醫用化學/酸鹼指示劑

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醫用化學

PH值與緩衝溶液
- 水的離子積和溶液的PH值
- 酸鹼指示劑
- 鹽類溶液的PH值
- 緩衝溶液

酸鹼指示劑是一類在其特定的PH值範圍內，隨溶液PH值改變而變色的化合物，通常是有機弱酸或有機弱鹼。當溶液PH值發生變化時，指示劑可能失去質子由酸色成分變為鹼色成分，也可能得到質子由鹼色成分變為酸色成分；在轉變過程中，由於指示劑本身結構的改變，從而引起溶液顏色的變化。指示劑的酸色成分或鹼色成分是一對共軛酸鹼。

一、指示劑的變色原理

現以弱酸型指示劑（如酚酞）為例，說明酸鹼指示劑的變色原理。

弱酸型酸鹼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+以後的複雜離子，為鹼色成分。酚酞的酸色成分是無色的，鹼色的成分則呈紅色。根據平衡原理：

或　

將等式兩邊各取負對數得：

或（3-8）

由式（3-8）可知，溶液的顏色決定於鹼色成分的濃度比值，而此比值又與PH和PHHin值有關。一定溫度下，對指定的某種指示劑，PHHin是一常數。所以鹼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，H+就大量增多，使酚酞的離解平衡向左移動，這時酸色成分增多，鹼色成分減少，溶液的顏色以酸色為主，酚酞在酸液中是無色的。反之，如向溶液中加鹼時，則平衡向右移動，鹼色成分增加，酸色成分減少，溶液的顏色就以鹼色為主，酚酞在鹼液中是紅色的。所以指示劑可用以指示溶液的酸鹼性或測定溶液的PH值。

上述弱酸指示劑的變色原理，同樣適用於弱鹼指示劑。

二、指示劑的變色範圍和變色點

由式（3-8）可以看出，當溶液的PH值大於PKHin時，［ In-］將大於［HIn］，溶液的顏色將以鹼色為主。反之，當溶液的PH值小於PKHin時，［In-］就小於［HIn］，溶液的顏色將以酸色為主。通常當［ In-］/［HIn］=10時，即鹼色成分的濃度是酸色成分濃度10倍時，溶液將完全呈現鹼色成分的顏色，而酸色被遮蓋了。這量溶液的PH值為：

即 pH=pK_HIn+1

同理，當［In-］/［HIn］=1/10時，即酸色成分濃度是鹼色成分濃度10倍時，溶液的顏色將完全呈現指示劑的酸色。這時溶液的PH值為：

即　pH＝pK_HIn－1

可見溶液的顏色是在PH=PKHin-1到 PH= PKHin+1的範圍內變化的，這個範圍稱為指示劑的變色範圍即變色域。在變色範圍內，當溶液的PH值改變時，鹼色成分和酸色成分的比值隨之改變，指示劑的顏色也發生改變。超出這個範圍，如Ph≥PKHin+1時，看到的只是鹼色；而在PH ≤PKHin-1時，則看到的只是酸色。因此指示劑的變色範圍約2個PH單位。當［In-］/［HIn］=1即PH= PKHin時，稱為指示劑的變色點。由於人的視覺對各種顏色的敏感程度不同，加上在變色域內指示劑呈現混合色，兩種顏色互相影響觀察，所以實際觀察結果與理論值有差別，大多數指示劑的變色範圍小於2個PH單位。表3-4列出了常用指示劑的變色範圍。

表3-4　幾種常用的酸鹼指示劑

酸鹼指示劑	變色範圍	PKHin	顏色		濃度	用量
酸鹼指示劑	變色範圍	PKHin	酸色	鹼色	濃度	(滴/10mL試液)
百里酚藍（麝香草酚藍）	1.2～2.8	1.65	紅	黃	0.1%的20%酒精溶液	1～2
甲基黃	2.9～4.0	3.3	紅	黃	0.1%的90%酒精溶液	1
甲基橙	3.1～4.4	3.40	紅	黃	0.05%的水溶液	1
溴酚藍	3.0～4.6	3.85	黃	藍紫	0.1%的20%酒精溶液或其鈉鹽水溶液	1
甲基紅	4.4～6.2	4.95	紅	黃	0.1%的60%酒精溶液或其鈉鹽水溶液	1
溴百里酚藍(溴麝香草酚藍)	6.2～7.6	7.1	黃	藍	0.1%的20%酒精溶液或其鈉鹽水溶液	1
中性紅	6.8～8.0	7.4	紅	黃	0.1%的60%酒精溶液	1
酚紅	6.7～8.4	7.9	黃	紅	0.1%的60%酒精溶液或其鈉鹽水溶液	1
酚酞	8.0～10.0	9.1	無	紅	0.5%的90%酒精溶液	1～3
百里酚酞(麝香草酚酞)	9.4～10.6	10.0	無	藍	0.1%的90%酒精溶液	1～2

在測定溶液的PH值時，也常用混合指示劑，它是把許多範圍不同的指示劑混合起來，使其在不同的PH值範圍內顯示不同的顏色。一種可以測定PH4-10範圍內溶液酸度的混合指示劑的配方是：百里酚藍0.01g，溴百里酚藍1.20g,甲基紅0.32g,酚酞1.20g.配製時,可將上述指示劑按配方稱取,然後研勻,用200mL95%酒精潤濕並溶解,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　紫

為了使用方便起見，也可用混合指示劑溶液將試紙潤濕，涼干製成PH試紙供測試之用。