1.概述

许多化合物是有颜色的，例如高锰酸根离子(MnO₄^-)是紫红色，硫氰化铁(FeCNS²⁺)配位化合离子是血红色等。当含有这种有色化合物的溶液浓度改变时，溶液颜色的深浅也就随着改变。溶液越浓，颜色越深，因此，可以利用比较和测量溶液颜色的深浅来决定溶液中有色化合物的浓度。

这种利用被测定的组分，在一定条件下与试剂作用产生有色化合物，然后测量有色溶液颜色的深浅并与标准溶液相比较，从而测定组分含量的分析方法，称为比色分析法。

比色分析法是一种广泛应用于测定微量及痕量组分的方法，具有较高的灵敏度。它测定的浓度下限可达10-7g/ml。如果被测定组分的含量更低(10^-8～10^-9g/ml)，可通过浓集、萃取、共沉淀等方法后再用比色法来测定。测定低含量组分时，比色法的相对误差通常为1%～5%。由于特效试剂的应用以及比色条件的选择，可以减少分离手续，从而加快测定的速度。此外，测量仪器的不断改进，使测定的准确度也逐步提高。因此，对于某些微量和痕量组分的测定，比色分析法是一种准确、灵敏、快速而又简便的方法。

在比色分析中，干扰离子的影响往往可以根据物质对光吸收的差异性，如选择适当的波长或加入掩蔽剂等方法予以消除。比色分析法根据的化学反应是显色(或褪色)反应。用于比色的发色反应，必须是生成的有色产物与被测组分之间具有某种定量关系。比色分析法作为一种分析方法，除了要求以发色反应作为基础外，还需要有测量有色产物颜色深度的方法，因此，掌握比色分析必须了解显色反应和测量方法两个方面。

2.基本原理

(1)有色化合物溶液显色的原理。各种溶液会显示各种不同的颜色，其原因是由于它们对光的吸收具有选择性。

具有同一波长的光线，称为单色光；含有多种波长组合而成的光线称为混合色光。白光实际上是波长在400～750nm的电磁波，即由紫、蓝、青、绿、黄、橙、红等光按一定比例混合而成。例如，黄色光与蓝色光可以混合为白光，这两种光色称为互补色。

当一束白光通过溶液时，如果溶液不吸收该波长范围内的任何光线，则溶液呈透明无色。如果溶液选择吸收了白光中某波段的光，则透射光中除白光外，还有白光中未被吸收的那一部分光，即被吸收的那个波段光的补色光，这就是溶液所呈现的颜色。例如，黄绿色光与红紫色光互补，MnO₄^-上具选择吸收黄绿色光的特性，因此，高锰酸钾溶液呈紫红色，浓度越大，吸收黄绿色越多，即透射光中紫红色光部分被“补”掉得越少，因而呈现的紫红色也就越深。同理，黄色光与蓝色光互补，铬酸钾(K₂CrO₄)溶液对光中蓝紫色光大量的吸收，因而溶液呈黄色。

溶液的颜色与互补光情况见表3.1.1。

表3.1.1 溶液的颜色与互补光

如果溶液对多种波段的光都有些吸收，那么溶液的颜色也将呈相应于几种被吸收光的补色光的混合色。

如果溶液对白光中各种波长的光，都是相当均匀地吸收，即溶液将呈暗灰色。物质之所以能够选择性地吸收光波，是由其原子、离子或分子的电子结构决定。元素的简单离子生成配位化合离子后常能吸收更多的光能，而使溶液呈现更深的颜色。例如，镍离子(Ni²⁺)溶液是绿色，三价铁离子(Fe³⁺)溶液是黄色，二价铁离子(Fe²⁺)溶液是淡绿色，二价锰离子(Mn²⁺)溶液是桃红色，三价络离子(Cr³⁺)溶液是绿色，二价铜离子(Cu²⁺)溶液是蓝色；但是，生成配位化合离子后溶液的颜色大大加深，例如，二价镍氨配位化合离子[Ni(NH₃)₄²⁺]溶液是深绿色，二价铜氨配位化合离子[Cu(NH₃)₄²⁺]溶液是深蓝色，高锰酸配位化合离子(MnO₄^-)溶液是深紫红色，络酸银配位化合离子(CrO₄^2-)溶液是深黄色。如此，可以大大提高反应的灵敏度。因此，在比色测定中常常利用生成颜色较深的配位化合离子，而不利用颜色较浅的简单离子。

(2)显示剂的选择和用量。

1)显示剂的选择。为了提高比色测定的灵敏度和准确度，必须选择合适的试剂。在比色分析中生成有色化合物的化学反应主要有氧化还原反应、配位化合物形成反应以及其他反应，其中以配位化合物形成反应应用得最广。常用的试剂大多数是配位剂。

作比色测定的有色配位化合物，应尽可能具备下列三个条件。

a.有色配位化合物的摩尔消光系数要大。摩尔消光系数越大，比色测定的灵敏度就越高。

b.有色配位化合物的解离常数要小。有色配位化合物的解离常数越小，配位化合物就越稳定；配位化合物越稳定，比色测定的准确度越高，而且可以避免或减少试样中其他离子的干扰。

c.有色配位化合物的组成要恒定。用于比色测定的配位化合物最好具有一定的组成。组成发生变化容易引起色调的改变，这是因为有些发色反应本身是分步反应，每一步生成一种有色化合物，这些化合物的色调不尽相同。例如，当SCN^-离子的浓度增加时，Fe³⁺离子与SCN^-离子生成的配位化合物的组成作如下的改变：

然而这些配位化合离子的色调各不相同，例如，Fe(SCN)²⁺的色调较黄，Fe(SCN)²⁺则较红。因此，在这里有色化合物的组成和色调都决定于试剂的浓度；试剂的浓度改变就会引起色调的改变，这种情况就很不利于比色测定。

2)显色剂的用量。当有色配位化合物稳定度很大，溶液中没有能与被测组分或试剂起作用的干扰物质存在时，显示剂的浓度不必严格控制。

如果有色配位化合物的离解常数较大，则部分离解：

这时，溶液中部分被测定的组分X未被配位化合，这样，有色配位化合物RX显示的颜色深度就不能代表真正被测定组分的含量。但在比色分析中未知溶液的颜色深度，通常是与标准溶液的颜色深度相比较而测得。如果两个溶液中有色配位化合物的离解度不同，就会造成误差。反之，如果在不同浓度的有色配位化合物RX溶液中，RX的离解度相同，则仍然可以得到正确的结果。

相关链接：滴定分析法——氧化还原滴定法（四）

文章来源：《供水水质检测3》

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