显色条件的选择
光度法显色反应条件和测量条件的选择
光度法显色反应条件和测量条件的选择一. 影响显色反应的因素及反应条件的选择（一）显色反应的选择1. 选择性好：干扰少或易排解；2. 灵敏度高（S）：尤其是对低含量组分，一般选择 e：104 ~ 105 L/molcm3. 有色化合物稳定、组成恒定4. 有色化合物与显色剂的颜色差别大（二）影响显色反应的因素及反应条件1. 显色剂的用量M + R MR待测组分显色剂有色化合物在被测组分肯定及其它试验条件不变的状况下，分别测得加入不同量显色剂测得A值，作A-cR曲线，常见以下二种状况：图7 吸光度与显色剂加入量的关系(a)在 a 与 b之间任选一点吸光度与显色剂加入量的关系(b)严格掌握CR因此，合适的 cR 通过试验确定。
2. 溶液的酸度(1) 对金属离子存在状态的影响防止水解，防止沉淀生成(2) 对显色剂浓度的影响 H2R 2H+ + R2-(3) 对显色剂颜色的影响pKa pKaH2R H+ + HR- 2H+ + R2-6.9 12.4黄橙红相宜的 pH 通过试验确定：做 A- pH 曲线（其它条件并不变），从中找出 A 较大且基本不变的某 pH 范围。
3. 显色时间：各种显色反应得速度不同，反应完全所需时间不同；有些有色化合物在肯定的时间内稳定。
选择方法：作 A-t（min）曲线，选择在 A 较大且稳定的时间内进行。
4. 显色温度：显色反应一般在室温下进行，但反应速度太慢或常温下不易进行的显色反应需要升温或降温。
选择方法：作 A-T （℃）曲线，选择在 A 较大的时间内进行。
5. 溶剂：试验确定选择合适的溶剂（常为有机溶剂），提高反应的灵敏度及加快反应速度。
二. 分光光度法测量误差及试验条件的选择（一）测量误差及 A 范围的选择任何一台分光光度计都有光度误差 T%，但给定的一台分光光度计，T 基本上是一常数，一般为 0.002 ~ 0.01，但在不同 T 时同样的T 对应的 A 则不同，所以引起的C/C (浓度的相对误差)就不同。
第9章 吸光光度法(2)
M + nR = MRn OHH+
(1) 影响显色剂的平衡浓度和颜色→不能过高；
(2) 影响被测金属离子的存在状态→不能过低； (3) 影响有色化合物的组成。
例：磺基水杨酸 – Fe 3+ pH = 2 ~ 3 pH = 4 ~ 7 pH = 8 ~ 10 FeR FeR2 FeR3 紫红色 橙色 黄色
四、标准曲线的绘制
由 A=abc 或 A=εbc 可知： 吸光度A与物质的浓度成正比，以A对c作图，应得一直线， 该直线称为工作曲线.( Standard curve） 在相同条件下测的试液的吸光度， 从工作曲线上就可查到试液的浓 度, 该方法称为工作曲线法。 注意什么？
a. 标准溶液浓度必须在线性范围内，即符合A= bc
2.有机显色剂 有机显色剂分子中含有某些含不饱和键的基 团如偶氮基、对醌基和羰基等生色团（ chromophoric group）和含孤对电子的基团如氨 基 、 羟 基 和 卤 代 基 等 助 色 团 （ auxochrome group）。
生色团：－N＝N－，－N＝O，
O O
C=S,－N
：
（共轭双键）πe
二、参比溶液的选择 为什么要使用参比溶液？ 目的：扣除非待测组分（吸收池和各种试剂）对光的吸收， 使测得的的吸光度真正反映待测物对光的吸收。 测定时，采用两个材质、厚度相同的比色皿进行测量，其中 一个作为参比池，装入参比溶液，调节仪器使透过参比池的吸光 度为零。则测得待测溶液的吸光度为：
A=lgI0/I=lgI参比/I试液
Co2+ Fe2+,Sn4+
c. 利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态 d. 用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰。 e. 选择适当的波长 f. 当溶液中存在有消耗显色剂的干扰离子时，可通过增加 显色剂的用量来消除干扰。 g. 采用预先分离的方法。
