จากแสงสู่ข้อมูล: เทคโนโลยีการวัดสีและสเปกโตรโฟโตมิเตอร์

ความหมายของ การวัดสี:
สี เป็นเพียงการวัดสี สี คือการกำหนดความเข้มข้นของสารโดยการวัดการดูดกลืนแสงสัมพัทธ์สัมพันธ์กับความเข้มข้นที่ทราบของสาร ในการวัดสีด้วยการมองเห็น โดยปกติจะใช้แสงธรรมชาติหรือแสงสีขาวประดิษฐ์เป็นแหล่งกำเนิดแสง และการวัดมักจะทำโดยใช้เครื่องมือง่ายๆ ที่เรียกว่าคัลเลอริมิเตอร์หรือเครื่องเปรียบเทียบสี เมื่อใช้โฟโตเซลล์แทนดวงตา เครื่องมือนี้เรียกว่าโฟโตอิเล็กทริกคัลเลอริมิเตอร์

การวิเคราะห์เชิงสีขึ้นอยู่กับหลักการที่ว่าสารหลายชนิดทำปฏิกิริยากันและสร้างสีที่บ่งบอกถึงความเข้มข้นของสารที่กำลังวัด เมื่อสารสัมผัสกับลำแสงความเข้ม (I 0 ) ส่วนหนึ่งของรังสีจะถูกดูดซับโดยโมเลกุลของสาร และรังสีความเข้ม (I) จะถูกปล่อยออกมา ความแตกต่างของความเข้มนี้ใช้ในการตรวจวัดสี

ปริมาณรังสีที่ถูกดูดกลืนกำหนดโดยกฎเบียร์-แลมเบิร์ต:
เอ = Ɛ•ล•ซี
A คือการดูดกลืนแสง
Ɛ คือค่าสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์ของฟันกราม [L/(mol cm)]
l คือความยาวเส้นทาง (ซม.)
C คือความเข้มข้น (โมล/ลิตร)

สเปกโตรโฟโตเมทรีคืออะไร:
spectrophotometry เป็นวิธีการวิเคราะห์สารในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณโดยการวัดค่าการดูดกลืนแสงของสารที่ความยาวคลื่นเฉพาะหรือภายในช่วงความยาวคลื่นที่กำหนด

หลักการพื้นฐานของสเปกโตรโฟโตเมทรี:
สสารมีปฏิกิริยากับแสงและมีลักษณะของการดูดซึมแบบเลือกสรร สีของสารสีเกิดจากสารที่ทำปฏิกิริยากับแสง นั่นคือสีที่นำเสนอโดยสารละลายสีนั้นเกิดจากการดูดกลืนแสงแบบเลือกสรรโดยสารในสารละลาย

เนื่องจากสารต่างๆ มีโครงสร้างโมเลกุลต่างกัน จึงมีความสามารถในการดูดซับแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ดังนั้น กลุ่มโครงสร้างที่มีโครงสร้างลักษณะเฉพาะจะมีความยาวคลื่นจริงสูงสุดสำหรับคุณลักษณะการดูดกลืนแสงแบบเลือกสรร ก่อให้เกิดจุดสูงสุดของการดูดกลืนแสงสูงสุด และสร้างสเปกตรัมการดูดกลืนแสงที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว

แม้แต่สารชนิดเดียวกันก็ดูดซับแสงต่างกันเนื่องจากมีเนื้อหาต่างกัน วิธีการใช้สเปกตรัมการดูดกลืนแสงเฉพาะตัวของสารเพื่อระบุการมีอยู่ของสาร (การวิเคราะห์เชิงคุณภาพ) หรือใช้ระดับการดูดกลืนแสงช่วงความยาวคลื่นหนึ่งของสารเพื่อวัดปริมาณของสาร (การวิเคราะห์เชิงปริมาณ) คือ เรียกว่าสเพคโตรโฟโตเมทรี.

