显色反应

化学反应

显色反应（chromogenic reaction;colour reaction）是将试样中被测组分转变成有色化合物的化学反应。

基本介绍

在无机分析中，很少利用金属水合离子本身的颜色进行光度分析，因为它们的吸光系数值都很小。一般都是选适当的试剂，将待测离子转化为有色化合物，再进行测定。这种将试样中被测组分转变成有色化合物的化学反应，叫显色反应。显色反应有氧化还原反应和配位反应。而配位反应最主要，对于显色反应，一般应满足下列标准。

一般标准

⑴选择性好。一种显色剂最好只与被测组分起显色反应。干扰少，或干扰容易消除。

⑵灵敏度高。分光光度法一般用于微量组分的测定，故一般选择生成有色化合物的、吸光度高的显色反应。但灵敏度高后，反应不一定选择性好。故应全面加以考虑。对于高含量组分的测定，不一定选用最灵敏的显色反应。（应考虑选择性）

⑶有色化合物的组成要恒定。化学性质稳定，对于形成不同配位比的配位反应，必须注意控制试验条件，使生成一定组成的配合物，以免引起误差。

⑷有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大。这样显色时的颜色变化鲜明，而且在这种情况下，试剂空白一般较小。一般要求有色化合物的最大吸收波长与显色剂最大吸收波长之差在60nm以上。

R为显色剂，MR为有色化合物。

⑸显色反应的条件要易于控制。如果要求过于严格，难以控制，测定结果的再现性差。

相关反应

多元配合物

多元配合物是由三种或三种以上的组分形成的配合物。目前应用较多的是由一种金属离子与两种配位体所组成的配合物。一般称为“三元配合物”。

三元配合物在分析化学中，尤其在吸光光度分析中应用较普遍。

金属离子

金属离子与显色剂反应时，加入某些长碳气链的季胺盐，动物胶活聚乙烯醇等表面活性剂，可以形成胶束状的化合物，颜色向长波移动（红移），灵敏度会显著提高。

例如稀土元素与二甲酚橙在pH=5.5~6形成红色螯合物，显色的灵敏度不够。如有溴化十六烷基吡啶（CPB）加反应，即生成二甲酚橙：CPB=1：2：2的三元配合物，在pH=8~9时呈蓝紫色，灵敏度提高数倍，适用于痕量稀土元素总量的测定。

条件控制

显色反应能否满足光度法的要求，除了主要与显色剂的性质有关系外，控制好显色反应的条件也是十分重要的。显色条件包括显色剂用量、酸度、显色温度、显色时间及干扰的消除。

试剂用量

M（被测组分）+R（显色剂）= MR（有色化合物）

为了使显色反应尽可能进行完全，加入适当过量的显色剂是必要的。但也不能过量太多，否则会引起副反应，对测定反而不利。在实际工作中，显色剂的适宜用量是通过实验求得的。固定被测组分的浓度和其它条件，分别加入不同量的显色剂，测量吸光度，做吸光度 – 显色剂用量曲线。

溶液酸度

溶液酸度对显色反应的影响可从金属离子、显色剂及有色配合物三方面考虑。

大部分高价金属离子都易水解，显然，金属离子的水解，对于显色反应的进行是不利的，故溶液的酸度不能太低。

显色剂多是有机弱酸，溶液的酸度影响着显色剂的离解，并影响显色反应的完全程度。此外，许多显色剂本身就是酸碱指示剂，溶液的酸度对显色剂本身的颜色会产生改变。

溶液的酸度对有色配合物的组成及稳定性也有影响。因此，某一显色反应最适宜的酸度可通过实验来确定。固定待测组分及显色剂浓度，改变溶液pH，测定其吸光度，做吸光度-pH关系曲线，曲线平坦部分对应的pH为适宜的酸度范围。

显色时间

有些显色反应较慢，需放置使其显色完全。有些显色配合物不够稳定，放置后会产生部分分解，导致吸光度降低，因此适宜的显色时间必须通过实验来确定。从加入显色剂计算时间，每隔几分钟测定一次吸光度，绘制A-t曲线，来确定适宜的时间。

干扰消除

主要有三种：利用掩蔽反应、分离干扰离子。

试剂分类

无机显色剂

许多无机试剂能与金属离子起显色反应，如与氨水反应生成深蓝色的配离子，但多数无机显色剂的灵敏度和选择性都不高。其中性能较好。当有实用价值的无机显色剂列于表7-1：

下表为常用的无机显色剂

有机显色剂

大多数有机显色剂常与金属生成稳定螯合物，有机显色剂中一般都含有生色团和助色团。有机化合物中的不饱和键基团能吸收波长大于200nm的光。这种基团称为广义的生色团。例如偶氮基（- N=N-），醌基等。某些会有环对电子的基团，它们与生色团上的不饱和键相互作用，可以影响有机化合物对光的吸收，使颜色加深。这些基团称为助色团。例如：胺基（-NH2），羟基（-OH）等，以及卤代基（X-）等，它们能与生色团上的不饱和键相互作用，引起永久性的电荷移动，从而减小了分子的激化能，促使试剂对光的最大吸收向长波方向移动。所以这些基团称为助色团。有机显色剂是一般分析工作中常用的显色剂，它能与金属离子生成螯合物。具有以下优点：

⑴颜色鲜明。一般ε＞104，灵敏度高。

⑵稳定，离解常数小。

⑶选择性高，专属性强。

⑷可被有机溶剂萃取，广泛应用于萃取光度法。

有机显色剂种类很多，简单介绍几种：

⑴邻二氮菲

属于NN型螯合显色剂，是测定微量的较好显色剂。显色灵敏度高，ε=1.1*104，λmax=508nm可直接测定Fe2+。反应是特效的，适用还原剂（如盐酸羟氨）将Fe3+还原为Fe2+，然后控制pH=5~6条件下，Fe2+与试剂作用，生成稳定的红色配合物。

⑵双硫腙

属于含硫显色剂，能用于测定Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等多种重金属离子。采用一致的酸度及加入掩蔽剂的办法，可以消除重金属离子之间的干扰。提高反应的选择性。反应灵敏度很高。如Pb2+的双硫腙的配合物：

λmax=520nm q=6.6*104

⑶偶氮胂（铀试剂）

属偶氮类螯合显色剂可在强酸型溶液中与Th（Ⅳ）、Zr（Ⅳ）、U（Ⅳ）等生成稳定的有色配合物。也可以在弱酸性溶液中与稀土金属离子生成稳定的有色配合物。可用于测定稀土的总量。