显色反应可用下式表示:
M(被测离子)+R(显色剂)=MR(有色化合物)
在比色分析中,通常是测定MR的浓度来求得原有M的浓度。显而易见M转化为MR的反应越完全,就越有利于比色测定。
显色反应进行的程度可从有色络合物的稳定常数K值看出:
〔MR〕/(〔M〕〔R〕)=K
〔MR〕/〔M〕=K·〔R〕
上式左边的比值越大,说明显色反应越完全。由于K值是常数(一般仅略受温度变化影响),因此只要控制显色剂的浓度〔R〕,就可以控制显色反应的程度,〔R〕值越大,显色反应就越完全。但也应注意不宜太大,否则会增大试剂空白的深度,或改变显色产物的络合比。不利于比色测定。
酸度对显色反应的影响有以下几方面:
(1)当溶液酸度不同时,同一种金属离子与同一种显色剂反应,可以生成不同配位数的不同颜色的络合物。
例如Fe3+与磺基水杨酸作用,在不同的pH条件下,能形成数种络合物,现以(S.Sal)-2代表磺基水杨酸阴离子。
pH≌1.8~2.5 Fe(S.Sal)+ 紫红色
pH≌4~8 Fe(S.Sal)2- 橙红色
pH≌8~11.5 Fe(S.Sal)33- 黄色
由此可见必须控制溶液的pH在一定范围内,才能获得组成恒定的有色络合物,才能获得正确的测定结果。
(2)溶液酸度过高会引起有色络合物分解。当溶液酸度过高时,对弱酸型有机显色剂和金属离子形成的有色络合物影响较大,例如:
从平衡式来看,提高酸度平衡倾向于生成弱酸型有机显色剂分子。从而促进XR更多的离解,显色能力大大减弱。因此显色时溶液的酸度必须控制在某一适当的范围内。
(3)溶液酸度过低会引起金属离子水解。这种现象常发生在有色络合物的稳定度不是很大,并且被测金属离子所形成的氢氧化物的溶解度又很小时。此时如果溶液酸度过低就会引起水解作用,而生成金属离子的氢氧化物沉淀,破坏有色络合物,使溶液的颜色发生变化。例如:
Fe(SCN)+2+3OH-=Fe(OH)3↓+SCN-
黄色 棕红色
Fe(S.Sal)8-3+3OH-=Fe(OH)3↓+3(S.Sal)-3
棕红色
以上讨论了酸度对比色分析的影响,而选择什么样的酸度适宜,是要通过实验来确定。
所谓显色时间指的是溶液颜色达到稳定时的时间。不少显色反应需要一定时间才能完成,而且形成的有色络合物的稳定性也不一样。因此必须在显色后一定的时间内进行比色测定。通常有以下几种情况:
(1)加入显色剂后,有色络合物立即生成,并且生成的有色络合物很稳定,此时可在显色后较长时间内进行测定。
(2)加入显色剂后,有色络合物的形成需要一定时间,但生成的有色络合物也很稳定。对这类反应可在完全显色后放置一些时间内进行测定。
(3)加入显色剂后,有色溶液立即生成,但在放置后又逐渐褪色,对这类反应,应在显色后立即进行测定。
因此显色时间的选择必须通过实验来选择的。
显色反应的进行与温度有很大关系,对不同的显色反应应选择其适宜的显色温度,但大多数的显色反应在室温下即可进行。由于温度对光的吸收及颜色的深浅都有影响,因此在绘制标准曲线和进行样品比色时,应使温度保持一致。