Sav-bázis indikátor

A sav-bázis indikátor (lat. indicare, jelez szóból) olyan anyag, amely színváltozással jelzi egy oldat kémhatásának megváltozását. A legismertebb sav-bázis indikátorok: lakmusz, fenolftalein.

A sav-bázis indikátorok olyan gyenge savak vagy gyenge bázisok, amelyek disszociációja során színváltozás következik be. Ez annak a következménye, hogy a kation és az anion más színű, mint a disszociálatlan molekula. Ezen folyamatok során a molekulán belül kötésátrendeződés is megtörténhet, ebből adódik a színváltozás. Az egyes indikátorok színváltozása meghatározott pH-intervallumban következik be, melyet átcsapási tartománynak is hívnak.

Elmélet

Az indikátor vegyületek által végzett pH-mérést kolorimetriás mérésnek nevezik. Ehhez indikátoranyagokat alkalmaznak, amelyek meghatározott pH-értékek esetén megváltoztatják színüket – ezt a színváltozást nevezik átcsapásnak. A mérés papírral és oldattal végezhető. Előbbi esetben olyan szívóképes szűrőpapírokat alkalmaznak, amelyeket indikátoranyagokkal impregnáltak. Ezek pontos pH-mérésre nem alkalmasak, ám mivel gyors és egyszerű megoldást jelentenek, igen népszerűek. A segítségükkel elsősorban az határozható meg, hogy savas vagy lúgos-e a pH.

A kolorimetriás mérések leggyakoribb hibalehetőségei:

• Hőmérséklet hiba: A pH-indikátor papírok skálája általában 20 Celsius-fokra kalibráltak. Az ettől eltérő hőmérsékleten történő mérések nem vehetőek pontosnak, általában további mérések szükségesek az érték pontos meghatározásához.
• Sajátszín hiba: A kolorimetriás pH-mérésnél az indikátor színátcsapása szolgál a mérési eredmény alapjául. Amennyiben a vizsgálandó oldat maga is színes, úgy a sajátszín zavarhatja a pontos leolvasást.
• Sav-bázis hiba: A sav-bázis indikátorok kémiai összetételüket illetően maguk is savakat, illetve bázisokat tartalmazó anyagok. Az indikátorok ionszegény mérendő közegbe (pl. desztillált víz, igen gyengén hidrolizált sav-, illetve lúgoldatok) juttatása, illetve mártása következtében kis mértékben beoldódnak, és így megváltoztatják a mérendő közeg pH-ját, amit azután a maradék indikátor rész visszamér. Ezt a szakirodalom ún. sav-bázis hibaként említi, és akár 1 pH egység hibához is vezethet kedvezőtlen esetben, amikor a híg, ionszegény, illetve nem pufferolt oldatok mérése történik. A pufferek kétkomponensű stabil kémhatású oldatok. Kémhatásuk akkor sem változik (bizonyos kapacitáshatárig) ha eltérő kémhatású oldatot adagolunk hozzá, így megakadályozzák, hogy a mérési eljárás során a pH-érték megváltozzon. Ugyanez a hiba indikátor oldat alkalmazása esetén tizedrészre csökkenthető. Más esetekben úgynevezett „nem vérző” indikátorcsíkokat lehet használni az ilyen hiba kiküszöbölése céljából.
• Sóhiba: A hidrogénionokon kívül – ha jóval kisebb mértékben is, de – hatással vannak az indikátorok színváltozására a különféle kationok is. Éppen ezért tömény sóoldatokban előfordulhat kismértékű színeltolódás. Ezt a jelenséget nevezik sóhibának. Amennyiben a sókoncentráció 0,2 mol/l alatt van, akkor egyáltalán nem jelentkezik ez a probléma.
• Alkoholhiba: Indikátorral „színezett” alkoholos oldatoknál előfordul, hogy ugyanolyan színt mutató indikátoros vizes pufferoldattal összehasonlítva nem egyforma kémhatású oldatok vannak a háttérben. Az oldószerváltozás bizonyos mértékben eltolhatja a sav-bázis egyensúlyt, aminek következtében az indikátor konstansok is megváltoznak.
• Alkaloidhiba: Alkaloidokat tartalmazó oldatokban, ha indikátort cseppentenek bele, alkaloidszármazékok keletkezése figyelhető meg, amely megnehezíti, illetve pontatlanná teszi a mérést. Alkaloidok jelenléte esetében ajánlatos a vakérték meghatározása az alkaloidhiba mértékének tisztázása céljából.

Az indikátorok működése

A sav-bázis indikátorok gyenge savak vagy gyenge bázisok, melyek általános reakcióvázlata így írható fel:

${\textrm {HInd}}+{\textrm {H}}_{2}{\textrm {O}}\rightleftharpoons {\textrm {H}}_{3}{\textrm {O}}^{+}+{\textrm {Ind}}^{-}$

A HInd itt a savat, az Ind- pedig az indikátor konjugált bázisát jelöli. Ezek aránya adja meg a színt és kapcsolja azt a pH-értékhez.

