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指示劑

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中文名；指示劑 外文名；Indicator 應用學科；化學;化學儀器;化學工業 分類；化學試劑中的一類

指示劑，是一類化學試劑。在一定介質條件下，其顏色能發生變化、能產生渾濁或沉澱，以及有熒光現象等。常用它檢驗溶液的酸鹼性；滴定分析中用來指示滴定終點；環境檢測中檢驗有害物。一般分為酸鹼指示劑、氧化還原指示劑、金屬指示劑、吸附指示劑等。

指示劑用以指示滴定終點的試劑。在各類滴定過程中，隨着滴定劑的加入，被滴定物質和滴定劑的濃度都在不斷變化，在等當點附近，離子濃度會發生較大變化，能夠對這種離子濃度變化作出顯示（如改變溶液顏色，生成沉澱等）的試劑就叫指示劑。如果滴定劑或被滴定物質是有色的，它們本身就具有指示劑的作用，如高錳酸鉀。

分類

1、酸鹼指示劑：指示溶液中H+濃度的變化，是一種有機弱酸或有機弱鹼，其酸性和鹼性具有不同的顏色。指示劑酸HIn在溶液中的離解常數Ka=[H+][In-]/[HIn]，即溶液的顏色決定於[In-]/[HIn]，而[In-]/[HIn]又決定於[H+]。以甲基橙（Ka=10-3.4）為例，溶液的pH<3.1時，呈酸性，具紅色；pH>4.4時，呈鹼性，具黃色；而在pH3.1～4.4，則出現紅黃的混合色橙色，稱之為指示劑的變色範圍。不同的酸鹼指示劑有不同的變色範圍。

2、金屬指示劑：絡合滴定法所用的指示劑，大多是染料，它在一定pH下能與金屬離子絡合呈現一種與游離指示劑完全不同的顏色而指示終點。

3、氧化還原指示劑：為氧化劑或還原劑，它的氧化形與還原形具有不同的顏色，在滴定中被氧化（或還原）時，即變色，指示出溶液電位的變化。

4、吸附指示劑：是容量沉澱法中所用的一類指示劑。一般是能被滴定過程中生成的沉澱所吸附而改變其顏色的某些有機染料

5、沉澱滴定指示劑：主要是Ag+與鹵素離子的滴定，以鉻酸鉀、鐵銨礬或熒光黃作指示劑。

發展歷程

指示劑發展的歷史要追溯到17世紀。這種物質在那個古老的年代就已經有許多搞實際工作的化學家在運用了，他們在實驗過程中將植物的汁液（即指示劑）搜集整理漬在一小片紙上，然後再在這種試紙上滴一滴他們所研究的溶液，以此來判斷他們所研究的化學反應的某些性質。就現今已有的記載看，波義耳是第一個把各種天然植物的汁液用作指示劑的科學家，在這些指示劑中，有的被配成溶液，有的做成試紙.

17世紀

波義耳1627年生於愛爾蘭的利茲莫爾堡，1691 年死於倫敦。他的父親是伯爵考克一世。開始波義耳在伊頓求學，其後遊學歐洲大陸，1644年回國，父親死去後，他過着十分簡樸的生活。1654年移居牛津，在高街與大學學院相鄰的住宅里，同助手進行了一段時期的抽氣機及燃燒等實驗工作。1668年，他移居倫敦。他是最早的皇家學會會員之一。1680年波義耳被選為英國皇家學會主席，但他謝絕了這個職務。波義耳是一位出色的實驗家，很善於觀察事物的一些細微變化。在16 世紀或者更早一點，人們就已經認識到某些植物的汁液具有着色劑的功效，在那個時候，法國人就已經用這些植物的汁液來染絲織品。也有一些人觀察到許多植物汁液在某種物質的作用下可改變它們的顏色，例如有人觀察到酸能使某些汁液轉變成紅色，而鹼則能夠把它們變成綠色和藍色。但是，因為在那個時候還沒有任何人對酸和鹼的概念下過確切的定義，所以這些酸和鹼能夠改變汁液的顏色的化學現象並未受到人們的注意和重視。

科學家才真正開始闡述一些基本的化學概念，其中一個非常重要的概念就是把化合物劃分成為酸、鹼、鹽三大類別，最早和最明確的有關酸的定義便是波義耳作出的。

他所描繪的酸的各種特性中，有一條就是酸能夠改變某些植物的汁液的顏色，這也就是人類對指示劑這種物質的最原始的認識。波義耳在他的「顏色的試驗」一書中曾描寫了怎樣用植物的汁液來做指示劑。他曾經使用過的植物的種類很多，其中有紫羅蘭、玉米花、玫瑰花、雪米、蘇木（即巴西木）、櫻草、洋紅和石蕊。在書中還介紹了用指示劑製作試紙的方法，以及怎樣使用這些試紙：「採用上好的紫羅蘭的漿汁（即由這種花里浸漬出來的染料），把這種漿汁滴在一張白紙上，然後再在汁液上滴上2～3滴酒精，以後，當醋或者幾乎所有的其他的帶酸性溶液（當時已經制出的酸並不多）滴在這種浸有植物的漿汁和酒精的混合物的紙上時，你就會發現浸有植物漿汁的紙立即由藍色轉變成紅色。使用這種方法的好處是，在進行實驗時出的是，這種發明的生命力是如此的長久，我們的實驗室還仍然在經常性的使用這種原始的方法。

