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指示剂

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中文名；指示剂 外文名；Indicator 应用学科；化学;化学仪器;化学工业 分类；化学试剂中的一类

指示剂，是一类化学试剂。在一定介质条件下，其颜色能发生变化、能产生浑浊或沉淀，以及有荧光现象等。常用它检验溶液的酸碱性；滴定分析中用来指示滴定终点；环境检测中检验有害物。一般分为酸碱指示剂、氧化还原指示剂、金属指示剂、吸附指示剂等。

指示剂用以指示滴定终点的试剂。在各类滴定过程中，随着滴定剂的加入，被滴定物质和滴定剂的浓度都在不断变化，在等当点附近，离子浓度会发生较大变化，能够对这种离子浓度变化作出显示（如改变溶液颜色，生成沉淀等）的试剂就叫指示剂。如果滴定剂或被滴定物质是有色的，它们本身就具有指示剂的作用，如高锰酸钾。

分类

1、酸碱指示剂：指示溶液中H+浓度的变化，是一种有机弱酸或有机弱碱，其酸性和碱性具有不同的颜色。指示剂酸HIn在溶液中的离解常数Ka=[H+][In-]/[HIn]，即溶液的颜色决定于[In-]/[HIn]，而[In-]/[HIn]又决定于[H+]。以甲基橙（Ka=10-3.4）为例，溶液的pH<3.1时，呈酸性，具红色；pH>4.4时，呈碱性，具黄色；而在pH3.1～4.4，则出现红黄的混合色橙色，称之为指示剂的变色范围。不同的酸碱指示剂有不同的变色范围。

2、金属指示剂：络合滴定法所用的指示剂，大多是染料，它在一定pH下能与金属离子络合呈现一种与游离指示剂完全不同的颜色而指示终点。

3、氧化还原指示剂：为氧化剂或还原剂，它的氧化形与还原形具有不同的颜色，在滴定中被氧化（或还原）时，即变色，指示出溶液电位的变化。

4、吸附指示剂：是容量沉淀法中所用的一类指示剂。一般是能被滴定过程中生成的沉淀所吸附而改变其颜色的某些有机染料

5、沉淀滴定指示剂：主要是Ag+与卤素离子的滴定，以铬酸钾、铁铵矾或荧光黄作指示剂。

发展历程

指示剂发展的历史要追溯到17世纪。这种物质在那个古老的年代就已经有许多搞实际工作的化学家在运用了，他们在实验过程中将植物的汁液（即指示剂）搜集整理渍在一小片纸上，然后再在这种试纸上滴一滴他们所研究的溶液，以此来判断他们所研究的化学反应的某些性质。就现今已有的记载看，波义耳是第一个把各种天然植物的汁液用作指示剂的科学家，在这些指示剂中，有的被配成溶液，有的做成试纸.

17世纪

波义耳1627年生于爱尔兰的利兹莫尔堡，1691 年死于伦敦。他的父亲是伯爵考克一世。开始波义耳在伊顿求学，其后游学欧洲大陆，1644年回国，父亲死去后，他过着十分简朴的生活。1654年移居牛津，在高街与大学学院相邻的住宅里，同助手进行了一段时期的抽气机及燃烧等实验工作。1668年，他移居伦敦。他是最早的皇家学会会员之一。1680年波义耳被选为英国皇家学会主席，但他谢绝了这个职务。波义耳是一位出色的实验家，很善于观察事物的一些细微变化。在16 世纪或者更早一点，人们就已经认识到某些植物的汁液具有着色剂的功效，在那个时候，法国人就已经用这些植物的汁液来染丝织品。也有一些人观察到许多植物汁液在某种物质的作用下可改变它们的颜色，例如有人观察到酸能使某些汁液转变成红色，而碱则能够把它们变成绿色和蓝色。但是，因为在那个时候还没有任何人对酸和碱的概念下过确切的定义，所以这些酸和碱能够改变汁液的颜色的化学现象并未受到人们的注意和重视。