Alkalmazásuk

A sav-bázis indikátorokat gyakran használják titrálási folyamatoknál az analitikai kémia és biológia területén, hogy meghatározzák egyes kémiai folyamatok kimenetelét. Problémát jelenthet és jelentős szubjektív hibákhoz vezethet a „detektorok” (ez esetben az emberi szem) sokfélesége, amellyel a színt meghatározzák. Az indikátorok alkalmazása azért okoz gyakran elvi hibát, mert a színátcsapás pH-ja ritkán egyezik meg az ekvivalenciapont pH-jával. Az olyan esetekben, amikor a pH pontos meghatározására van szükség, gyakran pH-metriás módszert alkalmaznak. Egyes esetekben, amikor csak a pH körülbelüli meghatározása szükséges, több indikátort használnak, hogy egyenletes színváltozást érjenek el egy nagyobb pH-érték tartományban.

Az alábbi táblázatban laboratóriumokban gyakran használt indikátorok láthatóak. Az indikátorok az átcsapási tartományban rendszerint köztes színeket vesznek fel, így például a fenol vörös színt mutat 6,8 és 8,4 pH-érték között. Az indikátor koncentrációja és a hőmérséklet függvényében az átcsapási tartomány némileg eltolódhat.

Indikátor	Szín alacsony pH-értéknél	Átcsapási tartomány alsó határa	Átcsapási tartomány felső határa	Szín magas pH-értéknél
Kristályibolya	sárga	0,0	2,0	kék-ibolya
Malachitzöld (első átcsapás)	sárga	0,0	2,0	zöld
Malachitzöld (második átcsapás)	zöld	11,6	14,0	színtelen
Timolkék (első átcsapás)	vörös	1,2	2,8	sárga
Timolkék (második átcsapás)	sárga	8,0	9,6	kék
Metilsárga	vörös	2,9	4,0	sárga
Brómfenolkék	sárga	3,0	4,6	kék
Kongóvörös	kék-ibolya	3,0	5,0	vörös
Metilnarancs	vörös	3,1	4,4	sárga
Brómkrezolzöld	sárga	3,8	5,4	kék
Metilvörös	vörös	4,4	6,2	sárga
Metil-lila	lila	4,8	5,4	zöld
Lakmusz	vörös	4,5	8,3	kék
Brómkrezol lila	sárga	5,2	6,8	lila
Brómkrezol kék	sárga	6,0	7,6	kék
Fenolvörös	sárga	6,4	8,0	vörös
Természetes vörös	vörös	6,8	8,0	sárga
Naftolftalein	színtelen-vöröses	7,3	8,7	zöldeskék
Krezolvörös	sárga	7,2	8,8	vöröses-lila
Krezolftalein	színtelen	8,2	9,8	lila
Fenolftalein	színtelen	8,3	10,0	püspöklila
Timolftalein	színtelen	9,3	10,5	kék
Alizarin-sárga	sárga	10,2	12,0	vörös
Indigókármin	kék	11,4	13,0	sárga

Mesterséges indikátorok

Azovegyületek

Azobenzol-származékok

Az azobenzol-származékok általános képlete

Név	R1	R2	R3
metilnarancs(en)	(CH3)2N	H	NaO—SO2
metilvörös(en)		COOH	H
metilsárga(en)		H	H
tropeolin OO(en)	C6H5NH	H	NaO—SO2

• 
  metilnarancs
• 
  metilvörös
• 
  metilsárga
• 
  tropeolin OO

Trifenilmetán vegyületek

(ftalein-származékok)

2 típusuk létezik:
1; Ftaleinek R = COOH
2; Szulfoftaleinek R = SO₃H

Főbb képviselőik

Ftaleinek

• fenolftalein
• krezolftalein
• timolftalein

Szulfoftaleinek

• fenolvörös
• timolkék
• brómfenolkék

Természetes indikátorok

A természetben található sok festékanyag között vannak olyanok, amelyek színe állandó, viszont vannak olyanok is, amelyeké nem, mert bizonyos körülmények hatására (akár már napsütésre is) megváltozik a színük. Ezen kívül savas és lúgos hatásra is történhet változás. Ezen színváltozás a sejtnedv pH-értékének megváltozása miatt alakul ki. A legtöbb természetes indikátor ezen az elven működik.

Legfontosabb természetes indikátorok

A vörös káposzta színtartománya különböző pH-értékű oldatokban

További információk

• ELTE, Kémiai Intézet, Analitikai Kémiai Tanszék
• Kémia színekben