在波義耳之後，很多化學家都陸續發表了不少報告，報告都是描述如何把植物的漿汁作為指示劑。

像布爾哈夫（1668 年～1738 年）在他的報告中敘述了怎樣利用指示劑來鑑別鹼性化合物，他最常使用的指示劑便是紫羅蘭和石蕊的汁液。隨着指示劑使用的日趨廣泛，大家對它的研究更加深入，例如在18 世紀，許多人發現，各種酸並不能使這些指示劑精確地顯示出相同的顏色變化。也就是說，各種指示劑的靈敏度不一樣，顏色的變化範圍不同，各種酸的強度也不相同，因此才造成這種情況。

1729年

法國化學家日夫魯瓦也曾利用酸鹼滴定的方法來測定酸的濃度，例如醋的濃度。他先稱出一定重量的碳酸鉀固體，然後把它溶解在水中，接着把醋酸一滴一滴地加到碳酸鉀溶液中，一直加到不發生氣泡為止。從消耗掉的碳酸鉀的數量，便可以計算出各種醋的相對濃度。可以看出，格勞貝爾和日夫魯瓦都是利用發泡的現象來指示酸鹼中和反應的終點。

1767年

路易斯曾經假定酸鹼中和反應的終點能夠運用植物的汁液來顯示和標記出來，他在《對美洲草木灰的試驗和觀察》一書中描述了這樣一種簡單的測定方法：「在酸鹼中和的反應過程中，中和鹼液所需要的酸可以一滴一滴地加進去，過去一直是利用發泡現象來觀察反應的終點，但是這種方法最終還是存在着一定的缺陷，這種方法不但觀察起來很困難，而且也達不到相當高的精確性。如果我們能利用植物的漿汁或者被這些漿汁着色的紙所發生的顏色變化來指示酸鹼中和反應的終點，那麼就能得到比較明顯的結果，這就代替了那種含糊不清的現象（指發泡現象）。」路易斯緊接着介紹了具體的使用方法：「我主要使用的方法是一種十分敏銳的方法。利用一張厚的寫字紙，在紙的一端浸漬上石蕊的漿汁，使它沾上藍色；在紙的另一端又浸漬了石蕊的漿汁和鹽酸的混合溶液，正好變成了紅色。這時，如果將某些酸一滴一滴地加到鹼溶液中去，每加一滴以後就用玻璃棒將溶液攪拌均勻，並用上那種着了顏色的試紙進行檢測。如果這種溶液使試紙的紅色的一端變成藍色，那麼便說明溶液此時還是呈鹼性的，因此需要繼續加酸液。

如果它剛好能夠使試紙的藍色的一端變成紅色，則說明酸液已經加夠了。以後的一百多年內，化學家在酸鹼滴定中能使用的天然植物的漿汁的種類不多，並且他們常常認為這些漿汁（例如紫羅蘭和石蕊的漿汁）的顏色變化不夠清晰和靈敏。因此很多人都想改變這種狀況，並且為此而進行了不懈的努力，最後導致了合成指示劑的產生和發展。

1775年

瑞典的貝格曼（1735年～1784年）就曾經指出：「藍色植物的汁液的變色對各種酸的靈敏程度是不同的，硝酸能使某種藍色的試紙變成紅色；而醋則不能使同一種試紙變色。有的酸能夠使藍色的石蕊汁液變紅色，卻不能將紫羅蘭的汁液轉變成紅色。由此可以知道，必須對所有的植物汁液（可以用作指示劑的）的靈敏性進行鑑定，然後才可找到一系列合適的指示劑來測定各種酸的相對濃度。」從這一段敘述我們可以看到，當時對指示劑的研究已經到相當深入和細緻的階段了。指示劑的另一種重要的運用領域便是酸鹼滴定。

19世紀後

有機合成化學以驚人的速度發展起來，其中尤以合成染料工業的興起最為引人注目。在這些合成染料中，很多化合物都能夠起到指示劑的作用。第一個可供實用並且真正獲得成功的合成指示劑便是酚酞，1877年呂克首先提出在酸鹼中和反應過程中可以使用酚酞做指示劑，第二年倫奇又提出在酸鹼滴定中使用甲基橙。

到了1893 年，有論文記載的合成指示劑已經增加到了十四種之多，隨着這些合成劑的數量和品種的增加，以及它們所具備的各種各樣的功能，為進一步擴大指示劑的應用範圍和發展其理論打下了良好的基礎。只需要使用很少量的植物漿汁，就能使顏色的變化非常顯著。

變色範圍

在實際工作中，肉眼是難以準確地觀察出指示劑變色點顏色的微小的改變。人們目測酸鹼指示劑從一種顏色變為另一種顏色的過程，只能在一定的pH變化範圍內才能發生，即只有當一種顏色相當於另一種顏色濃度的十倍時才能勉強辨認其顏色的變化。在這種顏色變化的同時，介質的pH值則由一個值變到另一個值。當溶液的pH值大於pKHIn時, [In-]將大於[HIn]且當[In-]/[HIn]=10時，溶液將完全呈現鹼色成分的顏色，而酸色被遮蓋了，這時溶液的 pH=pKHIn + 1。同理，當溶液的pH值小於pKHIn時, [In-]將小於[HIn]且當[In-]/[HIn]=1/10時，溶液將完全呈現酸色成分的顏色，而鹼色被遮蓋了，這時溶液的 pH=pKHIn - 1。

可見溶液的顏色是在從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。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。

選擇

指示劑選擇不當，加之肉眼對變色點辨認困難，都會給測定結果帶來誤差。因此，在多種指示劑中，選擇指示劑的依據是：要選擇一種變色範圍恰好在滴定曲線的突躍範圍之內，或者至少要占滴定曲線突躍範圍一部分的指示劑。這樣當滴定正好在滴定曲線突躍範圍之內結束時，其最大誤差不過0.1%，這是容量分析容許的。

參考來源

化學 酸鹼指示劑