比色分析法理論依據(jù)

物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系

光是一種電磁波，自然是由不同波長(zhǎng)(400～700nm)的電磁波按一定比例組成的混合光，通過(guò)棱鏡可分解成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各種顏色相連續(xù)的可見(jiàn)光譜。如把兩種光以適當(dāng)比例混合而產(chǎn)生白光感覺(jué)時(shí)，則這兩種光的顏色互為補(bǔ)色。

當(dāng)白光通過(guò)溶液時(shí)，如果溶液對(duì)各種波長(zhǎng)的光都不吸收，溶液就沒(méi)有顏色。如果溶液吸收了其中一部分波長(zhǎng)的光，則溶液就呈現(xiàn)透過(guò)溶液后剩余部分光的顏色。例如，我們看到KMnO₄溶液在白光下呈紫色，就是因?yàn)榘坠馔高^(guò)溶液時(shí)，綠色光大部分被吸收，而紫色光透過(guò)溶液。同理，CuSO₄溶液能吸收黃色光，所以溶液呈藍(lán)色。由此可見(jiàn)，有色溶液的顏色是被吸收光顏色的補(bǔ)色。吸收越多，則補(bǔ)色的顏色越深。比較溶液顏色的深度，實(shí)質(zhì)上就是比較溶液對(duì)它所吸收光的吸收程度。表10-1列出了溶液的顏色與吸收光顏色的關(guān)系。

朗伯-比爾定律

朗伯-比爾定律（Beer-Lambert Law），是光吸收的基本定律，適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質(zhì)，包括氣體、固體、液體、分子、原子和離子。朗伯吸收定律的數(shù)學(xué)表示為I_t=I₀exp[-al]。其中A是吸收率，表示單位厚度的媒質(zhì)吸收光功率的百分?jǐn)?shù)。如果媒質(zhì)是均勻透明溶液，則對(duì)光的吸收量應(yīng)與溶液內(nèi)單位長(zhǎng)度光路上的吸收分子數(shù)目成正比，這又與溶液的濃度C成正比，所以吸收率A也與濃度C成正比：A=βC，β是溶液對(duì)波長(zhǎng)久的吸收系數(shù)，僅由媒質(zhì)分子決定，與溶液濃度C無(wú)關(guān)。比爾-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光電比色法的定量基礎(chǔ)。光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目 。

元素不同價(jià)態(tài)的離子都有著該元素離子特定的顏色。比如二價(jià)銅離子是藍(lán)色的，而一價(jià)銅離子卻是無(wú)色的；三價(jià)鉻離子是綠色的，而六價(jià)鉻離子則是棕色的。離子除了各自特定的顏色以外，這種顏色深淺還與離子的濃度有嚴(yán)格的線性關(guān)系，只要沒(méi)有其他干擾因素，離子的這種顏色與在溶液中的濃度的比例關(guān)系，可以用來(lái)對(duì)溶液中的離子濃度進(jìn)行對(duì)比分析。這種通過(guò)離子顏色來(lái)分析溶液中離子濃度的方法稱為比色分析法。

具體的做法是預(yù)先將需要確定其含量的鍍液配制成標(biāo)準(zhǔn)濃度的標(biāo)準(zhǔn)液。然后用蒸餾水按不同等分地稀釋成比如80%、70%、60%、50%等不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)液。裝進(jìn)干凈的試管中備用。當(dāng)需要對(duì)待測(cè)的工作液進(jìn)行濃度分析時(shí)，只要取同樣的試管，將被測(cè)液裝進(jìn)試管后，拿來(lái)與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液試管進(jìn)行顏色的對(duì)比，總可以找到一個(gè)與之相同或接近的標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)確定被測(cè)液的濃度。

