顯色反應(yīng)可用下式表示:
M(被測(cè)離子)+R(顯色劑)=MR(有色化合物)
在比色分析中,通常是測(cè)定MR的濃度來(lái)求得原有M的濃度。顯而易見(jiàn)M轉(zhuǎn)化為MR的反應(yīng)越完全,就越有利于比色測(cè)定。
顯色反應(yīng)進(jìn)行的程度可從有色絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)K值看出:
〔MR〕/(〔M〕〔R〕)=K
〔MR〕/〔M〕=K·〔R〕
上式左邊的比值越大,說(shuō)明顯色反應(yīng)越完全。由于K值是常數(shù)(一般僅略受溫度變化影響),因此只要控制顯色劑的濃度〔R〕,就可以控制顯色反應(yīng)的程度,〔R〕值越大,顯色反應(yīng)就越完全。但也應(yīng)注意不宜太大,否則會(huì)增大試劑空白的深度,或改變顯色產(chǎn)物的絡(luò)合比。不利于比色測(cè)定。
酸度對(duì)顯色反應(yīng)的影響有以下幾方面:
(1)當(dāng)溶液酸度不同時(shí),同一種金屬離子與同一種顯色劑反應(yīng),可以生成不同配位數(shù)的不同顏色的絡(luò)合物。
例如Fe3+與磺基水楊酸作用,在不同的pH條件下,能形成數(shù)種絡(luò)合物,現(xiàn)以(S.Sal)-2代表磺基水楊酸陰離子。
pH≌1.8~2.5 Fe(S.Sal)+ 紫紅色
pH≌4~8 Fe(S.Sal)2- 橙紅色
pH≌8~11.5 Fe(S.Sal)33- 黃色
由此可見(jiàn)必須控制溶液的pH在一定范圍內(nèi),才能獲得組成恒定的有色絡(luò)合物,才能獲得正確的測(cè)定結(jié)果。
(2)溶液酸度過(guò)高會(huì)引起有色絡(luò)合物分解。當(dāng)溶液酸度過(guò)高時(shí),對(duì)弱酸型有機(jī)顯色劑和金屬離子形成的有色絡(luò)合物影響較大,例如:
從平衡式來(lái)看,提高酸度平衡傾向于生成弱酸型有機(jī)顯色劑分子。從而促進(jìn)XR更多的離解,顯色能力大大減弱。因此顯色時(shí)溶液的酸度必須控制在某一適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
(3)溶液酸度過(guò)低會(huì)引起金屬離子水解。這種現(xiàn)象常發(fā)生在有色絡(luò)合物的穩(wěn)定度不是很大,并且被測(cè)金屬離子所形成的氫氧化物的溶解度又很小時(shí)。此時(shí)如果溶液酸度過(guò)低就會(huì)引起水解作用,而生成金屬離子的氫氧化物沉淀,破壞有色絡(luò)合物,使溶液的顏色發(fā)生變化。例如:
Fe(SCN)+2+3OH-=Fe(OH)3↓+SCN-
黃色 棕紅色
Fe(S.Sal)8-3+3OH-=Fe(OH)3↓+3(S.Sal)-3
棕紅色
以上討論了酸度對(duì)比色分析的影響,而選擇什么樣的酸度適宜,是要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
所謂顯色時(shí)間指的是溶液顏色達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間。不少顯色反應(yīng)需要一定時(shí)間才能完成,而且形成的有色絡(luò)合物的穩(wěn)定性也不一樣。因此必須在顯色后一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行比色測(cè)定。通常有以下幾種情況:
(1)加入顯色劑后,有色絡(luò)合物立即生成,并且生成的有色絡(luò)合物很穩(wěn)定,此時(shí)可在顯色后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。
(2)加入顯色劑后,有色絡(luò)合物的形成需要一定時(shí)間,但生成的有色絡(luò)合物也很穩(wěn)定。對(duì)這類(lèi)反應(yīng)可在完全顯色后放置一些時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。
(3)加入顯色劑后,有色溶液立即生成,但在放置后又逐漸褪色,對(duì)這類(lèi)反應(yīng),應(yīng)在顯色后立即進(jìn)行測(cè)定。
因此顯色時(shí)間的選擇必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇的。
顯色反應(yīng)的進(jìn)行與溫度有很大關(guān)系,對(duì)不同的顯色反應(yīng)應(yīng)選擇其適宜的顯色溫度,但大多數(shù)的顯色反應(yīng)在室溫下即可進(jìn)行。由于溫度對(duì)光的吸收及顏色的深淺都有影響,因此在繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和進(jìn)行樣品比色時(shí),應(yīng)使溫度保持一致。