科学家才真正开始阐述一些基本的化学概念，其中一个非常重要的概念就是把化合物划分成为酸、碱、盐三大类别，最早和最明确的有关酸的定义便是波义耳作出的。

他所描绘的酸的各种特性中，有一条就是酸能够改变某些植物的汁液的颜色，这也就是人类对指示剂这种物质的最原始的认识。波义耳在他的“颜色的试验”一书中曾描写了怎样用植物的汁液来做指示剂。他曾经使用过的植物的种类很多，其中有紫罗兰、玉米花、玫瑰花、雪米、苏木（即巴西木）、樱草、洋红和石蕊。在书中还介绍了用指示剂制作试纸的方法，以及怎样使用这些试纸：“采用上好的紫罗兰的浆汁（即由这种花里浸渍出来的染料），把这种浆汁滴在一张白纸上，然后再在汁液上滴上2～3滴酒精，以后，当醋或者几乎所有的其他的带酸性溶液（当时已经制出的酸并不多）滴在这种浸有植物的浆汁和酒精的混合物的纸上时，你就会发现浸有植物浆汁的纸立即由蓝色转变成红色。使用这种方法的好处是，在进行实验时出的是，这种发明的生命力是如此的长久，我们的实验室还仍然在经常性的使用这种原始的方法。

在波义耳之后，很多化学家都陆续发表了不少报告，报告都是描述如何把植物的浆汁作为指示剂。

像布尔哈夫（1668 年～1738 年）在他的报告中叙述了怎样利用指示剂来鉴别碱性化合物，他最常使用的指示剂便是紫罗兰和石蕊的汁液。随着指示剂使用的日趋广泛，大家对它的研究更加深入，例如在18 世纪，许多人发现，各种酸并不能使这些指示剂精确地显示出相同的颜色变化。也就是说，各种指示剂的灵敏度不一样，颜色的变化范围不同，各种酸的强度也不相同，因此才造成这种情况。

1729年

法国化学家日夫鲁瓦也曾利用酸碱滴定的方法来测定酸的浓度，例如醋的浓度。他先称出一定重量的碳酸钾固体，然后把它溶解在水中，接着把醋酸一滴一滴地加到碳酸钾溶液中，一直加到不发生气泡为止。从消耗掉的碳酸钾的数量，便可以计算出各种醋的相对浓度。可以看出，格劳贝尔和日夫鲁瓦都是利用发泡的现象来指示酸碱中和反应的终点。

1767年

路易斯曾经假定酸碱中和反应的终点能够运用植物的汁液来显示和标记出来，他在《对美洲草木灰的试验和观察》一书中描述了这样一种简单的测定方法：“在酸碱中和的反应过程中，中和碱液所需要的酸可以一滴一滴地加进去，过去一直是利用发泡现象来观察反应的终点，但是这种方法最终还是存在着一定的缺陷，这种方法不但观察起来很困难，而且也达不到相当高的精确性。如果我们能利用植物的浆汁或者被这些浆汁着色的纸所发生的颜色变化来指示酸碱中和反应的终点，那么就能得到比较明显的结果，这就代替了那种含糊不清的现象（指发泡现象）。”路易斯紧接着介绍了具体的使用方法：“我主要使用的方法是一种十分敏锐的方法。利用一张厚的写字纸，在纸的一端浸渍上石蕊的浆汁，使它沾上蓝色；在纸的另一端又浸渍了石蕊的浆汁和盐酸的混合溶液，正好变成了红色。这时，如果将某些酸一滴一滴地加到碱溶液中去，每加一滴以后就用玻璃棒将溶液搅拌均匀，并用上那种着了颜色的试纸进行检测。如果这种溶液使试纸的红色的一端变成蓝色，那么便说明溶液此时还是呈碱性的，因此需要继续加酸液。