最佳显色反应条件的确定
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最佳显色反应条件的确定
1．酸度对显色剂有效浓度，颜色和生成的络合物组成的影响；
实际应用的有机显色剂大多是有机弱酸或弱碱，它们的离解度是由溶液PH值 所决定，以弱酸为例，如以HR表示有机弱酸型显色剂。 则显色反应表示为显色反应
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最佳显色反应条件的确定
若MR不稳定，则过量得多些（一般过量10倍以上），但也不是过量越多越好， 显色剂过量固然可使显色反应更完全，但过量也可引起其他副反应，如显色剂本 身有颜色，干扰增大，或显色剂与被测物能分级形成多种络合物等等。
在具体工作中，显色剂的用量要通过实验确定，也就是作A—R曲线来确定。 作法：取多份等量待测离子，即[M]固定在相同条件下，加入不同量的显色 剂，即改变R的用量，分别测得吸光度A值。作A—R曲线。可能有三种曲线出现。
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最佳显色反应条件的确定
以水中微量铁含量的测定为例
显色剂用量实验 取六只洁净的50ml容量瓶，各加入10.00µg/mL的铁标液5.00ml。1ml 10%的
盐酸羟胺溶液，摇匀。分别加入0ml,1.0ml,2.0ml,3.0ml，4.0ml，5.0ml的0.15% 邻二氮菲和5ml乙酸钠（pH=5.5）溶液，用蒸馏水稀释至标线，摇匀。用1cm吸收 池，以试剂空白溶液为参比溶液，在选定波长下测定吸光度。记录各吸光度值。
邻二氮菲 1.0 体积（ml） 吸光度
2.0
3.0
4.0
5.0
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最佳显色反应条件的确定
二、溶液的酸度：
在化学反应中，pH值通常是一个重要的因素，它是决定化学反应发生与否和 反应完全与否的重要条件，pH值对显色反应的影响主要有几个方面：
分析化学吸光光度法二
故T e 1 0.368, 即吸光度A 0.434时， 浓度测量的相对误差最小。
（二）测量条件的选择
选择适当的测量条件，是获得准确测定结 果的重要途径。择适合的测量条件，可从下列 几个方面考虑。 1.测量波长的选择 由于有色物质对光有选择性吸收，为了使 测定结果有较高的灵镀度和准确度，必须选择 溶液最大吸收波长的入射光。如果有干扰时， 则选用灵敏度较低但能避免干扰的入射光，就 能获得满意的酸度对被测物质存在状态的影响 大部分高价金属离子都容易水解，当溶液的酸度 降低时，最终将导致沉淀的生成。显然，金属离子的 水解，对于显色反应的进行是不利的，故溶液的酸度 不能太低。
(2) 酸度对显色剂浓度和颜色的影响 光度分析中所用的大部分显色剂都是有 机弱酸。 M + HR＝MR + H+ 从反应式可以看出，溶液的酸度影响着 显色剂的离解,并影响着显色反应的完全程 度。
3.时间和温度 显色反应的速度有快有慢。实验方法是配制一份显色溶 液，从加入显色剂计算时间、每隔几分钟测定一次吸光度， 绘制A-t曲线，根据曲线来确定适宜的时间。 不同的显色反应需要不同的温度，一般显色反应可在室温 下完成。但是有些显色反应需要加热至一定的温度才能完成； 也有些有色络合物在较高温度下容易分解。因此，应根据不 同的情况选择适当的温度进行显色。温度对光的吸收及颜色 的深浅也有一定的影响，故标样和试样的显色温度应保持一 样。合适显色温度也必须通过实验确定 ,做A-C曲线即可求出。
(3)对络合物组成和颜色的影响 对于某些逐级形成络合物的显色反应、在不 同的酸度时，生成不同络合比的络合物。例如铁 与水杨酸的络合反应，当 pH＜4 [Fe3+(C7H4O3)2-]+ 紫色 4＜pH＜9 [Fe3+(C7H4O3)22-]- 红色 pH＞9 [Fe3+(C7H4O3)32-]3- 黄色 在这种情况下，必须控制合适的酸度，才可 获得好的分析结果。 合适酸度也必须通过实验确定,做A-pH曲线即可 求出
