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2024年6月3日发(作者:)

2019年第5期

教育与装备研究

实验教学

基于手机图片比色法测定有色溶液的浓度

高嘉家 丁伟

摘 要:未知溶液浓度的测定是常见的化学项目。文中使用手机拍摄蓝色硫酸铜溶液的

图片,所收集的数据表明吸光度与浓度呈线性关系。为得到可靠的数据,需保证在同一光

源、相同背景下,将未知待测液、系列浓度标准溶液、空白对照液等拍摄于同一张图片内。

这是一种简便的比色分析方法,可在高中化学实验室、室外、科研型实验室等多种环境中

进行。

关键词:图片比色;有色溶液;浓度测定;朗伯比尔定律

  

一、引言

测定某种溶液的浓度是化学中常见的项

目。朗伯比尔定律也叫比尔定律,公式为A

abc(A为吸光度,a为摩尔吸光系数,b为吸光

层厚度即容器宽度,c为溶液浓度),表明吸光

度与浓度呈线性关系,通过分光光度法能帮助

我们测定溶液中溶质的浓度。传统实验中,通

常先配制系列浓度的标准有色溶液,测量系列

浓度标准有色溶液的吸光度以拟合标准曲线,

再由待测有色溶液测得的吸光度通过标准曲线

方程计算得出浓度值。吸光度通常使用分光光

度计或比色计等仪器测量,可以测定单一波长

的吸光度,精确度高。但这些仪器比较昂贵,许

多高中实验室没有此类设备。

分光光度法由比色分析法演变而来,即通

过比较溶液的颜色深浅来确定浓度大小。

Liebhafsky和Winslow(1950)使用白炽灯泡、量

筒等仪器搭建了一种易操作、低成本的比色分

析装置,用于测定溶解在水中的铁离子和铜离

子的浓度

[1]

。Pringle(1995)等人使用学生活

动常用的一种绉纸设计了实验,以介绍分光光

度法的概念

[2]

。Mathews(2004)等人使用台式

扫描仪扫描孔板中溶液的图像测定淀粉

碘络

合物的浓度

[3]

。Williams(2007)等人进行了

RGB值如何转换为波长的研究

[4]

,则可以通过

图片的RGB比色的方法获取有色溶液的标准

曲线。许多高中生可以使用平板或手机等手持

设备中的相机拍照,将图片RGB值转化成吸光

度值以拟合标准曲线,从而测定有色溶液的浓

度。这种方法称为图片比色法。

本研究先配制好硫酸铜系列浓度标准溶

液,再使用手机给硫酸铜系列浓度标准溶液、空

白对照液体、未知浓度溶液拍照,通过数据分析

检验图片比色法测定结果的精确度。并研究比

较正面和俯视面两种不同拍摄角度、使用塑料

高嘉家,华东师范大学教师教育学院,硕士研究生;丁伟,华东师范大学教师教育学院,副教授,本文通讯作者。

—33—

实验教学

教育与装备研究

2019年第5期

和玻璃两种不同材质试管盛装溶液时对图片比

色结果是否产生影响,进一步检验图片比色法

对浓度测定的普遍适用程度。

  

二、实验过程

(一)实验原理

朗伯比尔定律公式A

abc表示有色溶液

的吸光度A与浓度c及吸收层厚度b成正比,

当b固定时,A与c呈线性关系。与吸光度A

从同一实验图片获得系列浓度标准溶液、

空白试剂水、未知浓度溶液的RGB数据,通过

公式换算得到吸光度值,拟合系列浓度标准溶

液的吸光度A与浓度c的A⁃c标准曲线,根据

得到的标准曲线方程,计算确定未知溶液的

浓度。

(二)实验药品和仪器

(1)实验药品:五水硫酸铜晶体,蒸馏水。

(2)实验仪器:塑料试管(10mL,7支),玻

对应的是透光度T(A

⁃logT)。肉眼看到的溶

液颜色是透过光的波长所呈现的颜色

RGB

,而图片

值经换算求得吸光度

值可转换为波长

[4]

A。

,因此可由图片的

以下换算公式可计算

RGB

求得吸光度A,其中I

用样品的R或G或B值

表示,I

则由空白对照对应的R或G或B值

表示:

=-

log

 

铜晶体溶解

 用同种蒸馏水

,配制硫酸铜系列浓度标准溶液

、去离子水或自来水将硫酸

由于实验过程中使用溶剂水做空白对照,因此

不同水源不影响结果。将系列浓度标准溶液、

空白试剂水、未知浓度溶液等体积置于相同规

格和材质的容器中,并排放置在白纸背景前,在

自然光条件下使用手机拍摄获得图片。当白纸

背景前并排排列14个直径为1cm的容器时,

保持相机镜头与待测样品正面之间的距离至少

为50cm,可以使得由于路径长度的微小差异引

起的系统误差最小化

~35cm

,因此拍摄距离选择30cm

通过电脑自带的画图软件可从图片中获得

为宜。

~255

RGB

范围内的

值或者多个像素点的平均

RGB值。可选择单个像素点

RGB值。本

研究对单个溶液选择五个不同的点进行分析,

该溶液的RGB值就是这五个点的平均RGB

值。图片获得的绝对RGB值若存在误差,则该

误差仅由软件程序包所用算法造成

[5]

获取像素RGB值的方法表征性能良好,

且任何

上述

能够获

RGB

得单个像素RGB值或多个像

—3

值的软件都能产生类似的结果

素平均

4—

璃试管(15mm

×

150mm,7支),烧杯(100mL,1

个;50mL,5个),量筒(10mL,2个),玻璃棒,胶

头滴管,洗瓶,药匙,电子天平,手机(本实验中

使用手机型号为小米

Excel

软件

配制

)实验步骤

),色度计传感器

5s),电脑

,塑料比色皿

(画图、Microsoft

本文标签: 溶液使用浓度实验图片

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