色度計傳感器在教學中的應用實例

摘要：色度計傳感器是手持技術中的一種儀器。它是通過檢測溶液透光度來測量溶液中帶色粒子的濃度。通過介紹幾個色度計傳感器在化學教學中的應用實例，討論傳感技術對教學效果的影響。

關鍵詞：色度計傳感器；化學；教學；實例

文章編號：1005－6629(2008)07－0005－03中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

1 色度計傳感器原理簡介

手持實驗技術主要由傳感器（探頭）、 數據采集器、計算機等硬件設施以及實驗數據處理程序（如“探世界”綜合理科實驗室系統）等軟件構成[1]。色度計傳感器（如圖1）是傳感器中的一種， 用它檢測溶液的透光度（T）。

原理如圖2所示：將待測溶液裝入比色皿，置于色度計中測量。光源發出的光透過濾波片變為單色光（光強度為I₀），入射單色光通過裝有溶液樣品的比色皿，一部分入射光被溶液吸收，透射光（光強度為I）被光電二極管檢測，從而計算出該溶液的透光度（T＝I/I₀×100％）。只要化學反應能在化合或分解的過程中體現出對某色光的吸收，就可以利用該儀器來分析化學反應的特征。

2 色度計傳感器應用實例

2.1 研究性學習

2.1.1 SO₂含量的監測

原理：SO₂使酸性高錳酸鉀褪色。

操作：運用空氣采樣儀，通1min的空氣，計算通入的空氣總體積。利用色度計傳感器記錄酸性高錳酸鉀溶液的透光率，從而可求得高錳酸鉀的濃度，進而得到SO₂濃度。就可計算出單位體積空氣中SO₂的濃度。

2.1.2 食鹽中碘含量的測定[3]

原理：碘元素以IO₂-形式存在于食鹽中，加入還原劑如過量I-，使IO₂-變成碘單質，再加入淀粉溶液變藍色。

操作：利用色度計傳感器記錄溶液的透光率，由朗伯-比爾定律可知透光率與濃度相關，從而可求得濃度。

2.1.3 食物和補鐵劑中鐵元素含量的測定[1]

原理：Fe^3＋與足量的硫氰化鉀反應可以形成深紅色的[Fe(SCN)6]^3-。

操作：將食物灼燒完全炭化后用酸浸取，可以將食物中的鐵元素轉化為Fe^3＋溶液，Fe^3＋與足量的硫氰化鉀反應，可以形成深紅色的[Fe(SCN)6]^3-。[Fe(SCN)6]^3-可以吸收藍色光（所以溶液的顏色為紅色），[Fe(SCN)6]^3-的濃度越大（溶液的顏色越深），對光的吸收程度越大， 即透光度（T）越小。補鐵劑中的鐵一般以二價形式存在，對于液態補鐵劑，選用合適的氧化劑氧化后，可用上述方法測定鐵元素的含量。如果是固態補鐵劑，先要將其溶解，再進行測定。

2.2 常規教學[1]

2.2.1 鹽酸的濃度對Na₂S₂O₃分解速率的影響

Na₂S₂O^3＋2HCl＝2NaCl＋SO₂↑+S↓＋H₂O

由于反應生成了黃色的硫沉淀，使溶液渾濁，透光能力降低，因此溶液的透光度體現了反應進行的程度，用色度計記錄溶液透光度的變化，繪制透光度－時間曲線，曲線斜率的大小反映了反應速率的大小。我們選用不同濃度的鹽酸進行實驗，研究的濃度對反應速率的影響。

2.2.2 測定鐵離子與硫氰根離子的可逆反應的平衡常數

測定待測溶液的吸光度A，即可求出待測溶液中有色物質[Fe(SCN)₂+]的濃度c（即平衡濃度）。再根據Fe³⁺和SCN-初始濃度，求出平衡時各物質的濃度，再代入平衡常數表達式中，就可計算出該反應的平衡常數。同理，還可做濃度對鐵離子與硫氰根離子的可逆反應的化學平衡的影響實驗。

2.2.3 溫度對FeCl₃水解平衡的影響

Fe(OH)₃顯棕黃色， 水解程度越大， Fe(OH)₃的濃度越大，溶液的顏色越深，對光的吸收程度越大，即透光度（T）越小。

用比色皿裝入熱的FeCl₃溶液，放入色度計中測量它的透光度，隨著溶液的冷卻（即溫度下降），平衡發生移動，溶液的透光度也隨之改變，因此可以借助透光度的變化研究水解平衡隨溫度改變如何移動。

2.2.4 溫度對NO₂聚合反應的影響

向（廣口）比色皿中充入NO₂， 并迅速蓋緊蓋子（處于全封閉狀態）。將比色皿放于熱水中浸泡幾分鐘。監測透光度隨時間的變化，推測隨著溫度的降低，平衡向哪個方向移動。

3 傳感技術運用于教學的反思

3.1 傳感技術對教學的促進作用

一般來說同學們都具備這樣的生活常識：濃度不同的溶液顏色不同，顏色深的溶液濃度大。但是不同的人觀測存在嚴重的視覺誤差。所以用肉眼直接觀察色度的分析誤差較大，只能作為定性的判斷依據。但是隨著科技的發展人們可以利用先進的儀器（例如紫外-可見分光光度計）來準確測量透光率。這樣就將色度分析從定性的層面上升到定量分析。

但是由于經費的限制，很多中學買不起紫外-可見分光光度計，但本文介紹的色度計傳感器也能基本滿足中學的要求。它的使用可以為很多中學教材中涉及的實驗提供直接的數據支持，使得這些實驗從定性實驗上升為定量實驗，從而增強同學們定量的意識。同時，它的使用可以開闊同學們的視野，讓同學們了解現代化的科學儀器對科學技術發展的促進作用，從而激發同學對科學的熱愛，立志科學研究、形成終生學習的意識。

3.2 傳感技術應用于教學應避免走入的誤區

在中學教學中，傳感技術使用不當有時容易造成的一些不好的影響。有的教師應用傳感器，僅簡單停留于給學生看看儀器，讀個數。這樣容易讓學生養成不去思考、甚至懶于思考的惡習。更有甚者，學生逐漸變得忽略過程、只重結果。這不但沒有讓學生通過傳感器體會到先進的科學儀器對科學研究的幫助，反而還產生負面影響，就非常得不償失了。傳感技術只是一個幫扶我們教學的工具，不是萬能替代物。應用傳感技術時一定要避免走入上述誤區。

傳感技術近幾年已應用于教學中，它有很多積極的教學輔助作用。使用得當，對教學會有很大的促進。我們應注意發揮傳感技術的積極作用，使得它對教學產生良好的正面影響。

參考文獻：

[1]王磊等. 傳感技術—化學實驗探究手冊[M]. 北京師范大學出版社， 2007.

[2]佘平平等. 研究性學習一例[J]. 化學教學， 2007.5.

[3]佘平平等. 創新精神和實踐能力的培養[J]. 北京教育教學研究， 2007.4.