ในบรรดาสารอินทรีย์ที่หลากหลาย มีสารประกอบพิเศษที่มีลักษณะการเปลี่ยนสีในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ก่อนการถือกำเนิดของเครื่องวัดค่า pH อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย ตัวบ่งชี้เป็น "เครื่องมือ" ที่ขาดไม่ได้สำหรับการกำหนดตัวบ่งชี้กรดเบสของสิ่งแวดล้อม และยังคงถูกใช้ในห้องปฏิบัติการในฐานะสารเสริมในเคมีวิเคราะห์และในกรณีที่ไม่มีอุปกรณ์ที่จำเป็น.
ตัวชี้วัดคืออะไร
ในขั้นต้น คุณสมบัติของสารเหล่านี้ในการเปลี่ยนสีในสื่อต่างๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการมองเห็นคุณสมบัติความเป็นกรด-เบสของสารในสารละลาย ซึ่งช่วยในการกำหนดไม่เพียงแต่ลักษณะของตัวกลางเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการวาด ข้อสรุปเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น โซลูชันตัวบ่งชี้ยังคงใช้ต่อไปในการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการเพื่อกำหนดความเข้มข้นของสารโดยการไทเทรต และช่วยให้คุณเรียนรู้วิธีการใช้วิธีการชั่วคราวสำหรับการขาดเครื่องวัดค่า pH ที่ทันสมัย
มีสารดังกล่าวหลายสิบชนิด ซึ่งแต่ละชนิดมีความอ่อนไหวต่อพื้นที่ที่ค่อนข้างแคบ โดยทั่วไปแล้วจะไม่เกิน 3 จุดในระดับข้อมูล ต้องขอบคุณโครโมฟอร์ที่หลากหลายและมีกิจกรรมที่ต่ำระหว่างกัน นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถสร้างอินดิเคเตอร์ที่เป็นสากลซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการและสภาพการผลิต
ตัวชี้วัด pH ที่ใช้มากที่สุด
เป็นที่น่าสังเกตว่านอกจากคุณสมบัติในการระบุตัวแล้ว สารประกอบเหล่านี้ยังมีความสามารถในการย้อมที่ดี ซึ่งช่วยให้นำไปใช้ในการย้อมผ้าในอุตสาหกรรมสิ่งทอได้ จากตัวบ่งชี้สีจำนวนมากในวิชาเคมี ที่มีชื่อเสียงและใช้กันมากที่สุดคือเมทิลออเรนจ์ (เมทิลออเรนจ์) และฟีนอฟทาลีน ปัจจุบันมีการใช้โครโมฟอร์อื่นๆ ผสมกัน หรือสำหรับการสังเคราะห์และปฏิกิริยาเฉพาะ
เมทิลออเรนจ์
สีย้อมหลายชนิดได้รับการตั้งชื่อตามสีหลักในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง ซึ่งก็เป็นความจริงสำหรับโครโมฟอร์นี้เช่นกัน เมทิลออเรนจ์เป็นสีย้อมเอโซที่มีการจัดกลุ่ม - N=N - ในองค์ประกอบซึ่งมีหน้าที่ในการเปลี่ยนสีของตัวบ่งชี้เป็นสีแดงในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและเป็นสีเหลืองในสีอัลคาไลน์ สารประกอบอะโซเองก็ไม่ใช่เบสที่แข็งแรง อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของกลุ่มผู้บริจาคอิเล็กตรอน (‒ OH, ‒ NH2, ‒ NH (CH3), ‒ N (CH 3)2 และอื่นๆ) เพิ่มพื้นฐานของอะตอมไนโตรเจนตัวใดตัวหนึ่งซึ่งสามารถเกาะติดไฮโดรเจนโปรตอนตามหลักการผู้บริจาค-ผู้รับ ดังนั้น เมื่อเปลี่ยนความเข้มข้นของไอออน H+ ในสารละลาย จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของสีของตัวบ่งชี้กรด-เบสได้
เพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำส้มเมทิล
รับเมทิลออเรนจ์โดยทำปฏิกิริยากับไดอะโซไทเซชันของกรดซัลฟานิลิก C6H4(SO3H)NH2 ตามด้วยส่วนผสมของไดเมทิลลานิลีน C6H5N(CH3)2. กรดซัลฟานิลิกละลายในสารละลายโซเดียมอัลคาไลโดยเติมโซเดียมไนไตรต์ NaNO 2จากนั้นทำให้เย็นด้วยน้ำแข็งเพื่อทำการสังเคราะห์ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับ 0°C มากที่สุดและเติมกรดไฮโดรคลอริก HCl ถัดไปเตรียมสารละลายไดเมทิลอะนิลีนแยกต่างหากใน HCl ซึ่งเทลงในสารละลายแรกเมื่อเย็นตัวลงเพื่อให้ได้สีย้อม มันถูกทำให้เป็นด่างเพิ่มเติม และผลึกสีส้มเข้มตกตะกอนจากสารละลาย ซึ่งหลังจากผ่านไปหลายชั่วโมง จะถูกกรองออกและทำให้แห้งในอ่างน้ำ
ฟีนอฟทาลีน
