顯色反應

顯色反應

將試樣中被測組分轉變成有色化合物的化學反應,叫顯色反應。

基本介紹

  • 中文名:顯色反應
  • 外文名:chromogenic reaction;colour reaction
  • 性質:反應
  • 屬性:顯色
  • 顯色條件包括:顯色劑用量、酸度
基本介紹,一般標準,相關反應,多元配合物,金屬離子,條件控制,試劑用量,溶液酸度,顯色時間,干擾消除,試劑分類,無機顯色劑,有機顯色劑,

基本介紹

在無機分析中,很少利用金屬水合離子本身的顏色進行光度分析,因為它們的吸光係數值都很小。一般都是選適當的試劑,將待測離子轉化為有色化合物,再進行測定。這種將試樣中被測組分轉變成有色化合物的化學反應,叫顯色反應。顯色反應有氧化還原反應和配位反應。而配位反應最主要,對於顯色反應,一般應滿足下列標準。
顯色反應顯色反應

一般標準

⑴選擇性好。一種顯色劑最好只與被測組分起顯色反應。干擾少,或干擾容易消除。
⑵靈敏度高。分光光度法一般用於微量組分的測定,故一般選擇生成有色化合物的、吸光度高的顯色反應。但靈敏度高后,反應不一定選擇性好。故應全面加以考慮。對於高含量組分的測定,不一定選用最靈敏的顯色反應。(應考慮選擇性)
⑶有色化合物的組成要恆定。化學性質穩定,對於形成不同配位比的配位反應,必須注意控制試驗條件,使生成一定組成的配合物,以免引起誤差。
顯色反應顯色反應
⑷有色化合物與顯色劑之間的顏色差別要大。這樣顯色時的顏色變化鮮明,而且在這種情況下,試劑空白一般較小。一般要求有色化合物的最大吸收波長與顯色劑最大吸收波長之差在60nm以上。
R為顯色劑,MR為有色化合物。
⑸顯色反應的條件要易於控制。如果要求過於嚴格,難以控制,測定結果的再現性差。

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多元配合物

多元配合物是由三種或三種以上的組分形成的配合物。目前套用較多的是由一種金屬離子與兩種配位體所組成的配合物。一般稱為“三元配合物”。
三元配合物在分析化學中,尤其在吸光光度分析中套用較普遍。

金屬離子

金屬離子與顯色劑反應時,加入某些長碳氣鏈的季胺鹽,動物膠聚乙烯醇表面活性劑,可以形成膠束狀的化合物,顏色向長波移動(紅移),靈敏度會顯著提高。
例如稀土元素二甲酚橙在pH=5.5~6形成紅色螯合物,顯色的靈敏度不夠。如有溴化十六烷基吡啶CPB)加反應,即生成二甲酚橙:CPB=1:2:2的三元配合物,在pH=8~9時呈藍紫色,靈敏度提高數倍,適用於痕量稀土元素總量的測定。

條件控制

顯色反應能否滿足光度法的要求,除了主要與顯色劑的性質有關係外,控制好顯色反應的條件也是十分重要的。顯色條件包括顯色劑用量酸度顯色溫度顯色時間干擾的消除

試劑用量

M(被測組分)+R(顯色劑)= MR(有色化合物)
為了使顯色反應儘可能進行完全,加入適當過量的顯色劑是必要的。但也不能過量太多,否則會引起副反應,對測定反而不利。在實際工作中,顯色劑的適宜用量是通過實驗求得的。固定被測組分的濃度和其它條件,分別加入不同量的顯色劑,測量吸光度,做吸光度 – 顯色劑用量曲線。

溶液酸度

溶液酸度對顯色反應的影響可從金屬離子、顯色劑及有色配合物三方面考慮。
大部分高價金屬離子都易水解,顯然,金屬離子的水解,對於顯色反應的進行是不利的,故溶液的酸度不能太低。
顯色劑多是有機弱酸,溶液的酸度影響著顯色劑的離解,並影響顯色反應的完全程度。此外,許多顯色劑本身就是酸鹼指示劑,溶液的酸度對顯色劑本身的顏色會產生改變。
溶液的酸度對有色配合物的組成及穩定性也有影響。因此,某一顯色反應最適宜的酸度可通過實驗來確定。固定待測組分及顯色劑濃度,改變溶液pH,測定其吸光度,做吸光度-pH關係曲線,曲線平坦部分對應的pH為適宜的酸度範圍。