如果它刚好能够使试纸的蓝色的一端变成红色，则说明酸液已经加够了。以后的一百多年内，化学家在酸碱滴定中能使用的天然植物的浆汁的种类不多，并且他们常常认为这些浆汁（例如紫罗兰和石蕊的浆汁）的颜色变化不够清晰和灵敏。因此很多人都想改变这种状况，并且为此而进行了不懈的努力，最后导致了合成指示剂的产生和发展。

1775年

瑞典的贝格曼（1735年～1784年）就曾经指出：“蓝色植物的汁液的变色对各种酸的灵敏程度是不同的，硝酸能使某种蓝色的试纸变成红色；而醋则不能使同一种试纸变色。有的酸能够使蓝色的石蕊汁液变红色，却不能将紫罗兰的汁液转变成红色。由此可以知道，必须对所有的植物汁液（可以用作指示剂的）的灵敏性进行鉴定，然后才可找到一系列合适的指示剂来测定各种酸的相对浓度。”从这一段叙述我们可以看到，当时对指示剂的研究已经到相当深入和细致的阶段了。指示剂的另一种重要的运用领域便是酸碱滴定。

19世纪后

有机合成化学以惊人的速度发展起来，其中尤以合成染料工业的兴起最为引人注目。在这些合成染料中，很多化合物都能够起到指示剂的作用。第一个可供实用并且真正获得成功的合成指示剂便是酚酞，1877年吕克首先提出在酸碱中和反应过程中可以使用酚酞做指示剂，第二年伦奇又提出在酸碱滴定中使用甲基橙。

到了1893 年，有论文记载的合成指示剂已经增加到了十四种之多，随着这些合成剂的数量和品种的增加，以及它们所具备的各种各样的功能，为进一步扩大指示剂的应用范围和发展其理论打下了良好的基础。只需要使用很少量的植物浆汁，就能使颜色的变化非常显著。

变色范围

在实际工作中，肉眼是难以准确地观察出指示剂变色点颜色的微小的改变。人们目测酸碱指示剂从一种颜色变为另一种颜色的过程，只能在一定的pH变化范围内才能发生，即只有当一种颜色相当于另一种颜色浓度的十倍时才能勉强辨认其颜色的变化。在这种颜色变化的同时，介质的pH值则由一个值变到另一个值。当溶液的pH值大于pKHIn时, [In-]将大于[HIn]且当[In-]/[HIn]=10时，溶液将完全呈现碱色成分的颜色，而酸色被遮盖了，这时溶液的 pH=pKHIn + 1。同理，当溶液的pH值小于pKHIn时, [In-]将小于[HIn]且当[In-]/[HIn]=1/10时，溶液将完全呈现酸色成分的颜色，而碱色被遮盖了，这时溶液的 pH=pKHIn - 1。

可见溶液的颜色是在从pH=pKHIn - 1到 pH=pKHIn + 1的范围内变化的，这个范围称为指示剂的变色范围即变色域。在变色范围内，当溶液的pH值改变时，碱色成分和酸色成分的比值随之改变，指示剂的颜色也发生改变。超出这个范围，如pH≥pKHIn + 1时，看到的只是碱色；而在pH≤pKHIn - 1时，则看到的只是酸色。因此指示剂的变色范围约2个pH单位。由于人的视觉对各种颜色的敏感程度不同，加上在变色域内指示剂呈现混合色，两种颜色互相影响观察，所以实际观察结果与理论值有差别，大多数指示剂的变色范围小于2个pH单位。

选择

指示剂选择不当，加之肉眼对变色点辨认困难，都会给测定结果带来误差。因此，在多种指示剂中，选择指示剂的依据是：要选择一种变色范围恰好在滴定曲线的突跃范围之内，或者至少要占滴定曲线突跃范围一部分的指示剂。这样当滴定正好在滴定曲线突跃范围之内结束时，其最大误差不过0.1%，这是容量分析容许的。

参考来源

化学 酸碱指示剂