu diễn dưới dạng %T. Phương trình (3) có thể được biểu điễn như sau:

A = log(100/%T) = 2 – log%T

Sử dụng định luật Beer để xác định nồng độ của một dung dịch :

Để xác định nồng độ một dung dịch, ta sử dụng phương pháp sau:

Sử dụng một cảm biến đo màu để xác định hệ số truyền ánh sáng T, của dung dịch với nồng độ đã biết, sau đó vẽ đồ thị của giá trị log (100 /%T) theo nồng độ của dung dịch.

Đo hệ số truyền ánh sáng, Tu của dung dịch đó với nồng độ chưa biết. Sau đó từ đồ thị log(100/%Tu) theo nồng độ dung dịch, sử dụng phép nội suy với giá trị  (100/%T) của dung dịch với nồng độ chưa biết đo được ở trên, bạn sẽ xác định được nồng độ của dung dịch đó.

III. Thông số kỹ thuật

  1. Chú ý

Cảm biến này được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng giáo dục, nghĩa là không được sử dụng trong bất kì các ứng dụng thương mại, công nghiệp, y học hoặc nghiên cứu nào khác.

2. Thông số

  • Phạm vi hoạt động: 0% – 100% T
  • Bước sóng: 625 nm (ánh sáng đỏ); 520 nm (ánh sáng lục); 465 nm (ánh sáng lam)

Cảm biến đo màu có chức năng tự động nhận cảm biến. Chức năng này cho phép cảm biến có thể tự động đo và tự thiết lập thu thập dữ liệu khi được kết nối với giao diện aMixer MGA.

IV. Thí nghiệm minh họa – xác định nồng độ của một dung dịch

  1. Mục đích

Tự tìm hiểu phương pháp sử dụng cảm biến đo màu qua một thí nghiệm đơn giản về xác định nồng độ của dung dịch.

2. Thiết bị thí nghiệm

  • Thiết bị cầm tay aMixer MGA;
  • Cảm biến đo màu;
  • Nước cất;
  • Dung dịch CuSO4 0.05 mol/l;
  • Dung dịch CuSO4 0.1 mol/l;
  • Dung dịch CuSO4 0.2 mol/l;
  • Dung dịch CuSO4 0.3 mol/l;
  • Dung dịch CuSO4 0.4 mol/l;
  • Mẫu A chứa dung dịch CuSO4 với nồng độ chưa xác định.

3. Các bước thí nghiệm

  • Bật công tắc thiết bị aMixer MGA

  • Kết nối cảm biến đo màu vào kênh 1 của thiết bị aMixer MGA. Chú ý lẫy của giắc kết nối hướng về phía vạch trắng.

  • Cảm biến đo màu có chức năng tự động nhận cảm biến. Khi kết nối, cảm biến sẽ tự động đo. Một cửa sổ sẽ xuất hiện, lựa chọn “Máy đo màu (%T)” và ấn “Chạy”. Đảm bảo rằng dòng “Kênh 1: Máy đo màu (%T)” xuất hiện; nó biểu thị cảm biến này đã được kết nối và sẵn sàng thu thập dữ liệu.

  • Chuyển sang chế độ đo “Dạng đồng hồ kim” bằng cách chọn ô 
  • Sử dụng nút chọn bước sóng trên máy đo màu, chọn bước sóng ánh sáng “625 nm”.
  • Cho nước thường vào lọ thủy tinh (cuvette) cho tới khi đầy 3/4 lọ và đậy nắp lại. Dán nhãn lên mặt nhám của lọ thủy tinh ghi lại nồng độ dung dịch trong lọ. Chọn ô để chuẩn hóa cảm biến đo màu.
  • Cho dung dịch CuSO4 0.05 mol/l vào cuvette cho tới khi đầy 3/4 lọ và đậy nắp lại. Dán nhãn lên mặt nhám của cuvette ghi lại nồng độ dung dịch trong lọ.

Lưu ý: Dung dịch không được chứa bọt khí. Nếu tồn tại bọt khí, đảo lật lọ dung dịch vài lần đến khi loại bỏ hết các bọt khí. Lau khô thành bên ngoài của cuvette.

  • Đặt cuvette dán nhãn dung dịch CuSO4 0.05 mol/l vào cảm biến đo màu và đậy nắp cảm biến đo màu.

Lưu ý: Lọ thủy tinh có 2 mặt nhám và 2 mặt nhẵn. Cần đảm bảo chắc chắn rằng mặt nhẵn của cuvette phải thẳng hàng với nguồn sáng.

  • Chọn ô để bắt đầu thu thập dữ liệu (bạn cũng có thể ấn nút màu xanh trên thiết bị aMixer MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu). Bạn sẽ nhìn thấy chữ đang chạy “Giá trị đo…” khi các dữ liệu đang được thu thập.

  • Lặp lại các bước trên với dung dịch CuSO4 có nồng độ khác nhau và mẫu A.

4. Phân tích

  • Vẽ đồ thị của giá trị log (100%/T) theo nồng độ dung dịch CuSO4.
  • Cho biết log (100%/T) = k C, với C là nồng độ mol/l của dung dịch CuSO4. Hãy ước tính giá trị của k từ đồ thị trên. Chú ý rằng hệ số tỉ lệ k có thể được xác định từ hệ số góc của đồ thị.
  • Xác định nồng độ của dung dịch CuSO4 trong mẫu thí nghiệm A.

Gợi ý: Bạn có thể xác định nồng độ của dung dịch CuSO4 trong mẫu A dựa vào đồ thị trên bằng một trong hai phương pháp: Sử dụng phương pháp nội suy đồ thị hoặc sử dụng công thức đã cho ở câu 2 và giá trị của k đã xác định được.

Comments

comments

LEAVE A REPLY

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.