显色反应和显色剂
水分析化学四大仪器分析
（二）化学因素引起的偏离
1．溶液浓度过高
朗伯-比耳定律是建立在吸光质点之间没有相互作用的 前提下。但当溶液浓度较高时，吸光物质的分子或离子间 的平均距离减小，从而改变物质对光的吸收能力，即改变 物质的摩尔吸收系数。浓度增加，相互作用增强，导致在 高浓度范围内摩尔吸收系数不恒定而使吸光度与浓度之间 的线性关系被破坏。
(2)有机显色剂
许多有机试剂，在一定条件下，能与金属离子生 成有色的金属螯合物(具有环状结构的络合物)。
★将金属螯合物应用于光度分析中的优点
1．大部分金属螯合物都呈现鲜明的颜色，摩 尔吸收系数大于104，因而测定的灵敏度很高。
2．金属螯合物都很稳定，一般离解常数都很 小，而且能抗辐射。
3．专用性强，绝大多数有机螯合剂，在一定 条件下，只与少数或其一种金属离子络合，而 且同一种有机螯合剂与不同的金属离子络合时， 生成具有特征颜色的螯合物 。
§ 8.1 物质对光的选择性吸收
一、光的基本性质
光是一种电磁波。电磁波范围很大，波长从10－1nm～103m，可 依次分为X–射线、紫外光区、可见光区、红外光区、微波及无线电 波。其波长、频率与速度之间的关系为：
hγ = hc/ λ h为普朗克常数，其值为6.626×10-34J·s
物质的颜色与吸收光的关系： 互补关系
1、分光光度法的特点 （1）单色光纯度高：提高了测量的灵敏度和准
确度。 （2）测量范围扩大：由可见光区扩大到紫外区
红外区，只要有特征吸收的吸光物质均可 采用该法测定。 （3）利用吸光度的加和性，测量两种或两种以 上物质组分含量。
8.2 分光光度计
1、 分光光度计的组成
光源
单色器
样品池
检测器
读出系统
吸光光度法显色反应及显色条件的选择
吸光光度法 / 显色反应及显色条件的选择
• 干扰的消除 • 共存离子如本身有颜色，或与显色剂作用生成有色化合物， 都将干扰测定。 • 消除共存离子的干扰的方法： • 加人配位掩蔽剂或氧化还原掩蔽剂，使干扰离子生成无色 配合物或无色离子。
吸光光度法 / 显色反应及显色条件的选择
• 选择适当的显色条件以避免干扰 • 利用酸效应，控制显色剂离解平衡，降低[ R ] ，使干扰 离子不与显色剂作用
• 此类化合物在一定的条件下就能与某些金属离子作用，改 变生色团的电子云结构，使颜色发生明显的变化。
吸光光度法 / 显色剂
• • • • • • 偶氮类显色剂特点 性质稳定 显色反应灵敏度高 选择性好 对比度大 是目前应用最广泛的一类显色剂。其中以偶氮胂III 等最为 突出。偶氮胂III的结构式为
吸光光度法 / 吸光光度法的应用
• 吸收光谱重叠 • 找出两个波长，在该波长下，二组分的吸光度差值 △ A 较大
吸光光度法 / 吸光光度法的应用
• 在波长为λ1和λ2时测定吸光度 A1和 A 2 ，由吸光度值的 加和性得联立方程：
吸光光度法 / 吸光光度法的应用
吸光光度法 / 吸光光度法的应用
吸光光度法 / /显色反应及显色条件的选择 •进行光度分析时，首先要把待测组分转变成有色化合物， 然后测定吸光度或吸收曲线 •将待测组分转变成有色化合物的反应叫显色反应 •与待测组分形成有色化合物的试剂称为显色剂
吸光光度法 / 显色反应及显色条件的选择 显色反应的分类 •配位反应----最主要的显色反应 •氧化还原反应 显色反应的选择 •灵敏度高 摩尔吸收系数 K 的大小是显色反应灵敏度高低的重要标志 应当选择生成的有色物质的‘较大的显色反应
吸光光度法 / 显色剂
【分析】第八篇吸光光度法
【关键字】分析第八章吸光光度法基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法称为吸光光度法。
包括比色法、看来及紫外分光光度法等。
本章主要讨论看来光区的吸光光度法。
利用看来光进行分光光度法分析时，通常将被测组分通过化学反应转变成有色化合物，然后进行吸光度的测量。
例如：测量钢样中Mn的含量，在酸性溶液中将Mn 氧化为MnO4-，然后进行吸光度的测量。
与化学分析法比较它具有如下特点：（一）灵敏度高分光光度法常用于测定试样中1－0.001%的微量组分。
对固体试样一般可测至10-4%。
（二）分析微量组分的准确度高例如：含铁量为0.001%的试样，如果用滴定法测定，称量试样，仅含铁0.01mg，无法用滴定分析法测定。
如果用显色剂1，10-邻二氮杂菲与铁生成橙红色的1，10-邻二氮杂菲亚铁配合物就可用吸光光度法来测定。
Fe2+ + 3(1,10-phen) → [ Fe(1,10-phen)3] 2+（三）操作简便，测定快速（四）应用广泛几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用分光光度法测定。
