簡易比色計的發展A-濁度計的設計與實驗探究 廖旭茂 臺中市立大甲高級中等學校 教育部高中化學學科中心 nacl880626@gmail.com     摘要：本文介紹一款簡易濁度計，該濁度計使用紅外線IR LED作為光源與接收器，溶液樣品置於黑色比色盒的玻璃品內；不需撰寫程式編程，僅藉常用的三用電表，即可測量IR LED接收器所散色光的強弱，來紀錄比色盒中溶液濁度；此計由USB介面提供穩定的電源，搭配限流電阻與可變電阻，可調整入射光的強度與輸出訊號的強弱；在濁度4~100 NTU的標準液所製作的檢量線，相關係數R2可達0.9993，與商用的濁度計製作的檢量線0.9994相差無幾；若搭配可變電阻使用，在4~ 400 NTU的溶液製作的檢量線的相關可達0.9998，顯示可變電阻可降低入射光強度，適於偵測濁度更高溶液。   前言 108課綱選修化學V中的有機化學與應用科技課程中，安排了環境汙染與防治相關的主題，將常見水汙染的檢測（濁度、酸鹼度、導電度及溶氧度等）列入實驗之中。這些檢測項目都有可攜式的儀器可以添購，其金額約在數千至數萬元之間，其中濁度計的價格較為高昂，如果列入一般學生實驗，昂貴的購置成本（含多種濁度標準液），將對高中學校是一筆沉重的負擔；若使用創新的數位科技Arduino 平台，結合數位感測器-濁度計，價格著實降低大半，惟化學教師須具備跨界資通訊領域能力，這樣門檻不算太低，恐是另一種教學的阻力；因此研發出一種簡易、便宜，不需要撰寫程式即可測量、紀錄反應過程中濁度的變化的濁度計，是一項相當有挑戰性、有意義的目標。 本文將介紹一款簡易型濁度計，將盛裝取樣溶液的玻璃樣本瓶置入黑色的壓克力比色盒中，比色盒四方預留孔洞，其一做為紅外光LED甲（型號TSGH6210, 850nm）發射光源的駐紮安裝處；當紅外光LED正、負腳位兩端通入約1.5V的直流電後，進入溶液的紅外光會被溶液中顆粒大的膠體或懸浮微粒散射，散射光隨即於90度角處預留孔洞的另一紅外光LED乙接收器接收；此時以三用電表的連接紅外光LED乙的正、負兩極，因為光電效應使然，可直接測量出LED乙兩端電位差的存在；水中濁度越高，被散射的光越強，電位差則越大。簡易濁度計的相關設計示意圖如圖1所示。 圖1 圖左為簡易濁度計的外觀，圖右為設計圖 器材與藥品 一、器材 簡易濁度計實驗模組1組、三用電表、Vernier 濁度計（TRB-BTA）、Gravity 類比式濁度感測器、4毫升玻璃樣本瓶7個、5.00毫升移液器、移液吸頭。 二、藥品 所需溶液，A溶液的製備：六亞甲基四胺溶液(Hexamethylenetetramine solution)：將 10.0 g 六亞甲基四胺溶於RO水中，並稀釋至 100.0 mL。B溶液的製備：硫酸肼溶液(Hydrazine sulfate solution)：將 1.0 g （NH2）2 • H2SO4 溶於RO水中，並稀釋至 100.0 mL。   研究方法與步驟 一、常見濁度計原理 筆者搜尋文獻，並參考Arduino版的濁度感測器、Vernier專業商用濁度計等，兩者的外觀結構明顯不同；創客們常用的Arduino濁度感測器是利用波長910 nm紅外線作為光源，接收器為位於180o對向的紅外線光電晶體（IR phototransistor），紅外光檢測水中因總懸浮顆粒（Total suspended solids, TSS）含量的高低所造成的透光率與散射率的變化（總懸浮固體增加，溶液濁度上升）。其缺點是必須把感測器泡到水中，使用者甚至必須製作支撐架，使整個濁度器平穩地待在待測容器中，同時必須防止電線的連接處進水，造成濁度計度電路燒毀的風險。而商用濁度計亦使用不受溶液顏色干擾的紅外光為光源，測量的樣品則被放置到一個玻璃樣本瓶中；當紅外光通過樣品溶液時，水中懸浮顆粒會散射光線，接收器則位於90o方向的固定位置，來偵測散射光的強度；若偵測到的散射光越強，代表水的濁度越高（Turbidity, 2025）；其優點為準確、並備有標準液隨時提供校正，惟價格昂貴，高中學校難以普遍購置，圖2為兩種濁度計的外觀。 圖2 圖左為arduino用濁度感測器，圖右為Vernier […]