3.3　顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇

3.3.1　顯色反應(yīng)

有些被測物質(zhì)的溶液顏色很淡或者根本沒有顏色，因此需要在被測溶液中加入某些物質(zhì)，使被測物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轭伾^深的有色物質(zhì)，便于在可見光范圍內(nèi)測定。這種加入試劑與被測物質(zhì)定量反應(yīng)生成有色物質(zhì)的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)，顯色反應(yīng)所用的試劑稱為顯色劑。常見的顯色反應(yīng)多數(shù)是生成配合物的反應(yīng)，少數(shù)是氧化還原反應(yīng)和增加吸光能力的生化反應(yīng)。應(yīng)用時應(yīng)選擇合適的反應(yīng)條件和顯色劑，以提高顯色反應(yīng)的靈敏度和選擇性。

顯色反應(yīng)一般要滿足下列要求：

①選擇性好　所用的顯色劑僅與被測組分顯色而與其他共存組分不顯色，或?qū)ζ渌M分干擾少。

②靈敏度足夠高　要求顯色反應(yīng)中所生成的有色化合物有大的摩爾吸收系數(shù)，一般應(yīng)有103～105數(shù)量級，才有足夠的靈敏度。

③有色配合物組成恒定　顯色劑與被測物質(zhì)的反應(yīng)要定量進行，生成有色配合物的組成要恒定，即符合一定化學(xué)式。

④有色配合物穩(wěn)定性好　要求生成的配合物有較大的穩(wěn)定常數(shù)，這樣顯色反應(yīng)進行得比較完全。

⑤色差大　有色配合物與顯色劑之間顏色差別要大，這樣試劑空白小，顯色時顏色變化才明顯。

3.3.2　顯色條件的選擇

影響顯色反應(yīng)的條件一般為顯色劑用量、溶液酸度、顯色時間、溫度、溶劑等。

（1）顯色劑用量

為了使顯色反應(yīng)進行完全，常需要加入過量的顯色劑。但顯色劑用量過大對有色化合物的組成亦有影響。

顯色劑用量一般是通過實驗確定的。其方法是將被測組分濃度及其他條件固定，然后加入不同量的顯色劑，測定其吸光度，繪制吸光度（A）-顯色劑濃度（c）曲線，選恒定吸光度值時的顯色劑用量。常見的曲線形式如圖3-10所示。曲線（a）表明，顯色劑用量達到某一值時，吸光度達到最大，并趨于穩(wěn)定，然后曲線呈水平狀；曲線（b）表明，當(dāng)顯色劑用量超過某一值時，溶液的吸光度反而下降；曲線（c）表明，不斷地增加顯色劑用量，吸光度一直在增加。對于曲線（a）、（b），顯色劑用量選擇顯色穩(wěn)定、曲線平坦處；對于曲線（c），必須嚴(yán)格控制顯色劑用量，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確。

（2）溶液酸度

很多顯色劑是有機弱酸或弱堿，溶液的酸度會直接影響顯色劑存在的形式和顯色產(chǎn)物的濃度變化，從而引起溶液顏色的改變。其他如氧化還原反應(yīng)、縮合反應(yīng)等，溶液的酸堿性也有重要的影響，常常需要用緩沖溶液保持溶液在一定pH值下進行顯色反應(yīng)。

Fe3+與磺基水楊酸在不同pH條件下生成配比不同的配合物，見表3-3。

當(dāng)pH>12時，則生成Fe（OH）3沉淀。因此在用此類反應(yīng)進行測定時，控制溶液pH值是至關(guān)重要的。

（3）顯色時間

由于各種顯色反應(yīng)的反應(yīng)速率不同，所以完成反應(yīng)所需要的時間存在較大差異，同時顯色產(chǎn)物在放置過程中也會發(fā)生不同的變化。有的顯色產(chǎn)物顏色能保持長時間不變，有的顏色會逐漸減退或加深，有的需要經(jīng)過一定時間才能顯色。因此，必須在一定條件下通過實驗，繪制顯色產(chǎn)物吸光度-時間關(guān)系曲線，選擇顯色產(chǎn)物吸光度數(shù)值較大且恒定的時間確定為適宜的顯色時間。

（4）溫度

顯色反應(yīng)的進行與溫度有關(guān)，有些反應(yīng)需要加熱才能進行完全。但有些顯色劑或有色配合物在高溫下易分解褪色。同樣需固定被測組分濃度及其他條件，繪制顯色產(chǎn)物吸光度-反應(yīng)溫度關(guān)系曲線，選擇顯色產(chǎn)物吸光度數(shù)值較大且恒定的溫度確定為適宜的顯色溫度。