可用来研究化学反应的机理、溶液中配合物的组成、测定一些酸碱的离解常数等。
§8-1 吸光光度法基本原理一、物质对光的选择吸收当光束照射到物质上时，光与物质发生相互作用，产生了反射、散射、吸收或透射（p241, 图9-1）。
若被照射的是均匀的溶液，则光在溶液中的散射损失可以忽略。
当一束由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光复合而成的白光通过某一有色溶液时，一些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过。
当透射光波长在400-700nm范围时，人眼可觉察到颜色的存在，这部分光被称为看来光。
透射光和吸收光呈互补色，即物质呈现的颜色是与其吸收光呈互补色的透射光的颜色。
例如：CuSO4溶液由于吸收了580-600 nm的黄色光，呈现的是与黄色呈互补色的蓝色。
不同波长的光具有不同的颜色，见P294,表9-1。
物质吸收了光子的能量由基态跃迁到较高能态（激发态），这个过程叫做物质对光的吸收。
第10章 吸光光度分析
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3、吸光度范围
被测溶液的吸光度值在0.2～0.8范围内，使测定
结果有较高的准确度，过大或过小应予以调节。 而当A= 0.434或T% = 36.8时，测定的误差最小。 为此可从以下三方面加以控制： 一是改变试样的称样量，或采用稀释、浓缩、富
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质量吸光系数，摩尔吸光系数
• 质量吸光系数 a: 当一定波长的单色光，通过浓度 为 1g/L，吸收池的液层厚度为 1cm的溶液时，测 得的吸光度。单位为L.g-1.cm-1
• 摩尔吸光系数ε • 物理意义：当一定波长的单色光，通过浓度为 1mol/L，吸收池的液层厚度为1cm的溶液时，测 得的吸光度。单位为L.mol-1.cm-1
比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的， 因此仅在稀溶液（c < 10-2 mol/L )的情况下才适用。
(2)非单色光引起的偏离
朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但 在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。
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化学因素
溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。
不同的显色反应的适宜 pH 是通过实验确定的。 无机及分析化学
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3 、显色温度：要求标准溶液和被测溶液在测定 过程中温度一致。
4 、显色时间：通过实验确定合适的显色时间， 并在一定的时间范围内进行比色测定。
5、溶 剂：有机溶剂降低有色化合物的解离度， 提高显色反应的灵敏度。 6、共存离子的影响
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偏离朗伯—比尔定律。
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§10－2 显色反应及其影响因素
一、显色反应与显色剂
显色剂
显色反应：加入某种试剂使被测组分变成有色化合物的反应 在光度分析中生成有色物质的反应主要有配位反应、 氧化还原反应等，其中以配位反应应用最广。
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：
仪器分析测试技术：显色反应及显色条件
显色反应及显色条件可见分光光度法是利用测量有机物质对某一单色光吸收程度来进行定量的，而许多物质本身无色或颜色很浅，也就是说他们对可见光不产生吸收或吸收不大，这就必须事先通过适当的化学处理，使该物质转变为能对可见光产生较强吸收的有色化合物，然后再进行测量u定义：将试样中的待测组分转变为有色化合物的 反应叫做显色反应。
（无色或浅色物+显色剂=深色物）——显色反应氧化还原反应络合反应Fe3＋＋SCN－=FeSCN2＋Mn2＋－5e＋4H2O= MnO4－＋8H＋显色反应需满足的要求：u选择性好u灵敏度高u有色化合物的稳定常数要尽可能的大u显色剂的颜色与有色化合物的颜色差别要大 u显色反应要易于操作、控制u有色化合物的组成恒定，化学性质稳定无机显色剂:KSCN：测 Fe、Mo、W、Nb 等钼酸铵：测 P、As 等过氧化氢：测 Ti、V 等有机显色剂：分子结构含有生色团(即含不饱和键的基团)如偶氮基，对醌基和羰基等含有助色团(含孤对电子的基团)如氨基、羟基和卤代基等。
