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嘉峪檢測網 2020-12-15 18:38
可見光吸收光譜法是利用測量有色物質對某一單色光的吸收程度來進行測量的，但許多化合物本身是無色的，它對可見光不發生吸收或吸收很弱，因而必須預先通過適當的化學反應，使它轉變成有色化合物，然后再進行可見光吸收光譜測定。
顯色反應
在光度分析中，將試樣中被測組分轉變成有色化合物的反應叫顯色反應。能與被測組分生成有色物質的試劑稱為顯色劑。
顯色反應分為兩類：絡合反應和氧化還原反應。其中絡合反應是最主要的顯色反應。
對顯色反應的要求：
①選擇性好一種顯色劑最好只與一種被測組分起顯色反應，或顯色劑與干擾離子生成的有色化合物的吸收峰與被測組分的吸收峰相距較遠。這樣干擾較少。
②靈敏度高即有色化合物的摩爾吸收系數大。
③有色絡合物的離解常數要小有色絡合物的離解常數愈小，絡合物就愈穩定。絡合愈穩定，光度測定的準確度就愈高，并且還可以避免或減少試樣中其它離子的干擾。
④有色絡合物的組成要恒定，化學性質要穩定。
⑤如果顯色劑有顏色，則要求有色化合物與顯色劑之間的顏色差別要大，以減小試劑空白。一般要求有色化合物與顯色劑的最大吸收波長之差在60nm以上。
⑥顯色反應的條件要易于控制如果條件要求過于嚴格，難以控制，測定結果的再現性就差。
顯色劑
1、無機顯色劑
許多無機試劑能與金屬離子發生顯色反應用于光度分析，但由于靈敏度等原因，具有實用價值的僅有幾類，見表1。
表1 重要的無機顯色劑
2、有機顯色劑
大多數有機顯色劑本身為有色化合物，與金屬離子反應生成的化合物一般是穩定的螯合物。顯色反應的選擇性和靈敏度都較高，有些有色螯合物易溶于有機溶劑，可進行萃取光度法測量。
有機顯色劑種類很多，不斷有新型的有機顯色劑被研制出來，表2 介紹了幾種常用的有機顯色劑。
表2 部分常用的有機顯色劑
3、多元配合物顯色體系
近年來，形成多元配合物的顯色體系受到關注。多元配合物是指3個或3個以上組分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度測定的靈敏度，改善分析特性。目前應用較多的是三元配合物。以形成三元配合物為基礎，對原有的分析方法進行改進，有一些成熟的方法已納入新修訂的國家標準中。下面我們僅對三元配合物的幾種類型進行介紹。
一種中心離子同時與兩種配位體配合生成的具有三個組分的配合物稱為三元配合物。例如Al-CASrCTMAC(鋁-鉻天青S-氯化十六烷基三甲銨)，一種配體同時與兩種金屬離子形成的配合物也是三元配合物，例如[FeSnC15]。但是KAl(SO4)2不是三元配合物，因為它溶于水時，完全電離成K+、A13+、SO42-。
三元配合物在光度分析中應用較多的有：三元混配化合物、三元離子締合物、三元膠束配合物、三元雜多酸配合物。
(1)三元混配化合物金屬離子M與一種配位體(A或R)形成配位數未飽和的配合物，再與另一種配位體(R或A)形成配合物，一般通式為A－M－R，叫三元混合配位化合物，簡稱三元混配化合物。例如V(V)、H2O2和PAR形成1：1：1的有色配合物，可用于釩的測定，靈敏度高，選擇性好。
(2)三元離子締合物金屬離子首先與配位體生成配陰離子或配陽離子(配位數已滿足)，再與帶相反電荷的離子生成離子締合物。主要應用于萃取光度測定。最常用的體系為金屬離子(M)-電負性配位體(R)-有機堿或染料(A)體系。例如，[Ti(CNS)6]2-與二安替比林甲烷(DAM)在2～4 mol/L HCl介質中生成Ti：DAM：SCN-=1：2：6的三元離子締合物，用氯仿萃取，λmax=420nm, ε=8×104。
(3)三元膠束配合物許多金屬離子與顯色劑反應時，加入表面活性劑，包括陽離子、陰離子、非離子或兩性表面活性劑，形成膠束化合物。它們的吸收峰比原二元配合物向長波方向移動，測定的靈敏度提高。例如Al-CAS二元配合物的λmax=545mn,ε為約4×104，當有氯化十六烷基三甲銨存在時，形成三元配合物，Al3+：CTMAC=CAS=1：2：3，λmax變為620nm,ε為約105。
(4)三元雜多酸配合物由兩種簡單的含氧酸組成的復雜的多元酸，稱為雜多酸，或二元雜多酸。如磷鉬雜多酸，摩爾比為P=Mo=1：12。
如果雜多酸由三種簡單的含氧酸組成，則為三元雜多酸。例如磷鉬釩雜多酸，它的組成(摩爾比)為P：V：Mo=1：1：11。三元雜多酸比相應的二元雜多酸吸光度更高。穩定性受酸度影響較小，選擇性也較好。
顯示條件的選擇
顯色反應能否滿足分光光度法的要求，除了選擇顯色劑以外，控制好反應條件是十分重要的。
1、顯色劑用量
顯色反應可用下式表示：
顯色反應進行的程度可從有色配合物的穩定常數K值看出：
上式左邊的比值越大，說明顯色反應越完全。由于K值是常數(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的程度，[R]值越大，顯色反應就越完全。