显色反应及显色条件的选择
第三节显色反应及显色条件的选择将待测组分变成有色络合物的反应－显色反应。
与待测组分形成有色络合物的试剂－显色剂一、显色反应的选择：（ 1 ）灵敏度高：ε大是显色反应灵敏度的重要标志。
图6-5 吸光度与显色剂浓度的关系曲线4 ．显色温度：升温加快显色，但温度偏高，有色物质分解，由实验来确定。
总之：通过实验，分别作出A ～[R]，pH ，t ，T 曲线，找出合适的[R] ，pH，t，T ，即找出平坦区。
5 ．副反应的影响6 ．溶剂的影响7 ．共存离子的影响。
消除共存离子干扰的方法：（(5) 选用适当的分离方法。
三、显色剂(R)1 ．无机显色剂：无机显色剂在光度分析中应用不多，这主要是因为生成的络合物不够稳定，其灵敏度与选择度也不够高，目前，有价值的仅有硫氰酸盐、钼酸铵、H2O2等。
2 ．有机显色剂：R大多数有机显色剂R 与金属离子生成稳定的螯合物，显色反应的选择性和灵敏度都较高。
在吸光光度法中应用广泛。
①生色团：可吸收光子而产生跃迁的原子基因。
它一般是分子中含有一个或多个某些不饱和基因( 共轭体系) 的有机化合物。
②助色团：含有孤对电子的基因，显然本身没有颜色，当它与某生色团相联时，( 与其不饱和键相互作用) ，能使该生色团的吸收波长位置向长波方向移动( 即红移) ，且光谱强度有所增大。
如：胺基：—NH2 R—NH—R2N—羟基：—OH—OR—SH—CL 等。
③常用的有机显色剂：有机显色剂的类型、品种都非常多。
A ：偶氮类显色剂：含有偶氮基—N=N —凡含有偶氮结构的有机化合物，都是带色的。
偶氮类显色剂：性质稳定，显色反应灵敏度高，选择性好，对比度较大。
如：偶氮胂Ⅲ：③选择性高( 比二元体系)一种配体常可与多种金属离子产生类似的络合反应，而当形成三元络合物时，就减少了形成类似络合物的可能性。
如：铌、钽都可与邻苯三酚生成二元络合物，但在草酸介质中只有钽－邻苯三酚－草酸。
一、显色反应和显色剂1、显色反应在无机分析中，很少利用金属水合离子本身的颜色进行光度分析，因为它们的吸光系数值都很小。
仪器分析(名词解释)
弱的倍频峰的吸收强度常常被增强， 蓝移：由化合物结构改变或溶剂效应等引起的吸收峰向短波方向移动的现象称蓝移（紫移） 红移：由化合物结构改变或溶剂效应等引起的吸收峰向长波方向移动的现象称红移（长移）R 带：是由n ~n *跃迁引起的吸收带，是杂原子的不饱基团的特征。
其特点是吸收峰处于较 长波长范围（ 250-500nm ），吸收强度弱。
K 带：是由共轭双键中n^n *跃迁引起的吸收带，吸收峰出现在 200nm 以上，吸收强度大。
吸光度：透过光与入射光之比再取负对数，与吸光系数、透光率成正比。
荧光发射：1. 总离子强度； 在某种情况下， 这种高浓度电解质溶液中还有含有 PH 缓冲剂和干扰的配位 剂。
2. 程序升温； 在同一分析周期没，柱温按预定的加热速度，随时间作线性非线性的变化3. 梯度洗脱； 在一个分析周期内程序控制，连续改变流动相的现象电泳淌度：口 ep 是单位电场强度下，带电粒子的电泳速度。
4. 电渗现象； 当在溶液了两段施加电压时， 就会发生液体相对于固体表面的移动， 这种溶液 体相对于固体表面的一定能过现象5. 洛伦兹变宽； 被测元素的原子与蒸汽中其它原子或分子等碰撞而引起的谱线轮廓变宽6. 可逆电对； 一个微小的电流以相反的方向通过电极时，电极反应为原子的逆反应， 具有此 性质的电极称可逆电极，或可逆电对7. 不可逆电对； 在微小电流条件下，只能在阳极发生氧化，而在阴极不能同时还原，所以电 路中没有电流通过，这样的电极称不可逆电极或不可逆点对8．多普勒变宽； 是由于原子的无规律热运动所引起的谱线变宽，又称温度变宽 9．指示电极； 是指电极电位随待测组分活度改变而变化，其大小可以指示待测组分活度变 化的电极10. 参比电极 ：电极电位在一定条件下恒定不变，仅提供电位测量参考的电极 离子选择电极：由基于离子交换和扩散，由对待测离子敏感的膜制成的膜电极。