NN OHCOOHSO 3H OO 型：NNN OH OH ON 型：NH NHN SN S 型：NN 型：假如有一天你的手机坏了，你会怎么处理？如果一件事情由多种因素决定，那么我们在探讨条件时就固定其他因素不变，只改变其中之一。
如此尝试，直至全部因素测试完毕。
分析测试条件的选择也采用同样的方法。
1、显色剂用量取6只洁净的50mL容量瓶，各加入10.00μg·mL-1铁标准溶液5.00mL，1mL100g·L-1盐酸羟胺溶液，摇匀。
分别加入0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0mL1.5 g·L-1邻二氮菲，5mL醋酸钠溶液，用蒸馏水稀至标线，摇匀。
用2cm吸收池，以试剂空白溶液为参比溶液，在选定的波长下测定吸光度。
结论：作A-C R曲线，找出曲线平台部分，选择一合适用量即可。
吸光度与显色剂浓度的关系曲线2、溶液pH在6只洁净的50mL容量瓶中各加入10.00μg·mL-1铁标准溶液5.00mL，1mL100 g·L-1盐酸羟胺溶液，摇匀。
第9章吸光光度法(2)。
60nm
二、 显色条件的选择
吸光光度法是测定待测物质的吸光度或显色 反应平衡后溶液的吸光度，因此为了得到准确的 结果，必须控制适当的条件，使显色反应完全和 稳定。
显色条件包括: 溶液酸度，显色剂用量，显 色时间，显色温度，有机络合物的稳定性及共存 离子的干扰等。
1、溶液酸度（pH值及缓冲溶液）
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
b. 试液的吸光度必须在标准曲线范围内，即A1≤ Ax ≤An
五、光度分析法的误差（准确度）
对朗伯－比尔定律的偏离
在实际分析中，常会发现标准曲线发生弯曲，尤其当溶液
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
C=S,－N
（共轭双键）πe
为避免铁的干扰，可以选择波 长 520 nm进行测定，虽然而测镍的 灵敏度有所降低，但酒石酸铁不干 扰镍的测定。
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：
显色剂的用量来消除干扰。 g. 采用预先分离的方法。
三、三元配合物在光度分析中的应用特性简介（自学）
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。
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显色反应和显色剂
（1）显色反应的要求
显色反应主要有氧化还原反应和配位化合反应两大类, 而配位化合反应更重要。对于显色反应一般应满足下列要 求。
①选择性好。 （所用的显色剂最好只与被测组分起显色反应,或显色 剂和共存组分生成的化合物的吸收峰与被测组分的吸收峰 相距比较远。干扰少。）
显色反应和显色剂
②灵敏度高。 灵敏度高有利于测定低含量组分。灵敏度高低可由摩 尔吸光系数ε值来判断, ε大则灵敏度高。 ③生成的有色化合物的组成要恒定,化学性质要稳定。 （测量过程中应保持吸光度基本不变）
显色反应和显色剂
④显色剂最好无色。 通常把两种有色物质最大吸收波长之差称为“对比度” ， 要求显色剂与生成的有色化合物的对比度＞60nm。 ⑤显色反应的条件要易于控制。 （保证较好的再现性）
（合成灵敏度高、选择性好的有机显色剂,是目前研究的方向。）
显色反应和显色剂
（2）显色剂
①无机显色剂 不少无机试剂能与金属离子形成有色化合物。多数无 机显色剂的灵敏度和选择都不太高。 ②有机显色剂 许多有机试剂在一定条件下能与金属离子形成有色 配合物。具有如下特点：
显色反应和Байду номын сангаас色剂
a、大部分是环状螯合物,有鲜明的颜色,灵敏度高;ε大 于104 。
b、金属螯合物都很稳定,离解常数小。 c、选择性高。在一定条件下只与少数或某一种金属 离子生成有色化合物。 d、大部分金属螯合物能被有机溶剂萃取,因而可提高 灵敏度和分离干扰离子。
显色反应和显色剂
紫外定量分析不需显色,只需考虑干扰及操作条件的 选择。而可见光度法定量还需将无色物质经过化学反应, 定量地转变为有色化合物,这一步非常重要。
显色反应和显色剂
在光度分析中，将试样中待测组分转变成有色化 合物的反应叫显色反应。 （显色反应可分两大类，即配位反应和氧化还原反应， 而配位反应是最主要的显色反应。）