因此，加入過量的顯色劑是必要的。但是顯色劑過量太多，有時會引起副反應，或改變有色配合物的配位比，當顯色劑本身有色時會增大試劑空白。顯色劑的適宜用量可通過實驗來確定。其方法是固定被測組分濃度和其它條件，取數份溶液，加入不同量的顯色劑測定其吸光度，繪制吸光度(A)-濃度(c)關系曲線。一般可得到如圖所示的三種情況。
吸光度與顯色劑濃度的關系曲線
圖(a)曲線表明，在濃度a～b范圍內，吸光度出現穩定值，可在a～b選擇合適的顯色劑用量。
圖 (b)曲線表明，顯色劑濃度在a'～b'這一較窄的范圍內，吸光度值比較穩定，必須嚴格控制顯色劑濃度。
圖(c)曲線表明，隨著顯色劑濃度增大，吸光度不斷增大，必須十分嚴格地控制顯色劑用量。
2、溶液酸度
溶液的酸度對光度測定有顯著影響，它影響待測組分的吸收光譜、顯色劑的形態、待測組分的化合狀態及顯色化合物的組成。
(1）酸度不同時，顯色化合物的組成和顏色可能不同。例如Fe3+與磺基水楊酸作用，在不同的pH值條件下，能形成1：1、1：2、1：3三種配合物，現以(S.Sal)2-代表磺基水楊酸陰離子：
由此可見必須控制溶液的pH值在一定范圍內，才能獲得組成恒定的有色配合物，得到正確的測定結果。
(2)溶液酸度變化，顯色劑的顏色可能發生變化，原因是很多有機顯色劑是酸堿指示劑，其顏色隨pH值變化而變化。
(3)溶液酸度過高會降低配合物的穩定性，特別是對弱酸型有機顯色劑和金屬離子形成的配合物影響較大。
(4)溶液酸度過低會引起金屬離子水解生成氫氧化物沉淀。這種現象常發生在有色配合物的穩定度不是很大，并且被測金屬離子所形成的氫氧化物的溶解度又很小的情況下。
由于酸度對顯色反應的影響很大，因此，某一顯色反應最適宜的酸度必須通過實驗來確定。其方法是通過實驗作吸光度A-pH關系曲線，選擇曲線平坦部分對應的pH值作為應該控制的酸度范圍。
3、溫度的影響
大多數的顯色反應在室溫下即可進行，有些顯色反應需加熱至一定的溫度才能完成，而有些有色配合物在較高的溫度下容易分解，因此，對不同的顯色反應應通過實驗選擇其適宜的顯色溫度。
由于溫度對光的吸收及顏色的深淺都有影響，因此在繪制標準曲線和進行樣品測定時，應使溫度保持一致。
4、顯色時間
所謂顯色時間指的是溶液顏色達到穩定時的時間。不少顯色反應需要一定時間才能完成，而且形成的有色配合物的穩定性也不一樣。因此必須在顯色后一定的時間內進行比色測定。通常有以下幾種情況：
①加入顯色劑后，有色配合物立即生成，并且生成的有色配合物很穩定。此時可在顯色后較長時間內進行測定。
②加入顯色劑后，有色配合物的形成需要一定時間，生成的有色配合物也很穩定。對這類反應可在完全顯色后放置一定時間內進行測定。
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，對這類反應，應在顯色后立即進行測定。
適宜的顯色時間和有色溶液的穩定程度可以通過實驗來確定。方法是配制一份顯色溶液，從加入顯色劑起計算時間，每隔幾分鐘、幾十分鐘或數小時測定一次吸光度，繪制吸光度A-時間t曲線，從曲線確定適宜的顯色時間。
5、溶劑
有機溶劑常降低有色化合物的離解度，從而提高顯色反應的靈敏度。此外，有機溶劑還可能提高顯色反應的速度，影響有色配合物的溶解度和組成等。利用有色化合物在有機溶劑中穩定性好，溶解度大的特點，可以選擇合適的有機溶劑，采用萃取光度法來提高方法的靈敏度和選擇性。
共存離子的干擾及消除
1、干擾
當溶液中的其它成分影響被測組分吸光度值時就構成了干擾。干擾離子的影響有以下幾種類型：
①與試劑生成有色配合物。如用鉬藍法測硅時，磷也能生成磷鉬藍，使結果偏高。
②干擾離子本身有顏色。
③與試劑反應，生成的配合物雖然無色，但消耗大量顯色劑，使被測離子的顯色反應不完全。
④與被測離子結合成離解度小的另一種化合物。使被測離子與顯色劑不反應。例如由于F-的存在，與Fe3+生成FeF63-。若用SCN-顯色則不會生成Fe(SCN)3。
2、干擾消除方法
干擾消除的方法分為兩類，一類是不分離的情況下消除干擾，另一類是分離雜質消除干擾。應盡可能采用第一類方法。
消除于擾的一般方法如下：
①控制溶液的酸度是消除干擾的簡便而重要的方法。控制酸度可以使待測離子顯色，干擾離子不能生成有色化合物。
②加入掩蔽劑也是消除干擾的有效和常用的方法。例如，用硫氰酸鹽作為顯色劑測定Co2+時，Fe3＋有干擾?？杉尤敕餅檠诒蝿?，使Fe3+與F-生成無色而穩定的FeF63-，消除了干擾。
③利用氧化還原反應，改變干擾離子的價態，使干擾離子不與顯色劑反應。
④選擇適當的參比溶液，消除顯色劑本身顏色和某些共存的有色離子的干擾。
⑤選擇適當的波長消除干擾。
⑥采用適當的分離方法除去干擾離子。
⑦利用導數光譜法、雙波長法等新技術來消除干擾。
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