顯色時間

有些顯色反應較慢,需放置使其顯色完全。有些顯色配合物不夠穩定,放置後會產生部分分解,導致吸光度降低,因此適宜的顯色時間必須通過實驗來確定。從加入顯色劑計算時間,每隔幾分鐘測定一次吸光度,繪製A-t曲線,來確定適宜的時間。

干擾消除

主要有三種:利用掩蔽反應、分離干擾離子。

試劑分類

無機顯色劑

許多無機試劑能與金屬離子起顯色反應,如與氨水反應生成深藍色的配離子,但多數無機顯色劑的靈敏度和選擇性都不高。其中性能較好。當有實用價值的無機顯色劑列於表7-1:
下表為常用的無機顯色劑
滴定元素
有色化合物組成
顏色
測定波長/nm
配位
Fe(Ⅲ)
0.1~0.8
mol/L硝酸
Fe(SCN)52-
480
硫氰酸鹽
配位
Mo(Ⅵ)
1.5~2mol/L硫酸
MoO(SCN)5-
460
硫氰酸鹽
配位
W(Ⅴ)
同上
WO(SCN)4-
405
硫氰酸鹽
配位
Nb(Ⅴ)
3~4mol/L鹽酸
NbO(SCN)4-
420
Si
0.15~0.3mol/L硫酸
H4SiO4.
670~820
P
0.5mol/L硫酸
670~830
V(Ⅴ)
1mol/L硝酸
P2O5.V2O5.22MoO3.nH3O
420
W
4~6mol/L鹽酸
H3PO4.10WO3.W2O5
660
配位
Cu(Ⅱ)
濃氨水
四氨合銅離子
620
配位
Co(Ⅲ)
濃氨水
Co(NH3)53+
500
配位
Ni
濃氨水
Ni(NH3)62+
580
配位
Ti(Ⅳ)
1~2mol/L硫酸
TiO(H2O2)2+
420
配位
V(Ⅴ)
0.5~3mol/L硫酸
VO(H2O2)3+
紅橙
400~450
配位
Nb
18mol/L硫酸
Nb2O3(SO4)2.(H2O2)2
365

有機顯色劑

大多數有機顯色劑常與金屬生成穩定螯合物,有機顯色劑中一般都含有生色團助色團。有機化合物中的不飽和鍵基團能吸收波長大於200nm的光。這種基團稱為廣義的生色團。例如偶氮基(- N=N-),醌基等。某些會有環對電子的基團,它們與生色團上的不飽和鍵相互作用,可以影響有機化合物對光的吸收,使顏色加深。這些基團稱為助色團。例如:胺基(-NH2),羥基(-OH)等,以及鹵代基(X-)等,它們能與生色團上的不飽和鍵相互作用,引起永久性的電荷移動,從而減小了分子的激化能,促使試劑對光的最大吸收向長波方向移動。所以這些基團稱為助色團。有機顯色劑是一般分析工作中常用的顯色劑,它能與金屬離子生成螯合物。具有以下優點:
⑴顏色鮮明。一般ε>104,靈敏度高。
⑵穩定,離解常數小。
⑶選擇性高,專屬性強。
⑷可被有機溶劑萃取,廣泛套用於萃取光度法。
有機顯色劑種類很多,簡單介紹幾種:
屬於NN型螯合顯色劑,是目前測定微量的較好顯色劑。顯色靈敏度高,ε=1.1*104,λmax=508nm可直接測定Fe2+。反應是特效的,適用還原劑(如鹽酸羥氨)將Fe3+還原為Fe2+,然後控制pH=5~6條件下,Fe2+與試劑作用,生成穩定的紅色配合物
屬於含硫顯色劑,能用於測定Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等多種重金屬離子。採用一致的酸度及加入掩蔽劑的辦法,可以消除重金屬離子之間的干擾。提高反應的選擇性。反應靈敏度很高。如Pb2+的雙硫腙的配合物:
λmax=520nm q=6.6*104
偶氮類螯合顯色劑可在強酸型溶液中與Th(Ⅳ)、Zr(Ⅳ)、U(Ⅳ)等生成穩定的有色配合物。也可以在弱酸性溶液中與稀土金屬離子生成穩定的有色配合物。可用於測定稀土的總量。

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