2010年第9期化学教育
酸碱指示剂的发展方向+
徐慧“徐强
(鲁东大学化学与材料科学学院山东烟台264025)
摘要介绍了酸碱指示剂的基础知识和选择依据，重点介绍了目前天然植物色素在酸碱指示剂
和酸碱滴定中的应用。同时，由于新技术的快速发展，基于纳米技术和DNA结构转变的无污染环保
指示剂更加值得关注。
关键词酸碱指示剂天然植物色素纳米技术环保指示剂酸碱滴定
分析化学是化学专业的一门专业必修课，其中
酸碱滴定法在定量分析实验中占了相当重要的地
位，是化学分析中应用相当广泛的基本方法之一，其
原理是用酸标准溶液或碱标准溶液滴定具有相反酸
碱性的物质，根据标准溶液的消耗量来计算被测物
质含量。对于反应终点的确定一般用酸碱指示剂颜
色的突变来指示[1]。
一般选择酸碱指示剂要考虑以下3个因素：
(1)酸碱指示剂的变色范围与化学计量点要吻
合或接近。
(2)酸碱指示剂的变色范围越窄越好，大多数指
示剂的变色范围是1．6～1．8pH单位，如酚酞的变
色范围是8．0～9．6，甲基橙的变色范围是3．1～
4．4。
(3)酸碱指示剂在滴定等当点终点时颜色变化
要明显，易观察判断。
1常用的酸碱指示剂
目前实验室常用的酸碱指示剂及其变色范围如
表1所示。
表l常用的酸碱指示剂及变色范围
PT(滴指示剂酸式色过渡色碱式色变色范围
pKa定指数)
甲基橙红橙黄
3．1～4．43．44．0
(Mo)
甲基红红橙黄4．4～6．25．25．O
酚酞(PP)无粉红红8．0～9．69．1
百里酚酞无淡蓝蓝9．4～10．610．O10．0
在酸碱滴定中，有时需要将滴定终点限制在很
窄的pH范围内，这时可采用混合指示剂。混合指
示剂有2类：一类是同时使用2种指示剂，利用彼此
颜色之间的互补作用，使变色更加敏锐。例如，溴甲
’酚绿(pKa=4．9)和甲基红(pKa一5．2)，前者的酸
式为黄色，碱式为蓝色；后者的酸式为红色，碱式为
黄色。混合后，酸性条件下显橙色，碱性条件下显绿
色。而在pHi5．1时，溶液近乎无色。
溴甲酚绿+甲基红
pHi4．9黄+红一橙
pH>5．2蓝+黄一绿
pH=5．1绿+橙一近无色
徐功华等在酸碱中和滴定中用甲基红一溴甲酚
绿混合指示剂替代甲基橙指示剂，滴定终点溶液颜
色是由绿色变化成酒红色，颜色反差强烈，肉眼识别
更敏锐。在医学检验分析化学实验教学中运用这一
改革，实验结果的相对平均偏差值小于3％的达
77．5％，比未改革前平均提高12．2个百分点[2]。李
芳清等也得到了相似的结果[3]。另一类由指示剂与
惰性染料组成，利用颜色的互补作用来提高变色的
敏锐度。例如甲基橙与惰性染料靛蓝二磺酸钠所组
成的指示剂：
山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助项目(BS209SW040)
¨通讯联系人，E-mail：xhsinap@grnaiLcom
甲基橙+靛蓝二磺酸钠
pHi4．4黄+蓝一绿
pHi3．1红+蓝一紫
2新指示剂
实验室常用的指示剂种类较少，有的变色也不
敏锐，来源有限，且污染环境。近年来，越来越多的
新指示剂被应用到酸碱滴定中。
2．1人工合成的染料
张成志等[4]利用维多利亚蓝在不同的pH下显
示不同的颜色，测定出了不同pH下相应的最大吸
收波长和最大吸收波长下的摩尔吸收系数，得到维
多利亚蓝颜色由蓝色型体变为红色型体的酸碱解离
常数pKa=-8．25。用维多利亚蓝作为酸碱指示剂进
行酸碱滴定，与酚酞指示剂对照，无显著性差异，滴
定得到满意的结果。其他一些合成染料也被用来作
万方数据
化学教育2010年第9期
为酸碱指示剂[5．6]，但此类染料需要人工合成，成本
较高且污染环境。
2．2’存在于自然界中的天然色素
在自然界里，有许多植物色素在不同的酸碱性
溶液中，都会发生颜色的变化，并且他们来源广泛，
廉价易得，天然环保。这些植物色素可以用作甲基
橙和酚酞等指示剂的代用品。韦友欢等[7]通过测定
绿茶、苦丁茶茶汁在酸碱溶液中变色时的pH，以及
利用它们在酸碱滴定中作为酸碱指示剂的测定结果
与酚酞、甲基橙作为指示剂时的结果对比，得出茶汁
可以作为酸碱指示剂的代用品。茶叶来源广，价格
便宜，茶汁制备简单，用它作为酸碱指示剂的效果与
酚酞、甲基橙基本上一致，故值得推广使用。刘志明
等[8]以红苋菜为原料提取苋菜红色素，测定苋菜红
