3.3　显色反应及显色条件的选择

3.3.1　显色反应

有些被测物质的溶液颜色很淡或者根本没有颜色，因此需要在被测溶液中加入某些物质，使被测物质转变为颜色较深的有色物质，便于在可见光范围内测定。这种加入试剂与被测物质定量反应生成有色物质的反应叫显色反应，显色反应所用的试剂称为显色剂。常见的显色反应多数是生成配合物的反应，少数是氧化还原反应和增加吸光能力的生化反应。应用时应选择合适的反应条件和显色剂，以提高显色反应的灵敏度和选择性。

显色反应一般要满足下列要求：

①选择性好　所用的显色剂仅与被测组分显色而与其他共存组分不显色，或对其他组分干扰少。

②灵敏度足够高　要求显色反应中所生成的有色化合物有大的摩尔吸收系数，一般应有103～105数量级，才有足够的灵敏度。

③有色配合物组成恒定　显色剂与被测物质的反应要定量进行，生成有色配合物的组成要恒定，即符合一定化学式。

④有色配合物稳定性好　要求生成的配合物有较大的稳定常数，这样显色反应进行得比较完全。

⑤色差大　有色配合物与显色剂之间颜色差别要大，这样试剂空白小，显色时颜色变化才明显。

3.3.2　显色条件的选择

影响显色反应的条件一般为显色剂用量、溶液酸度、显色时间、温度、溶剂等。

（1）显色剂用量

为了使显色反应进行完全，常需要加入过量的显色剂。但显色剂用量过大对有色化合物的组成亦有影响。

显色剂用量一般是通过实验确定的。其方法是将被测组分浓度及其他条件固定，然后加入不同量的显色剂，测定其吸光度，绘制吸光度（A）-显色剂浓度（c）曲线，选恒定吸光度值时的显色剂用量。常见的曲线形式如图3-10所示。曲线（a）表明，显色剂用量达到某一值时，吸光度达到最大，并趋于稳定，然后曲线呈水平状；曲线（b）表明，当显色剂用量超过某一值时，溶液的吸光度反而下降；曲线（c）表明，不断地增加显色剂用量，吸光度一直在增加。对于曲线（a）、（b），显色剂用量选择显色稳定、曲线平坦处；对于曲线（c），必须严格控制显色剂用量，以保证结果的准确。

（2）溶液酸度

很多显色剂是有机弱酸或弱碱，溶液的酸度会直接影响显色剂存在的形式和显色产物的浓度变化，从而引起溶液颜色的改变。其他如氧化还原反应、缩合反应等，溶液的酸碱性也有重要的影响，常常需要用缓冲溶液保持溶液在一定pH值下进行显色反应。

Fe3+与磺基水杨酸在不同pH条件下生成配比不同的配合物，见表3-3。

当pH>12时，则生成Fe（OH）3沉淀。因此在用此类反应进行测定时，控制溶液pH值是至关重要的。

（3）显色时间

由于各种显色反应的反应速率不同，所以完成反应所需要的时间存在较大差异，同时显色产物在放置过程中也会发生不同的变化。有的显色产物颜色能保持长时间不变，有的颜色会逐渐减退或加深，有的需要经过一定时间才能显色。因此，必须在一定条件下通过实验，绘制显色产物吸光度-时间关系曲线，选择显色产物吸光度数值较大且恒定的时间确定为适宜的显色时间。

（4）温度

显色反应的进行与温度有关，有些反应需要加热才能进行完全。但有些显色剂或有色配合物在高温下易分解褪色。同样需固定被测组分浓度及其他条件，绘制显色产物吸光度-反应温度关系曲线，选择显色产物吸光度数值较大且恒定的温度确定为适宜的显色温度。

（5）溶剂

溶剂的性质可直接影响被测组分对光的吸收，相同的物质溶解于不同的溶剂中，有时会出现不同的颜色。例如，苦味酸在水溶液中呈黄色，而在三氯甲烷中呈无色。同时显色反应产物的稳定性也与溶剂有关，如硫氰酸铁红色配合物在正丁醇中比在水溶液中稳定。在萃取比色中，应选用分配比较高的溶剂作为萃取溶剂。

（6）副反应的影响

显色反应应该尽可能地进行完全，但是，当溶液中有各种副反应存在时，便会影响主反应的完全程度。通常，当金属离子有99%以上被配位时，就可认为反应基本上是完全的。

（7）溶液中共存离子的影响

如果共存离子本身有颜色或共存离子与显色剂生成有色配合物，会使吸光度增加，造成正干扰。如果共存离子与被测组分或显色剂生成无色配合物，则会降低被测组分或显色剂的浓度，从而影响显色剂与被测组分的反应，引起负干扰。

3.3.3　干扰的消除

在显色反应中，干扰物质的存在往往会影响显色反应的结果。干扰物质的影响一般有以下几种情况：

①干扰物质本身有颜色或无色但与显色剂形成有色化合物，在测定条件下也有吸收。

②在显色条件下，干扰物质水解，析出沉淀使溶液浑浊，致使吸光度的测定无法进行。

③干扰物质与待测离子或显色剂形成更稳定的化合物，使显色反应不能进行完全。

通常可以采用以下几种方法来消除这些干扰作用：

①控制酸度　根据配合物的稳定性，可以利用控制酸度的方法提高反应的选择性，保证主反应进行完全。例如，双硫腙能与Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等十多种金属离子形成有色配合物，其中与Hg2+形成的配合物最稳定，在0.5mol/L H2SO4介质仍能定量进行，而上述其他离子在此条件下不发生反应。

②选择适当的掩蔽剂　使用掩蔽剂消除干扰是常用的有效方法。选取的条件是，掩蔽剂不与待测离子作用，掩蔽剂以及它与干扰物质形成的配合物的颜色应不干扰待测离子的测定。

③利用生成惰性配合物　如钢铁中微量钴的测定，常用钴试剂作为显色剂，但钴试剂不仅与Co2+有灵敏反应，而且与Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等都有反应。但钴试剂与Co2+在弱酸性介质中一旦完成反应，即使再用强酸酸化溶液，该配合物也不会分解，而Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等与钴试剂形成的配合物在强酸介质中会很快分解。

④选择适当的测量波长　选择测定波长的原则是“吸收最大，干扰最小”。

⑤选择适宜的参比溶液　采用光学性质相同、厚度相同的吸收池装入空白溶液作为参比，调节仪器，使透过参比吸收池的吸光度A=0或透光率T=100%。然后将装有待测溶液的吸收池移入光路中测量，得到被测物质的吸光度。也就是说，将透过参比吸收池的光强作为测量溶液的入射光强度，这样测得的溶液的吸光度数值就比较真实地反映了被测物质对光的吸收，从而可以比较真实地反映出被测物质的浓度。在显色反应中，溶剂、试剂、器皿及试样都可能引入相应的干扰，而参比溶液的作用正是消除各种干扰因素的吸收。

⑥分离　当上述方法均不宜采用时，也可以采用预先分离的方法来除去干扰物质，如利用沉淀反应、萃取、离子交换、蒸发和蒸馏以及色谱分离法等来消除干扰。

此外，还可以利用化学计量学方法实现多组分的同时测定。