11．不对称电位； 如果玻璃膜两侧氢离子活度相同， 则膜电位应等于零， 但实际上并不为零， 而是有几毫伏的电位存在12. 碱差：在较强的碱性溶液中，玻璃电极对 Na+等碱金属离子也有响应，结果由电极电位 反映出来的 H+ 活度高于真实值，即 PH 低于真实值，产生负误差。
§9-3 显色反应及显色条件的选择
1 显色反应（color reaction）
待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当 的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测 定，此反应称为显色反应，所用的试剂称为显色
剂（color reagent）。
按显色反应类型来分，主要有氧化还原反应
和配位反应两大类，而配位反应是最主要的。
§9-3 显色反应及显色条件的选择
（3）多元配合物
多元配合物是由三种或三种以上的组分所形成的 配合物。目前应用较多的是由一种金属离子与两种 配位体所组成的三元配合物。三元配合物在吸光光 度分析中应用较普遍。重要的三元配合物类型。 * 三元混配配合物 金属离子与一种配位剂形成未饱 和配合物，然后与另一种配位剂结合，形成三元混 合配位配合物，简称三元混配配合物。例如，V(V)， H2O2 和吡啶偶氮间苯二酚(PAR)形成1:1:1的有色配 合物，可用于钒的测定，其灵敏度高，选择性好。
§9-3 显色反应及显色条件的选择
（2）显色剂
无机显色剂不多，因为生成的配合 物不稳定，灵敏度和选择性也不高。如用 KSCN显色测铁、钼、钨和铌；用钼酸铵 显色测硅、磷和钒;用H2O2 显色测钛等。 故多用有机显色剂
§9-3 显色反应及显色条件的选择
常用有机显色剂
A 磺基水杨酸 OO型螯合剂，可与很多高价金属离子 生成稳定的螯合物，主要用于测Fe3+。
（3）显色反应时间
有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定状态，并在 较长时间内保持不变;有些显色反应虽能迅速完成，但有色配合 物的颜色很快开始褪色;有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经 一段时间后才稳定。制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。
（4）显色反应温度 ：
显色反应及测定条件的选择
第二章 分光光度计
④选择适当波长：吸光度最大，干扰最小。
第二章 第二章 分光光度计
①控制酸度，只使被测离子显色，干扰离子不显色； 1、影响显色反应的因素
分光光度计
1、影响显色反应的因素
（2）吸光度范围 吸光度应控制在之间，以保证较高的准确度。
第三节 显色反应及测量条件选择 第三节 显色反应及测量条件选择
利用光谱扫描，兼顾“吸光度最大，干扰最小” （1）选择性好：一种显色剂只与一种被测组分显色。
第二章 分光光度计
的选择，选择物质的最大吸收波长 第三节 显色反应及测量条件选择
第三节 显色反应及测量条件选择
作为测定波长。 （3）参比溶液的选择 选择合适的参比溶液调节仪器零点，消除溶剂、试剂对入射光的吸收，造成误差。
第三节显色反应及 测定条件的选择
第二章 分光光度计
第三节 显色反应及测量条件选择
1、影响显色反应的因素 显色剂发生显色反应的要求： （1）选择性好：一种显色剂只与一种被测组分显
色。 （2）灵敏度高。 （3）有色化合物组成恒定，性质稳定。 （4）若显色剂本身有色，应与生成的有色化合物
颜色差别大。 （5）重现性好。
间；稳定时间：显色后物质保持稳定时间。 （5）溶剂：溶剂类型不同，生成的显色物质不同，
物质颜色也不同。
第二章 分光光度计
第三节 显色反应及测量条件选择
2、共存离子干扰及消除方法 （1）干扰原因 ①共存离子本身有颜色； ②共存离子与显色剂或被测组分反应，使显色剂和被
测组分降低，结果偏低； ③共存离子与显色剂生成有色化合物或沉淀，结果偏
显色剂分类：