水溶液的变色pH范围为7．6～9．6，与酚酞相近，
且变色灵敏，可以替代酚酞用作酸碱滴定指示剂。
用苋菜红和酚酞作为食品酸味剂和膨松剂分析指示
剂的实验结果表明，苋菜红指示酸碱滴定终点变色
明显，与酚酞相当。苋菜红指示剂具有安全性和实
用价值。米广春[9]研究了紫甘蓝色素作为酸碱指示
剂的应用。紫甘蓝色素是从紫甘蓝中提取的一种天
然色素，性质比较稳定，能较长期保存，其颜色随
pH改变而发生鲜明的变化，并能准确地指示酸碱
滴定终点，因此可作为一种天然的酸碱指示剂。紫
甘蓝试纸是一种变色范围较广的试纸。不仅可以指
示物质的酸、碱性，而且可以比较酸碱性的强弱，较
之石蕊试纸、酚酞试纸有一定的优势。尤其是对于
电解食盐水的实验，紫甘蓝色素作为指示剂，可以清
楚的指示阳极区和阴极区液体酸碱性的变化。鲁蓉
蓉等[10]和张新娥E11]也得到了相似的结果。方荣
美[12]研究了天然色素萝卜红色素在不同pH溶液
中的颜色变化。结果表明：萝b红色素可作酸碱指
示剂，既可以检验溶液的酸碱性，又可以用作酸碱滴
定的终点指示剂，效果很好，值得推广。萝卜红色素
作指示剂随处易得，特别是秋冬两季，经济实惠。而
且它的稳定性好，不受溶液中各种共存金属离子的
影响，而且对温度也显示出极好的稳定性。同时她
还研究了虞美人色素在不同pH溶液中的颜色变
化，并通过虞美人色素和其他指示剂进行酸碱滴定
的比较，结果表明：虞美人色素能准确指示酸碱滴定
的终点，其变色pH范围为6．33～8．25，颜色由紫
红色变为棕色，效果很好，值得推广[”]。此外，王寿
红[141从心里美萝卜、紫甘蓝、紫草、苏木、玫瑰茄、矮
牵牛花中提取色素制成酸碱指示剂，测定了植物色
素在不同pH范围内的显色情况，并将自制植物酸
碱指示剂用于常见酸、碱、盐溶液的显色指示，取得
了满意效果，并在此基础上指出了自制植物指示剂
应注意的问题。邹勇等[15]根据植物花瓣色素在不
同pH时的显色情况，从植物中提取色素制备酸碱
指示剂，用于盐类水解情况的显色指示，取得了满意
的效果。八月菊，一串红，鸡冠花，芍药花，美人蕉，
牵牛花，三角梅，月季花，矮牵牛花，牵牛花，海棠花
等的实验效果较好。罗先平等[16]经过多次对植物
的花、茎、叶或果实的测试，发现颜色深的植物其花、
茎、叶、根或果实大多数都可以遇酸或碱呈现它独特
的颜色，特别是紫色的、红色的花、茎、叶、根或果实
(有的是它的表皮，如茎和根的表皮)的汁液遇酸或
碱后，显色最为明显，酸碱之间的色差也最为显著。
所以利用植物色素取代酸碱指示剂是可行的，如：月
季花汁、杜鹃花汁等都是较理想的酸碱指示剂。它
的制取简单方便，更重要的是对环境无污染，且有利
于开展探究性学习。
2．3“纳米”指示剂
由于纳米技术的发展，基于纳米金和阳离子聚
噻吩衍生物颜色变化的酸碱指示剂也已报道[17,18]。
由富含胞嘧啶序列形成的“i-motif”结构在人类基因
组中十分常见。在人类端粒DNA、骨髓基因、眼癌
基因和人胰腺癌相关基因c-ki-ras的调节区中都含
有富胞嘧啶的DNA序列[193。“i-motif”结构是富含
胞嘧啶的寡脱氧核苷酸，在弱酸性条件下形成一种
稳定的四面体结构。而在中性偏碱性环境中，胞嘧
啶去质子化，不能形成“i-motif”结构，因此以自由卷
曲的单链构象存在。纳米金是一种优秀的光学探
针。它具有高消光系数，颜色具有强烈的尺寸依赖
性。18nlTl纳米金溶液呈红色，柠檬酸钠还原法制
得的纳米金表面均匀分布柠檬酸根负离子，通过静
电排斥使金颗粒保持均匀分散的稳定状态。盐离子
的加入会破坏金表面电荷斥力，进而聚集，溶液变为
蓝色。纳米金对DNA单双链具有高效分辨能
力[20|。纳米金吸附单链后更加稳定，加入一定量盐
离子不会引起聚集；而吸附双链会破坏纳米金颗粒
之间电荷斥力，加入等量的盐就会变蓝。Wang
等[17]基于此性质报道了基于纳米金的pH诱导
DNA结构变化的比色传感器。富含胞嘧啶的寡脱
氧核苷酸，在弱酸性条件下形成稳定的四面体“i—
motif”结构。加入纳米金中，由于探针表面负离子
堆积程度高，对金表面的负电荷有屏蔽作用，导致金
颗粒间排斥力减弱，体系加入一定盐后容易发生聚
集，溶液颜色由原来红色转变为蓝色；而在中性偏碱
性环境中，寡脱氧核苷酸不能形成“i-motif”结构，因
此以自由卷曲的单链构象存在，可以静电吸附于金
表面，使纳米金更为稳定，加盐后，溶液仍为红色。
