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化学教室活动:自製简易光电比色计(Homemade Simp


2020-06-19


请按此连结,参阅「教师手册之一」

教师手册之二(Teacher’s Guide II)

实验纪录样本

A. 实验数据纪录于表二,并进行数据处理。

本次实验设定IC = 5 mA。

表二  配製一个空白液和五种标準液以及未知浓度的测定化学教室活动:自製简易光电比色计(Homemade Simp

B. 利用MS-Excel,转换表一的色素浓度S1/1000与电压差△V × 100成为图形,得到检量线和检量线方程式为:y = 1.0701x – 2.5571,R2 = 0.9977,如图四所示。

化学教室活动:自製简易光电比色计(Homemade Simp

图四 检量线及其方程式

C. 利用图形的检量线,以目测方式,推知测量值。

老师分派的Unkown色素浓度(学生的测量值):49 % × S1/1000;

老师分派的Unkown色素浓度(老师提供的实际值):50 % × S1/1000;

两者差异(测量值 – 实际值):1 × S1/1000;

两者差异百分比[化学教室活动:自製简易光电比色计(Homemade Simp]:2 %。

D. 利用图形的检量线方程式,计算求得测量值。

老师分派的Unkown色素浓度(学生的测量值):50 % × S1/1000;

老师分派的Unkown色素浓度(老师提供的实际值):50 % × S1/1000;

两者差异(测量值 – 实际值):0 × S1/1000;

两者差异百分比[化学教室活动:自製简易光电比色计(Homemade Simp]:0 %。

参考答案

1. 无法测定待测液的真正浓度。因为待测液是利用稀释的色素S1/1000溶液配製而得,而此溶液实际浓度未知,故无法推算出测定待测液的真正浓度。

2. (1)进入MS-Excel环境,利用先前所做出检量线方程式,按照下表于相关储存格输入指令,计算出待测溶液的浓度之量测值,如图五所示。

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图五 储存格输入指令得待测溶液浓度

(2)手动输入下列储存格:
E6储存格输入 =INTERCEPT(B5:B10,A5:A10)
E8储存格输入 =SLOPE(B5:B10,A5:A10)
F10储存格输入 =(B11-E6)/E8

3. (1)透过检量线,以目测方式,由Y值(吸光度)推知X值(待测溶液之浓度)方法,叙述如下:
先在下图的纵轴确定Y值的吸光度,画一条通过Y值之一条直线,且与横轴平行,此时交叉点设为I。再画一条通过I之一条直线,且与纵轴平行,此时与横轴交叉得X值。以本样本为例,以目测方式推知X值(待测溶液之浓度)为49%的S1/1000,如图六所示。

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图六 以目测方式推知待测溶液浓度

(2)透过检量线的线性方程式,计算此待测溶液之浓度,可参考上述实验纪录样本B中的图四,得知其检量线方程式为:y = 1.0701x – 2.5571。本次待测液的吸光度y = 51代入上式,求出待测液的浓度x之测量值 = 50,亦即待测溶液之浓度为50%的S1/1000。

(3)以本样本为例,以透过检量线的线性方程式,所计算待测溶液之浓度较目测方式为精确。

4. 本实验主要误差的可能来源:
(1)由LEGO积木所组成比色槽或多或少有细缝,以致外在光线会射入比色槽,进而干扰影响LED强度的电压读取。
(2)由于药品配製所需器材係购自大卖场,其刻度的準确性有待商榷。

参考资料和延伸阅读

1. L. Tymecki, M. Pokrzywnicka, R. Koncki, Paired emitter detector diode (PEDD)-based photometry – an alternative approach, Analyst, 2008, 133, 1501-1504.
2. Kevin Knagge and Daniel Raftery, Construction and Evaluation of a LEGO Spectrophotometer for Student Use, Chem. Educator, 2002, 7, 371-375.
3. Beer–Lambert Law, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Beer-Lambert_law.
4. Diode, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Diode.
5. Mickey Kutzner, Richard Wright, and Emily Kutzner, An inexpensive LED light sensor, The Physics Teacher, 2010, 48, 341.
6.  K.T. Lau, S. Baldwin, M. O’Toole, R.L. Shepherd, W.S. Yerazunis, S. Izuo, V. Ueyama, and D. Diamond, A low-cost optical sensing device based on paired emitter-detector light emitting diodes, Analytica Chimica Acta, 2006, 557, 111-116.

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