第2）有机显色剂：颜色鲜明，选择性，灵敏度高，种类多，应用广。
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本章内容
第一节 吸光光度法的特点 第二节 吸光光度法的原理 第三节 显色反应和显色条件的选择
第四节 测量条件的选择
第五节 目测比色法和光度计的基本部件
第六节 吸光光度光法的应用
第一节 吸光光度法的特点
分光光度法的类型
红外吸收光谱法：吸收光波长范围2.51000 m ,
主要用于有机化合物结构鉴定。
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朗伯—比尔定律：一束平行单色光通过溶液时，溶 液的吸光度A与溶液 的浓度c 和液层厚度L成正比。
数学表达式：
A=KcL
K为常数，表示物质对光的吸收能力，与吸光物质 的本性，入射光的波长及温度等因素有关，与浓度c无 关，数值随c选择的单位变化。
3、吸光系数和摩尔吸光系数
（1）吸光系数a 当c用g/L表示，L用cm表示时，K用a表示，称为吸光 系数，单位为 L· g -1· cm-1 ，则： A=acL
显色反应主要有配位反应和氧化还原反应，其中绝大 多数是配位反应。
1、灵敏度高 选择 较大(104～105)的显色反应。避
免共存组分干扰。
2、选择性好 显色剂只与被测组分反应。 3、有色物组成固定 如：
Fe3+ + 磺基水杨酸 → 三磺基水杨酸铁(黄色)
（组成固定）
Fe3++ SCN - → FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + ……
（组成不固定）
4、有色物稳定性高 其它离子干扰才小。如三
磺基水杨 酸铁的Kf =1042 , F- 、H3PO4 对它无干 扰。 5、显色过程易于控制 而且有色化合物与显 色剂之间的颜色差别应尽可能大。
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MR max
R max
| 60nm
二、 显色反应条件的选择
1、显色剂用量 ，适当过量。 2、溶液酸度 既要防止被测离子生成沉淀，又需
防止有色配合物离解。有效的方法是加入缓冲 溶液（考虑干扰）
在pH＝2～3 在pH＝4～7 在pH＝8～10 Fe(ssal)+ Fe(ssal)22Fe(ssal)3 紫红色 棕橙色 黄 色
在pH>12
Fe(OH)3
沉 淀
3、温度 4、时间 5、溶剂 6、共存干扰离子的影响及消除
(a) 控制酸度； (b) 加入掩蔽剂； (c) 改变干 扰离子价态； (d) 分离干扰离子。
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第二节 分光光度法的基本原理
一、 有色溶液对光的选择性吸收 二、 光吸收基本原理
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一、 有色溶液对光的选择性吸收
1、光的互补
具有同一波长的光称为单色光。
不同波长组成的光称为复合光。
两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成 白光，这两种光称为互补色光。
黄 橙 红
绿
青
白光
青蓝
实验证明：溶液的颜色 是由于溶液中的有色物 质吸收了某一波长的光 所造成的。
（3）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光
度 A 有差异，在λmax处吸光度A 的差异最大。此特
性可作为物质定量分析的依据。
（ 4 ）在λmax 处吸光度随浓度变化的幅度最大，所 以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光
波长的重要依据。
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I0
二、光吸收基本定律
1、透光率T与吸光度A
吸光度A
