由式(3-8)可以看出,当溶液的PH值大于PKHin时,[ In-]将大于[HIn],溶液的颜色将以碱色为主。反之,当溶液的PH值小于PKHin时,[In-]就小于[HIn],溶液的颜色将以酸色为主。通常当[ In-]/[HIn]=10时,即碱色成分的浓度是酸色成分浓度10倍时,溶液将完全呈现碱色成分的颜色,而酸色被遮盖了。这量溶液的PH值为:
即 pH=pKHIn+1
同理,当[In-]/[HIn]=1/10时,即酸色成分浓度是碱色成分浓度10倍时,溶液的颜色将完全呈现指示剂的酸色。这时溶液的PH值为:
即 pH=pKHIn-1
可见溶液的颜色是在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。当[In-]/[HIn]=1即PH= PKHin时,称为指示剂的变色点。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。表3-4列出了常用指示剂的变色范围。
表3-4 几种常用的酸碱指示剂
酸碱指示剂 | 变色范围 | PKHin | 颜色 | 浓度 | 用量 | |
酸色 | 碱色 | (滴/10mL试液) | ||||
百里酚蓝(麝香草酚蓝) | 1.2~2.8 | 1.65 | 红 | 黄 | 0.1%的20%酒精溶液 | 1~2 |
甲基黄 | 2.9~4.0 | 3.3 | 红 | 黄 | 0.1%的90%酒精溶液 | 1 |
甲基橙 | 3.1~4.4 | 3.40 | 红 | 黄 | 0.05%的水溶液 | 1 |
溴酚蓝 | 3.0~4.6 | 3.85 | 黄 | 蓝紫 | 0.1%的20%酒精溶液或其钠盐水溶液 | 1 |
甲基红 | 4.4~6.2 | 4.95 | 红 | 黄 | 0.1%的60%酒精溶液或其钠盐水溶液 | 1 |
溴百里酚蓝(溴麝香草酚蓝) | 6.2~7.6 | 7.1 | 黄 | 蓝 | 0.1%的20%酒精溶液或其钠盐水溶液 | 1 |
中性红 | 6.8~8.0 | 7.4 | 红 | 黄 | 0.1%的60%酒精溶液 | 1 |
酚红 | 6.7~8.4 | 7.9 | 黄 | 红 | 0.1%的60%酒精溶液或其钠盐水溶液 | 1 |
酚酞 | 8.0~10.0 | 9.1 | 无 | 红 | 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 | 无 | 蓝 | 0.1%的90%酒精溶液 | 1~2 |
在测定溶液的PH值时,也常用混合指示剂,它是把许多范围不同的指示剂混合起来,使其在不同的PH值范围内显示不同的颜色。一种可以测定PH4-10范围内溶液酸度的混合指示剂的配方是:百里酚蓝0.01g,溴百里酚蓝1.20g,甲基红0.32g,酚酞1.20g.配制时,可将上述指示剂按配方称取,然后研匀,用200mL95%酒精润湿并溶解,加蒸馏水150mL稀释,用0.1mol·L-1的NaOH溶液中和至溶液显绿色,再加水至400mL。其PH值为8.1。它在不同酸度的溶液中显出不同的颜色。例如:
PH: 4 5 6 7 8 9 10
颜色: 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
为了使用方便起见,也可用混合指示剂溶液将试纸润湿,凉干制成PH试纸供测试之用。