โครโมโซมนี้ได้ชื่อมาจากการเพิ่มชื่อของสารทำปฏิกิริยาทั้งสองชนิดที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ สีของตัวบ่งชี้มีความโดดเด่นในการเปลี่ยนสีในตัวกลางที่เป็นด่างโดยได้สีราสเบอร์รี่ (แดง-ม่วง, ราสเบอร์รี่-แดง) ซึ่งจะไม่มีสีเมื่อสารละลายมีความเป็นด่างสูง ฟีนอล์ฟทาลีนสามารถมีได้หลายรูปแบบขึ้นอยู่กับ pH ของสิ่งแวดล้อม และในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดอย่างแรง ฟีนอฟทาลีนจะมีสีส้ม
โครโมโซมนี้ผลิตขึ้นจากการควบแน่นของฟีนอลและฟทาลิกแอนไฮไดรด์ต่อหน้าซิงค์คลอไรด์ ZnCl2 หรือกรดซัลฟิวริกเข้มข้น H2 SO 4. ในสถานะของแข็ง โมเลกุลฟีนอฟทาลีนจะเป็นผลึกไม่มีสี
ก่อนหน้านี้ฟีนอล์ฟทาลีนถูกใช้อย่างแข็งขันในการสร้างยาระบาย แต่ค่อยๆ ลดการใช้ลงอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากคุณสมบัติสะสมที่กำหนดไว้
สารสีน้ำเงิน
ตัวบ่งชี้นี้เป็นหนึ่งในรีเอเจนต์แรกที่ใช้กับสื่อที่เป็นของแข็ง สารสีน้ำเงินเป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของสารประกอบธรรมชาติที่ได้จากไลเคนบางชนิด ใช้ไม่เพียง แต่เป็นตัวแทนสี แต่ยังเป็นเครื่องมือในการกำหนด pH ของตัวกลาง นี่เป็นหนึ่งในตัวชี้วัดแรกที่มนุษย์เริ่มใช้ในการปฏิบัติทางเคมี: ใช้ในรูปแบบของสารละลายน้ำหรือแถบกระดาษกรองที่ชุบด้วย สารสีน้ำเงินในสถานะของแข็งเป็นผงสีเข้มมีกลิ่นแอมโมเนียเล็กน้อย เมื่อละลายในน้ำบริสุทธิ์ สีของตัวบ่งชี้จะกลายเป็นสีม่วง และเมื่อถูกทำให้เป็นกรดจะเปลี่ยนเป็นสีแดง ในตัวกลางที่เป็นด่าง สารสีน้ำเงินจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน ซึ่งทำให้สามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้สากลสำหรับการกำหนดตัวบ่งชี้ของสื่อทั่วไปได้
เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างกลไกและลักษณะของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อ pH เปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของส่วนประกอบสารสีน้ำเงินได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากสามารถรวมสารประกอบต่างๆ ได้มากถึง 15 ชนิด ซึ่งบางส่วนนั้นพวกมันอาจเป็นสารออกฤทธิ์ที่แยกออกไม่ได้ ซึ่งทำให้การศึกษาคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของแต่ละคนมีความซับซ้อนมากขึ้น
กระดาษตัวบ่งชี้สากล
ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และการถือกำเนิดของเอกสารบ่งชี้ การจัดตั้งตัวบ่งชี้ด้านสิ่งแวดล้อมกลายเป็นเรื่องง่ายมาก เนื่องจากตอนนี้ไม่จำเป็นต้องมีน้ำยารีเอเจนต์สำเร็จรูปสำหรับการวิจัยภาคสนามใดๆ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์และนักนิติวิทยาศาสตร์ ยังคงใช้งานได้สำเร็จ ดังนั้น การแก้ปัญหาจึงถูกแทนที่ด้วยเอกสารบ่งชี้สากล ซึ่งเนื่องมาจากการกระทำที่หลากหลาย ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวชี้วัดกรด-เบสอื่นๆ โดยสิ้นเชิง
องค์ประกอบของแถบเคลือบอาจแตกต่างกันไปในแต่ละผู้ผลิต ดังนั้นรายการส่วนผสมโดยประมาณอาจเป็นดังนี้:
- ฟีนอฟทาลีน (0-3, 0 และ 8, 2-11);
- (ได)เมทิลเหลือง (2, 9–4, 0);
- เมทิลออเรนจ์ (3, 1-4, 4);
- เมทิลเรด (4, 2–6, 2);
- โบรโมไทมอลสีน้ำเงิน (6, 0–7, 8);
- α‒naphtholphthalein (7, 3–8, 7);
- ไทมอลบลู (8, 0–9, 6);
- cresolphthalein (8, 2–9, 8)
บรรจุภัณฑ์จำเป็นต้องมีมาตรฐานมาตราส่วนสีที่ช่วยให้คุณกำหนด pH ของสื่อได้ตั้งแต่ 0 ถึง 12 (ประมาณ 14) ด้วยความแม่นยำของจำนวนเต็มหนึ่งจำนวน
เหนือสิ่งอื่นใด สารประกอบเหล่านี้สามารถใช้ร่วมกันในสารละลายที่เป็นน้ำและแอลกอฮอล์ในน้ำ ซึ่งทำให้การใช้สารผสมดังกล่าวสะดวกมาก อย่างไรก็ตาม สารเหล่านี้บางชนิดอาจละลายได้ไม่ดีในน้ำ ดังนั้นจึงจำเป็นเลือกตัวทำละลายอินทรีย์สากล
เนื่องจากคุณสมบัติของพวกมัน ตัวชี้วัดกรด-เบสได้พบการประยุกต์ใช้ในวิทยาศาสตร์หลายแขนง และความหลากหลายของพวกมันทำให้สามารถสร้างสารผสมสากลที่มีความอ่อนไหวต่อตัวชี้วัด pH ที่หลากหลาย