（5）溶劑

溶劑的性質(zhì)可直接影響被測組分對光的吸收，相同的物質(zhì)溶解于不同的溶劑中，有時會出現(xiàn)不同的顏色。例如，苦味酸在水溶液中呈黃色，而在三氯甲烷中呈無色。同時顯色反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性也與溶劑有關(guān)，如硫氰酸鐵紅色配合物在正丁醇中比在水溶液中穩(wěn)定。在萃取比色中，應(yīng)選用分配比較高的溶劑作為萃取溶劑。

（6）副反應(yīng)的影響

顯色反應(yīng)應(yīng)該盡可能地進行完全，但是，當(dāng)溶液中有各種副反應(yīng)存在時，便會影響主反應(yīng)的完全程度。通常，當(dāng)金屬離子有99%以上被配位時，就可認(rèn)為反應(yīng)基本上是完全的。

（7）溶液中共存離子的影響

如果共存離子本身有顏色或共存離子與顯色劑生成有色配合物，會使吸光度增加，造成正干擾。如果共存離子與被測組分或顯色劑生成無色配合物，則會降低被測組分或顯色劑的濃度，從而影響顯色劑與被測組分的反應(yīng)，引起負(fù)干擾。

3.3.3　干擾的消除

在顯色反應(yīng)中，干擾物質(zhì)的存在往往會影響顯色反應(yīng)的結(jié)果。干擾物質(zhì)的影響一般有以下幾種情況：

①干擾物質(zhì)本身有顏色或無色但與顯色劑形成有色化合物，在測定條件下也有吸收。

②在顯色條件下，干擾物質(zhì)水解，析出沉淀使溶液渾濁，致使吸光度的測定無法進行。

③干擾物質(zhì)與待測離子或顯色劑形成更穩(wěn)定的化合物，使顯色反應(yīng)不能進行完全。

通常可以采用以下幾種方法來消除這些干擾作用：

①控制酸度　根據(jù)配合物的穩(wěn)定性，可以利用控制酸度的方法提高反應(yīng)的選擇性，保證主反應(yīng)進行完全。例如，雙硫腙能與Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等十多種金屬離子形成有色配合物，其中與Hg2+形成的配合物最穩(wěn)定，在0.5mol/L H2SO4介質(zhì)仍能定量進行，而上述其他離子在此條件下不發(fā)生反應(yīng)。

②選擇適當(dāng)?shù)难诒蝿∈褂醚诒蝿┫蓴_是常用的有效方法。選取的條件是，掩蔽劑不與待測離子作用，掩蔽劑以及它與干擾物質(zhì)形成的配合物的顏色應(yīng)不干擾待測離子的測定。

③利用生成惰性配合物　如鋼鐵中微量鈷的測定，常用鈷試劑作為顯色劑，但鈷試劑不僅與Co2+有靈敏反應(yīng)，而且與Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等都有反應(yīng)。但鈷試劑與Co2+在弱酸性介質(zhì)中一旦完成反應(yīng)，即使再用強酸酸化溶液，該配合物也不會分解，而Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等與鈷試劑形成的配合物在強酸介質(zhì)中會很快分解。

④選擇適當(dāng)?shù)臏y量波長　選擇測定波長的原則是“吸收最大，干擾最小”。

⑤選擇適宜的參比溶液　采用光學(xué)性質(zhì)相同、厚度相同的吸收池裝入空白溶液作為參比，調(diào)節(jié)儀器，使透過參比吸收池的吸光度A=0或透光率T=100%。然后將裝有待測溶液的吸收池移入光路中測量，得到被測物質(zhì)的吸光度。也就是說，將透過參比吸收池的光強作為測量溶液的入射光強度，這樣測得的溶液的吸光度數(shù)值就比較真實地反映了被測物質(zhì)對光的吸收，從而可以比較真實地反映出被測物質(zhì)的濃度。在顯色反應(yīng)中，溶劑、試劑、器皿及試樣都可能引入相應(yīng)的干擾，而參比溶液的作用正是消除各種干擾因素的吸收。

⑥分離　當(dāng)上述方法均不宜采用時，也可以采用預(yù)先分離的方法來除去干擾物質(zhì)，如利用沉淀反應(yīng)、萃取、離子交換、蒸發(fā)和蒸餾以及色譜分離法等來消除干擾。

此外，還可以利用化學(xué)計量學(xué)方法實現(xiàn)多組分的同時測定。