1 第四章 比色分析及分光光度法
Colorimetric and Spectrophotometric Analysis
§1 概述
许多物质本身具有明显的颜色，例如KMnO4溶液显紫色，K2Cr2O7溶液显橙色等。另外，有些物质本身并无颜色，或者颜色并不明显，可是当它们与某些化学试剂反应后，则可以生成有明显颜色的物质，例如Fe3+本身具有黄色，当与一定量的KSCN试剂反应后，生成的Fe(SCN)3具有血红色；浅蓝色的Cu2+与氨水作用后，则生成深蓝色的Cu(NH3) 42+。当这些有色物质溶液的浓度改变时，溶液颜色的深浅液会改变。浓度越大，颜色越深；浓度越小，颜色越浅。因此，可以肯定地说，溶液颜色的深浅与有色物质的含量之间有一定的关系。在分析化学中，把这种基于比较有色物质溶液的颜色深浅以确定物质含量的分析方法称为比色分析。
实践证明，无论物质有无颜色，当一定波长的光通过该物质的溶液中时，根据物质对光的吸收程度，也可以确定该物质的含量。这种方法称为分光光度法。目前的比色分析常用分光光度计将光源变为单色光，并选择对待测物质具有最大吸收的单色光进行比色测定。
比色分析法、分光光度法与前面所讲的容量分析法、重量分析法相比，具有以下优点：
1.灵敏度高 比色分析法和分光光度法测定物质的浓度，下限一般可以达到10-5～10-6
mol/L，可以测定相当于含量0.001～0.0001%的微量组分。如果将被测物质加以富集，灵敏度还可以提高。
2.准确度高 一般比色分析的相对误差为5～20%，分光光度法的相对误差为2～5%，其准确度虽不如容量分析及重量分析，但对微量组分来说，这个灵敏度还是可以的，因为微量组分用容量分析及重量法已无法测定，更谈不上准确了。例如1滴KMnO4滴入100mL水中时，仍可得到明显的适于比色分析的颜色，但这一滴溶液在滴定分析中只相当于它的误差的大小，根本无法进行准确测定。由此看来，比色法的准确度较高，可进行微量组分的分析。
目视比色法常用的标准系列法
目视比色法常用的标准系列法主要有以下几种：
1. 标准比例法（Standard Ratio Method）：通过比较待测物质与已知浓度标准溶液混合后的颜色深浅，确定待测物质的浓度。
2. 标准溶液法（Standard Solution Method）：通过在一系列已知浓度的标准溶液中选择与待测物质颜色相似的溶液，确定待测物质的浓度。
3. 比色镜法（Colorimeter Method）：使用色度计或比色镜测定待测物质的吸光度或透光度，从而确定其浓度。
4. 颜色圆盘法（Color Disc Method）：通过将待测物质与标准溶液分别放置在颜色圆盘上进行比较，从而确定其浓度。
5. 双波长法（Dual wavelength Method）：通过在不同波长下测定待测物质的吸光度，利用比色公式计算浓度。
这些标准系列法在分析化学中广泛应用，具有操作简便、结果准确等优点。根据具体实验需求，选择适合的标准系列法进行测定。
目视比色法和分光光度法的分析和比较
2015年12月5日
龙浪 李珂璇 王宇鑫 李嘉浩 程卫东 王佳佳
临床医学院
指导教师：徐尧
一、摘要
本讨论报告通过分析和比较目视比色法和分光光度法两种比色法的主要优缺点，即目视比色法操作简便但精度较低，分光光度法精确度较高但对溶液的性质要求较高；并且结合实例说明两种比色法各自的适用范围和浓度限制，即两种比色方法分别在光的波长、物质的组分、以及对朗伯-比尔定律的符合情况上有不同的适用范围，并给出了适用的吸光度范围（0.2-0.8）和浓度范围。由此针对不同情况给出了不同的选择方案。这对实际的研究和生产生活具有指导性的意义。
二、前言
在确定有色溶液待测组分含量时，常常可以通过比较和测量溶液的颜色来进行，这种方法叫做比色法。早在19世纪30-40年代，比色法就开始作为一种定量分析的方法被应用到研究和生产中。常用的比色法有目视比色法和分光光度法两种，其中前者主要通过眼睛观察得出结论，后者借助光电比色计进行。由于这两种比色方法的实际应用非常广泛，因此分析和比较两种方法对于方法的优化显得尤为重要。
三、内容
（一）两种比色方法优缺点比较
1.目视比色法
1）优点
（1）比色时操作简便，成本较低
相比分光光度法，目视比色法不需要动用分光光度计，只需要几个比色管便可以完成测定，因此显得仪器设备简单，操作简便，使用成本低。同时节省了电能，有利于能源的节约和保护。在分析大批试样时，其优势就显得更加明显，大大节省了人力、物力、财力以及测定消耗时间。
在本实验中，我们仅需配置5个标准溶液，便可直接在比色管架上进行比较，与分光光度法中所需的多次清洗比色皿的操作要求相比比较简易。
（2）适用范围较广，可用于不严格符合Lambert-Beer定律的情况
目视比色法是通过比较通过光的强度来测定组分含量，可以在白光下进行[2]，因此对于有些不严格符合Lambert-Beer定律的显色反应也是适用的。例如在用碘量比色法测定油脂中过氧化值时，碘和淀粉反应的特征蓝色只有在含碘量在2~10μg[6]时才较为严格地符合Lambert-Beer定律，因此只要反应产生的碘稍稍过量或不足，使用分光光度法测定就会产生较大误差，只能使用目视光度法。
目视比色法水中铁含量的测定方法：
〔实验原理〕 常以总铁量（mg/L）来表示水中铁的含量。测定时可以用硫氰酸钾比色法。 Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3（红色）
（1）配制硫酸铁铵标准液 称取0.8634 g分析纯的NH4Fe(SO4)2·12H2O溶于盛在锥形瓶中的50 mL蒸馏水中，加入20
mL 98％的浓硫酸，振荡混匀后加热，片刻后逐滴加入0.2 mol/L的
KMnO4溶液，每加1滴都充分振荡混匀，直至溶液呈微红色为止。
将溶液注入l 000 mL的容量瓶，加入蒸馏水稀释至l 000 mL。此溶液
含铁量为0.1 mg/mL。 （2）配制硫氰酸钾溶液 称取50 g分析纯的硫氰酸钾晶体，溶于50
mL蒸馏水中，过滤后备用。
（3）配制硝酸溶液 取密度为1.42 g/cm3的化学纯的硝酸191 mL慢慢加入200 mL蒸馏水中，边加边搅拌，然后用容量瓶稀释至500 mL。
2．配制标准比色液 取六支同规格的50 mL比色管，分别加入0.1 mL、0.2 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL硫酸铁铵标准液，加蒸馏
水稀释至40 mL后再加5 mL硝酸溶液和1滴2 mol/L KMnO4溶液，
稀释至50 mL，最后加入l mL硫氰酸钾溶液混匀，放在比色架上作比色用。 3．测定水样的含铁总量 取水样40 mL装入洁净的锥形瓶
中，加入5 mL硝酸溶液并加热煮沸数分钟。冷却后倾入与标准比色液所用相同规格的比色管中，用蒸馏水稀释至50 mL处，最后加入1
mL硫氰酸钾溶液，混匀后与上列比色管比色，得出结果后用下式进
行计算并得到结论。
