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醫(yī)用化學(xué):第二節(jié) 酸堿指示劑

酸堿指示劑是一類在其特定的PH值范圍內(nèi),隨溶液PH值改變而變色的化合物,通常是有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿。當(dāng)溶液PH值發(fā)生變化時(shí),指示劑可能失去質(zhì)子由酸色成分變?yōu)閴A色成分,也可能得到質(zhì)子由堿色成分變?yōu)樗嵘煞;在轉(zhuǎn)變過程中,由于指示劑本身結(jié)構(gòu)的改變,從而引起溶液顏…

酸堿指示劑是一類在其特定的PH值范圍內(nèi),隨溶液PH值改變而變色的化合物,通常是有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿。當(dāng)溶液PH值發(fā)生變化時(shí),指示劑可能失去質(zhì)子由酸色成分變?yōu)閴A色成分,也可能得到質(zhì)子由堿色成分變?yōu)樗嵘煞;在轉(zhuǎn)變過程中,由于指示劑本身結(jié)構(gòu)的改變,從而引起溶液顏色的變化。指示劑的酸色成分或堿色成分是一對(duì)共軛酸堿。

一、指示劑的變色原理

現(xiàn)以弱酸型指示劑(如酚酞)為例,說明酸堿指示劑的變色原理。

弱酸型酸堿指示劑在溶液中存在下列平衡:

HIn表示弱酸的分子,為酸色成分;In-是弱酸分子離解出H+以后的復(fù)雜離子,為堿色成分。酚酞的酸色成分是無色的,堿色的成分則呈紅色。根據(jù)平衡原理:

或 

將等式兩邊各取負(fù)對(duì)數(shù)得:

(3-8)

由式(3-8)可知,溶液的顏色決定于堿色成分的濃度比值,而此比值又與PH和PHHin值有關(guān)。一定溫度下,對(duì)指定的某種指示劑,PHHin是一常數(shù)。所以堿色成分與酸色成的濃度比值隨溶液PH值的改變而變化,溶液的顏色也隨之改變。例如,在酚酞指示劑溶液中加入酸時(shí),H+就大量增多,使酚酞的離解m.f1411.cn/shouyi/平衡向左移動(dòng),這時(shí)酸色成分增多,堿色成分減少,溶液的顏色以酸色為主,酚酞在酸液中是無色的。反之,如向溶液中加堿時(shí),則平衡向右移動(dòng),堿色成分增加,酸色成分減少,溶液的顏色就以堿色為主,酚酞在堿液中是紅色的。所以指示劑可用以指示溶液的酸堿性或測(cè)定溶液的PH值。

上述弱酸指示劑的變色原理,同樣適用于弱堿指示劑。

二、指示劑的變色范圍和變色點(diǎn)

由式(3-8)可以看出,當(dāng)溶液的PH值大于PKHin時(shí),[ In-]將大于[HIn],溶液的顏色將以堿色為主。反之,當(dāng)溶液的PH值小于PKHin時(shí),[In-]就小于[HIn],溶液的顏色將以酸色為主。通常當(dāng)[ In-]/[HIn]=10時(shí),即堿色成分的濃度是酸色成分濃度10倍時(shí),溶液將完全呈現(xiàn)堿色成分的顏色,而酸色被遮蓋了。這量溶液的PH值為:

即 pH=pKHIn+1

同理,當(dāng)[In-]/[HIn]=1/10時(shí),即酸色成分濃度是堿色成分濃度10倍時(shí),溶液的顏色將完全呈現(xiàn)指示劑的酸色。這時(shí)溶液的PH值為:

即 pH=pKHIn-1

可見溶液的顏色是在PH=PKHin-1到 PH= PKHin+1的范圍內(nèi)變化的,這個(gè)范圍稱為指示劑的變色范圍即變色域。在變色范圍內(nèi),當(dāng)溶液的PH值改變時(shí),堿色成分和酸色成分的比值隨之改變,指示劑的顏色也發(fā)生改變。超出這個(gè)范圍,如Ph≥PKHin+1時(shí),看到的只是堿色;而在PH ≤PKHin-1時(shí),則看到的只是酸色。因此指示劑的變色范圍約2個(gè)PH單位。當(dāng)[In-]/[HIn]=1即PH= PKHin時(shí),稱為指示劑的變色點(diǎn)。由于人的視覺對(duì)各種顏色的敏感程度不同,加上在變色域內(nèi)指示劑呈現(xiàn)混合色,兩種顏色互相影響觀察,所以實(shí)際觀察結(jié)果與理論值有差別,大多數(shù)指示劑的變色范圍小于2個(gè)PH單位。表3-4列出了常用指示劑的變色范圍。

表3-4 幾種常用的酸堿指示劑

酸堿指示劑變色范圍PKHin顏色濃度用量
酸色堿色(滴/10mL試液)
百里酚藍(lán)(麝香草酚藍(lán))1.2~2.81.650.1%的20%酒精溶液1~2
甲基黃2.9~4.03.30.1%的90%酒精溶液1
甲基橙3.1~4.43.400.05%的水溶液1
溴酚藍(lán)3.0~4.63.85藍(lán)紫0.1%的20%酒精溶液或其鈉鹽水溶液1
甲基紅4.4~6.24.950.1%的60%酒精溶液或其鈉鹽水溶液1
溴百里酚藍(lán)(溴麝香草酚藍(lán))6.2~7.67.1藍(lán)0.1%的20%酒精溶液或其鈉鹽水溶液1
中性紅6.8~8.07.40.1%的60%酒精溶液1
酚紅6.7~8.47.90.1%的60%酒精溶液或其鈉鹽水溶液1
酚酞8.0~10.09.1m.f1411.cn/kuaiji/0.5%的90%酒精溶液1~3
百里酚酞(麝香草酚酞)9.4~10.610.0藍(lán)0.1%的90%酒精溶液1~2

在測(cè)定溶液的PH值時(shí),也常用混合指示劑,它是把許多范圍不同的指示劑混合起來,使其在不同的PH值范圍內(nèi)顯示不同的顏色。一種可以測(cè)定PH4-10范圍內(nèi)溶液酸度的混合指示劑的配方是:百里酚藍(lán)0.01g,溴百里酚藍(lán)1.20g,甲基紅0.32g,酚酞1.20g.配制時(shí),可將上述指示劑按配方稱取,然后研勻,用200mL95%酒精潤(rùn)濕并溶解,加蒸餾水150mL稀釋,用0.1mol·L-1的NaOH溶液中和至溶液顯綠色,再加水至400mL。其PH值為8.1。它在不同酸度的溶液中顯出不同的顏色。例如:

PH:   4 5 6 7 8 9 10

顏色: 紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫

為了使用方便起見,也可用混合指示劑溶液將試紙潤(rùn)濕,涼干制成PH試紙供測(cè)試之用。

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