กฎแลมเบิร์ต-เบียร์เป็นหลักการพื้นฐานที่ใช้ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณของสเปกโตรโฟโตเมทรี เมื่อลำแสงสีเอกรงค์ (แสงสีเดียว) ผ่านสารละลายที่สม่ำเสมอ ส่วนหนึ่งของแสงจะถูกดูดซับและบางส่วนจะถูกส่งผ่าน ปล่อยให้ความเข้มของแสงตกกระทบเป็น I0 และความเข้มของแสงที่ส่องผ่านเป็น I จากนั้น I/I0 คือการส่งผ่าน ซึ่งแสดงด้วย T เปอร์เซ็นต์การส่งผ่านแสง T% = (I/I0)x100%

การศึกษาพบว่าระดับการดูดกลืนแสงโดยสารละลาย ซึ่งก็คือ การดูดกลืนแสง (A) (หรือที่เรียกว่าการสูญเสีย E หรือความหนาแน่นของแสง D) และการส่งผ่าน (T) มีความสัมพันธ์ลอการิทึมเชิงลบ นั่นคือ: A = – แอลจีที

กฎของแลมเบิร์ต: ระดับการดูดกลืนแสง (A) ของสารละลายที่มีสีเป็นสัดส่วนกับความหนา (เส้นทางแสง) b ของชั้นของเหลว เมื่อความเข้มข้นของสารละลายคงที่ ยิ่งความหนาของชั้นของเหลวของสารละลายมากขึ้น ค่า A ของระดับการดูดกลืนแสงก็จะยิ่งมากขึ้น และการส่งผ่านแสงก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น
นั่นคือ: A = ab

กฎของเบียร์: ระดับการดูดกลืนแสง (A) ของสารละลายสีเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้น (จำนวนอนุภาคที่ดูดซับแสง) C นั่นคือ เมื่อความหนาของชั้นของเหลวของสารละลายคงที่ ความเข้มข้นก็จะยิ่งมากขึ้น ระดับการดูดกลืนแสงก็จะยิ่งมากขึ้น และค่าการส่งผ่านก็จะน้อยลงเท่านั้น
นั่นคือ: A = ac
การรวมสองสูตรข้างต้นเข้าด้วยกันสามารถแสดงได้ในสูตรต่อไปนี้: A = -lgT=abc
นั่นคือ A = abc

สูตรข้างต้นเป็นกฎของแลมเบิร์ต-เบียร์ ซึ่งหมายความว่า: เมื่อลำแสงที่มีสีเดียวผ่านสารละลายที่สม่ำเสมอ ค่าการดูดกลืนแสงของสารละลายต่อแสงที่มีสีเดียวจะเป็นสัดส่วนกับผลคูณของความเข้มข้นของสารละลายและความหนาของชั้นของเหลว [2-3]

ใน A =abc ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง a แสดงถึงความไวของสารดูดซับแสง ยิ่งค่า a มากขึ้น ความไวก็จะยิ่งสูงขึ้น ถ้าหน่วยความเข้มข้นคือความเข้มข้นของสาร (หน่วย: โมล/ลิตร) ค่าการดูดซึม a สามารถเขียนเป็น ε และ ε เรียกว่า ค่าการดูดซึมของฟันกราม

จากสูตรข้างต้นจะเห็นได้ว่าเมื่อความหนา b ของชั้นสารละลายและค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับ a คงที่ การดูดกลืนแสง A จะสัมพันธ์เชิงเส้นตรงกับความเข้มข้นของสารละลาย ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ ขั้นแรกจำเป็นต้องวัดการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ ของแสงด้วยสารละลาย (สเปกตรัมการดูดกลืนแสง) ซึ่งใช้หาความยาวคลื่นการดูดกลืนแสงสูงสุด จากนั้นจึงใช้แสงของความยาวคลื่นนี้เป็นแหล่งกำเนิดแสง (แสงสีเดียว ) เพื่อวัดค่าการดูดกลืนแสง A ซึ่งเป็นกฎของแลง เบอร์เบียร์ เป็นเงื่อนไขแรกสำหรับการวิเคราะห์เชิงปริมาณ

เครื่องวัดสเปกโตรโฟโตมิเตอร์แบบตั้งโต๊ะ (Transmittance) DSCD-910 เป็นประสิทธิภาพที่ดีและออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการทดสอบการส่งผ่าน การดูดกลืนแสง ค่าสี และพารามิเตอร์อื่น ๆ ของวัสดุโปร่งใส

Tags:DSCD-910