第一作者：章昊
通讯作者：凌一洲*，付更涛*
单位：南京师范大学，南京市第十三中学锁金分校，江苏省地质调查研究院，江苏大学
比色法测定物质的浓度具有简单、快速等特点，且测定结果也令人满意，因此在化学工程等领域有着广泛的应用。然而，利用比色法测定物质的浓度通常需要用到分光光度计，这种仪器比较昂贵，很多预算有限的学校是没有的。为了解决这一挑战，已有研究表明利用智能手机进行数码比色法实验的有效性，数码比色法是基于数字图像技术的一种简便的比色方法，它能够通过智能手机，平板电脑等，对待测样品进行图像采集，并通过Color Picker等免费软件将所采集的图像转化为相应的颜色数值，利用朗伯-比尔定律实现对待测物浓度的定量检测。在众多颜色模型中，R(红)、G(绿)、B(蓝)三原色模型在数码比色法中应用最为广泛，但仍存在操作复杂且容易产生较大误差的问题。
近日，南京师范大学付更涛教授与凌一洲博士在国际知名期刊Journal of Chemical
Education 上发表题为“Efficient Colorimetry: Developing an
Application to Support Student Digital Colorimetry Experiments”的研究文章。本研究开发了一款基于数码比色法测量溶液浓度的应用程序，该程序基于微信平台，仅需一部智能手机就能完成操作。程序内置了校准算法，仅需配制一种浓度的标准溶液，分多次添加，就能绘制标准曲线。测量样品浓度时，允许多次测量和线性拟合，以降低误差。学生还可以在线查阅和完成教师发布的任务。41名九年级学生使用了该应用程序测定3个样品溶液中Fe
3+
的浓度，结果表明这款应用程序是便捷和准确的。
图1.
绘制标准曲线的操作界面。
要点一：应用程序开发
本程序通过在同一个比色皿中用相同浓度的标准溶液加多次，拟用小程序自动绘制出吸光度A随校准后的标准溶液浓度
C
n
变化的标准曲线，且自动计算出标准曲线的R2值，可以简单明了地看出实验数据和拟合曲线的吻合程度。在检测待测样品时，我们同样采用了在同一个比色皿中加多次，通过多次检测样品降低随机误差。新带来的拟合、计算麻烦，也由开发的小程序自动计算解决。此外，应用程序还支持教师发布任务和批改任务。通过发布任务让学生有具体的研究项目，目标明确。通过批改任务可以实现师生的互动，通过应用程序直接收集到所有学生的实验结果和原始数据，方便教师了解学生的掌握情况和可能失败的原因，同时通过教师评语和应用程序自动显示的误差激发学生的兴趣和学习的动力。
要点二：教学案例展示
教师根据学习目标设计了一个具体的情境：化工生产中的废水常常含有Fe
3+
，需要检测Fe
3+
浓度来判断废水是否达到排放要求。教师提供三个废水样品，请学生通过实验判断这三个废水样品是否达标。中国某省重点中学的41名学生自愿参与本次研究，学生查阅资料和讨论后认为：Fe
3+
和KSCN溶液会发生化学反应形成血红色的溶液，适合运用数码比色法来检测。学生们应用“高效比色”应用程序测定废水样品中Fe
3+
浓度，结果表明，大部分学生测量的结果在真实值周围，测试结果上传到应用程序，分析数据表面学生们的实验结果是可靠的。
Efficient
Colorimetry: Developing an Application to Support Student Digital Colorimetry
Experiments, Journal of Chemical Education. 2024, 4c00526.
https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.4c00526
欢迎关注我们，订阅更多最新消息
“邃瞳科学云”推出专业的自然科学直播服务啦！不仅
直播团队专业，直播画面出色，
