Funzionamento del colorimetro: la legge di Beer-Lambert in azione

Un colorimetro è uno strumento fotometrico che quantifica la concentrazione di un soluto colorato in soluzione misurando l'assorbimento di luce a una lunghezza d'onda specifica. Il suo funzionamento è fondato sulla **Legge di Beer-Lambert** (Legge di Beer).

Il principio fondamentale: Legge di Beer-Lambert

A = ε · b · c

• A = Assorbenza (senza unità, scala logaritmica)
• ε = Assorbenza molare (coefficiente di estinzione, L·mol⁻¹·cm⁻¹) — intrinseco all'analita a λ
• b = Lunghezza del percorso (cm) — larghezza della cuvetta, fissa dallo strumento
• c = Concentrazione (mol/L) — l'incognita

Poiché ε e b sono costanti per una data configurazione, l'Assorbenza è direttamente proporzionale alla Concentrazione.

Architettura dello strumento e flusso di lavoro

1. Sorgente di luce: Filamento di tungsteno (visibile) o LED. Spettro ampio.
2. Selezione lunghezza d'onda: **Filtro** (colorimetro) o **Monocromatore/Graticola** (spettofotometro). I filtri passano una banda (~10–40 nm larga); i monocromatori selezionano una banda stretta (~1–2 nm). *Questa distinzione definisce "colorimetro" vs "spettofotometro".*
3. Porta campione: Cuvetta (vetro/plastica/quarzo). Lunghezza percorso standard 1 cm.
4. Rivelatore: Fotodiodo, Fototubo o CCD. Misura intensità trasmessa (I).
5. Riferimento (Bianco): Solo solvente. Imposta I₀ (100% Trasmittanza / 0 Assorbenza).
6. Misurazione: Campione inserito. Misura I. Calcola T = I/I₀ e A = −log₁₀(T).
7. Lettura: Concentrazione diretta (tramite curva di calibrazione) o Assorbenza/Trasmittanza.

Requisiti operativi critici

• Selezione λ_max: Misura alla lunghezza d'onda di assorbimento di picco dell'analita per massima sensibilità e linearità.
• Curva di calibrazione: Misura standard di concentrazione nota. Traccia A vs c. Verifica linearità (R² > 0,999). Usa curva per ignoti.
• Cuvette abbinate: Elimina varianza di lunghezza percorso/dispersione.
• Turbidità/Fluorescenza: Interferiscono con la misurazione. Richiedono filtrazione o metodi di correzione.

Applicazioni

• Clinico: Emoglobina, glucosio, dosaggi enzimatici, bilirubina.
• Ambientale: Qualità acqua (nitrato, fosfato, cloro, COD), inquinamento aria.
• Industriale: Concentrazione colorante, analisi bagni di galvanica, consistenza colore alimenti/bevande.
• Educativo: Cinetica (concentrazione vs tempo), costanti di equilibrio.

Il colorimetro è il cavallo di battaglia della chimica umida quantitativa—semplice, robusto e direttamente legato alla chimica fisica fondamentale.