Io 1 A lg lg T lg T I
若光全部透过溶液，Io= I ， A = 0
若全部被吸收， I= 0， A = ∞
吸光度A是用来衡量溶液中吸光物质对单色光
λ 的吸收程度，A值越大，其吸收程度越大；反之
亦然。
2、朗伯—比尔定律
•朗伯(Lambert) 1760年阐明了光的吸收程度和吸 收层厚度的关系。A∝b •1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收 物浓度之间也具有类似的关系。A∝ c
I
•一束平行单色光照射溶液时，光的一部分被吸收， 一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。 •若入射光强度为Io，吸收光的强度为Ia，透过光 强度为I，反射光的强度为Ir，它们的关系是 Io = I + Ia + Ir 简化为： Io = I +Ia
I T Io
从上式可以看出：
溶液的透光度越大，说明对光的吸收越小，浓 度低；相反，透光度越小，溶液对光的吸收越大， 浓度高。
第三节 显色反应和显色条件的选择
一、选择显色反应的一般标准
二、显色条件的选择
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一、选择显色反应的一般标准
在分光光度分析中，利用显色反应把待测组分X 转 变为有色化合物，然后再进行测定。
使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有色化合 物的反应叫显色反应。
mX（待测物）＋nR（显色剂）＝XmRn（有色化合物）
紫
蓝
如KMnO4吸收绿色光，因此KMnO4溶液呈现紫色。
2、吸收光谱曲线
将不同波长的光依次透过某一固定浓度和厚度的 有色溶液，测量不同波长下溶液对光的吸收程度（ 即吸光度），然后以波长为横坐标，以吸光度为纵 坐标作图，可得一曲线A～λ。这曲线描述了物质对 不同波长光的吸收能力，称吸收曲线或吸收光谱。
（2）摩尔吸光系数ε 当c用mol· L-1表示，L用cm表示时，K用ε表示，称为摩
尔吸光系数，单位为L· mol -1· cm-1。 A =ε c L
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的物理意义：
数值上等于1mol/L的吸光物质在1cm光程中的吸光度
（1）ε——吸光物质在特定波长和溶剂中的一个特征 常数 （2）ε值愈大，方法的灵敏度愈高（显色反应愈好） ε值可以从实验中得到。
紫外分光光度法：吸收光波长范围200400 nm
（近紫外区） ，可用于结构鉴定和定量分析。
可见分光光度法：吸收光波长范围400750 nm ，
主要用于有色物质的定量分析。
吸光光度法的特点
1、灵敏度高，下限为10-5 ∼10-6 mol/L 。适用于微量 分析。 2、准确度较高，相对误差为2% ∼ 5%。 3、快速简便。 4、应用广泛。
KMnO4溶液的吸收曲线
max
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
邻菲罗啉－亚铁溶液的吸收曲线
浓度大小：Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ
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吸收曲线的讨论 （1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光 度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax
（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似 λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状 和λmax则不同。可作为物质定性分析的依据之一。