通过观察纳米金颜色的差异，可以发展为新型的酸
碱指示剂。最近，基于阳离子聚噻吩衍生物具有构
万方数据
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象效应，可用于区分单、双链DNA以及其他特殊结
构的DNA的性质，Wang等发展了～种新型的酸碱
指示剂[181。在pH为5．0的弱酸性环境中，富含胞
嘧啶的寡脱氧核苷酸形成“i—motif”结构，加入阳离
子聚噻吩衍生物后，其共轭骨架会通过静电作用缠
绕在“i—motif”结构上，从而使其共轭骨架呈低共轭、
非共面的状态，颜色呈现黄色；而在pH为8．0的中
性偏碱性环境中，胞嘧啶去质子化，不能形成
“i-motif”结构，因此以自由卷曲单链构象存在，当其
与正电荷的阳离子聚噻吩衍生物静电吸附时，形成
中性的寡核苷酸／阳离子聚噻吩衍生物复合物，彼此
之间的排斥力消失，容易发生聚集，呈现高度共轭和
共平面的状态，颜色变为红色。通过观察颜色变化
可以知道溶液的酸碱性。此类指示剂具有样品用量
少、简捷、可逆且对环境无污染的特点。
3总结和展望
总之，酸碱指示剂的可选范围越来越广，取材方
便、天然环保、变色敏锐的酸碱指示剂备受青睐。同
时，由于纳米技术的发展，一些新型的酸碱指示剂也
应运而生。将自然界中的天然色素应用到科学实践
中是未来指示剂发展的方向。同时，由于新技术的
快速发展，基于纳米技术和DNA结构转变的无污
染环保指示剂更加值得关注。
参考文献
[1]武汉大学，分析化学．第4版，北京；高等教育出版社，2000
62—65
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[23徐功华，魏得良，王国平．郴州医专学报，2001，3(1)：45—46
[3]李芳清．东华理L学院学报，2006，29(1)：88—9l
[4]张成志，叶劳胜，周华琼．西南民族大学学报(自然科学版)，
2005，31(2)：177—179
[5]BuddhadevS，EugeneWB，PhilipWw．AnalyticalChimiea
Acta，1957，17：355—359
[63Alexaki--TzivanidouH，KounenisG．MicrochemicalJournal，
1978，23(4)：530—536
[7]韦友欢，韦良兴，王丽平，等．南宁师范高等专科学校学报，
2001。(4)：73—74
[8]刘志明，张瑞．张金利．化学与生物t程，2007，24(10)：49—51
[9]米广春，马辉．化学教育，2008，39(3)：69
[10]鲁蓉蓉，董海丰，汪无际，等．三峡大学学报(自然科学版)，
2008，30(4)：76—78
[11]张新娥．科学与自然，2007，(3)：48—48
[12]方荣美．重庆t峡学院学报．2001，17：182—184
D3]方荣美．西南民族学院学报(自然科学版)，2002，28(1)：77—
79，83
[14]王寿红．北京教育学院学报(自然科学版)。2008，3(3)：29—
33。45
[15]邹勇，杨勇琴，罗孝素．凯里学院学报。2007，25(6)：48—49
[16]罗先平，陶鹂，冯华荣．高等函授学报(自然科学版)，2004。17
(4)：35—39
[17]WangL，ZhangJ，HuangQ，eta1．GoldBulletin，2008，41
(1)：36—40
[18]WangL，LiuX，YangQ，eta1．BiosensorsandBioelectton—
ics．inpress
[19]FriendSH，BernardsR，RogeljS，eta1．Nature，1986，
323：643—646
[20]LiHx，RothbergLJ．J．Am．Chem．S0c．，2004，126：
10958一】0961
因此，溴正离子就只能去捕捉相对稳定的孤电子对
并且耦合而固定，结果主要得到对位溴化甲苯产物，
当然也可得到邻位溴化甲苯产物。而甲苯在非极性
溶剂二硫化碳中溴化时，溴正离子与溶剂二硫化碳
分子的结构不相适应，几乎不发生耦合作用，故溴正
离子非常活泼，自由游离的机会很多，可以顺利地捕
捉未配对电子，由于未配对电子出现的概率是邻位
大于对位，甲基大于邻位，故主要产物是苯溴甲烷，
当然也可得到少量邻溴甲苯和对溴甲苯产物。