比色分析法目視比色法

常用的目視比色法為標(biāo)準(zhǔn)系列法，是借助于與一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比較以測(cè)定樣品溶液濃度的方法。用一套由相同質(zhì)料制造的、形狀大小相同的比色管(容量有10、25、50及100ml等)，將一系列不同量的已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液依次加入各比色管中，再分別加入等量的顯色劑及其他試劑，并控制其他實(shí)驗(yàn)條件相同，最后稀釋至同樣體積，這樣便配成一套顏色逐漸加深的標(biāo)準(zhǔn)色階。將一定量的被測(cè)試液置于另一比色管中，在同樣條件下進(jìn)行顯色，并稀釋至同樣體積。從管口垂直向下注視，若試液與標(biāo)準(zhǔn)系列中某溶液的顏色深度相同，則說(shuō)明這兩只比色管中溶液的濃度相等;若被測(cè)試液的顏色深度介于相鄰兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液之間，則試液濃度也就介于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度之間。

標(biāo)準(zhǔn)系列法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，適宜于大批樣品的分析。其缺點(diǎn)是靠人的眼睛來(lái)觀察顏色的深度，有主觀誤差，因而準(zhǔn)確度較差，2017年多為光電比色法所代替。

比色分析法光電比色法

光電比色法借助于光電比色計(jì)來(lái)測(cè)量一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，繪制工作曲線，然后根據(jù)被測(cè)試液的吸光度，從工作曲線上求得其濃度或含量。

光電比色法與目視比色法原理上并不完全一樣，光電比色法是比較有色溶液對(duì)某一波長(zhǎng)光的吸收情況，而目視比色法是比較透過(guò)光的強(qiáng)度。例如測(cè)定溶液中KMnO₄溶液的含量，光電比色法測(cè)量的是KMnO₄溶液對(duì)黃綠色光的吸收情況;目視比色法是比較KMnO₄溶液紅紫色光透過(guò)的強(qiáng)度。

比色分析具有簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微量組分的測(cè)定。通常測(cè)定含量在10^-1～10^-4mg/L的痕量組分。比色分析如同其他儀器分析一樣，也具有相對(duì)誤差較大(一般為1%～5%)的缺點(diǎn)。但對(duì)于微量組分測(cè)定來(lái)講，由于絕對(duì)誤差很小，測(cè)定結(jié)果也是令人滿意的。在現(xiàn)代儀器分析中，60%左右采用或部分采用了這種分析方法。在水處理中，比色分析被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)分析。

比色分析簡(jiǎn)便、快速，所用儀器不復(fù)雜，若使用新的特效有機(jī)顯色劑和配合掩蔽劑，?？刹唤?jīng)分離而直接測(cè)定。因此比色分析已成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面測(cè)定微量及痕量組分廣泛應(yīng)用的方法。幾乎所有的無(wú)機(jī)離子和許多有機(jī)化合物都可直接或間接用光電比色測(cè)定。

例如水中氯離子、硝酸根及鐵離子的測(cè)定，鋼中硅、磷、錳的測(cè)定，各種化學(xué)試劑中痕量金屬雜質(zhì)的測(cè)定，以及在鎳、鈷、 鐵、錳氧化物的混合物中常量組分的測(cè)定等。 為預(yù)防鉛中毒，需對(duì)一些金屬(銅、鐵等)制品中混入的微量鉛雜質(zhì)、大氣或水中的微量鉛進(jìn)行分析，大多采用比色法。

比色計(jì)是通過(guò)被測(cè)溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液顏色的比較，進(jìn)行定量分析的儀器，是一種測(cè)量材料彩色特征的儀器。比色計(jì)主要用途是對(duì)所測(cè)材料的顏色、色調(diào)、色值進(jìn)行測(cè)定及分析。比色計(jì)可以分為目視比色計(jì)和光電比色計(jì)兩種。而比較測(cè)色儀（羅維朋比色計(jì)）就是一種新一代的目視顏色測(cè)量?jī)x器，它采用了國(guó)際公認(rèn)的專用色標(biāo)─羅維朋色標(biāo)度來(lái)測(cè)量各種液體、膠體、固體和粉末樣品的色度。