5结语
分子间的作用无论是物理作用还是化学作用或
是非共价键的相互作用，都与分子间的结构适应性
密切相关，如果分子间的结构相互适应，就会在分子
间产生较强的相互作用。而这种由于分子间结构相
互适应而产生的较强相互作用，由定性分析向定量
分析发展，将是以后研究和发展的方向。
参考文献
r1]金松寿．控制论化学．杭州：浙江教育出版社，1989：86—103，
Z5l一267
[2]张礼和．化学学科进展．北京：化学工业出版社，2005：15—18
[3]唐睿康．化学进展，2009，21(6)：1080—1084
[4]郭世豪．湖南农业大学学报：自然科学版，2001，27(2)：148—
150
[5]郭世豪．株洲师范高等专科学校学报，2001，6(2)：32—34
[6]郭世豪．株洲师范高等专科学校学报，2002，7(2)：8—10
[7]徐寿昌．有机化学．第2版．北京：高等教育出版社，1993：181，
47，188
[8][苏]B．A拉宾诺维奇，3豇哈文．简明化学手册．北京；化学
工业出版社，1983：296—478
[9]夏炎．高分子科学简明教程．北京：科学出版社，1987：336—337
[10]张举贤．高分子科学实验．开封：河南大学出版社，1997：291—
293
[11]王菊生，孙铠．染整工艺原理(第一册)．北京：纺织工业出版
社，1982：227
[12]胡英，陈学让，吴树森．物理化学(中册)．北京：人民教育出版
社，1979：155—156
[13]王积涛．高等有机化学．北京：人民教育出版社，1980：111—
113，178—206。299
[14]天津大学物理化学教研室．物理化学(下册)．第2版，北京；高
等教育出版社。1983：316—317
万方数据
酸碱指示剂的发展方向
作者：徐慧，徐强，XUHui，XUQiang
作者单位：鲁东大学化学与材料科学学院,山东烟台,264025
刊名：化学教育
英文刊名：CHINESEJOURNALOFCHEMICALEDUCATION
年，卷(期)：2010,31(9)
参考文献(20条)
1.米广春;马辉查看详情2008(03)
2.刘志明;张瑞;张金利苋菜红作为酸碱指示剂的研究[期刊论文]-化学与生物工程2007(10)
3.韦友欢;韦良兴;王丽平茶汁代替酸碱指示剂的研究[期刊论文]-南宁师范高等专科学校学报2001(04)
4.Alexaki-TzivanidouH;KounenisG查看详情[外文期刊]1978(04)
5.BuddhadevS;EugeneWB;PhilipWW查看详情[外文期刊]1957
6.张成志;叶芳胜;周华琼维多利亚蓝B作为酸碱指示剂的应用研究[期刊论文]-西南民族大学学报（自然科学版）
2005(02)
7.李芳清酸碱滴定中指示剂对滴定分析准确度的影响[期刊论文]-东华理工学院学报2006(01)
8.徐功华;魏得良;王国平查看详情2001(01)
9.LiHX;RothbergLJ查看详情2004
10.FriendSH;BernardsR;RogeljS查看详情[外文期刊]1986
11.WangL;LiuX;YangQ查看详情
12.WangL;ZhangJ;HuangQ查看详情2008(01)
13.罗先平;陶鹂;冯华荣化学教学中研究性学习的探索--自制植物酸碱指示剂及其变色范围的测试[期刊论文]-高
等函授学报（自然科学版）2004(04)
14.邹勇;杨勇琴;罗孝素自制植物酸碱指示剂及其在盐类水解中的应用[期刊论文]-凯里学院学报2007(06)
15.王寿红几种植物色素作为酸碱指示剂的研究[期刊论文]-北京教育学院学报2008(03)
16.方荣美一种天然指示剂——虞美人色素[期刊论文]-西南民族学院学报(自然科学版)2002(01)
17.方荣美查看详情2001
18.张新娥查看详情2007(03)
19.鲁蓉蓉;董海丰;汪无际紫甘蓝色素在酸碱滴定中的应用研究[期刊论文]-三峡大学学报（自然科学版）
2008(04)
20.武汉大学分析化学2000
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hxjy201009002.aspx
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