实验室中的指示剂大探秘

广东省深圳市龙华区第三实验学校 苏龙翔 王雪瑶 周琮岱

学习了酸和碱的知识后，我们知道了紫色石蕊试液和无色酚酞试液都可用作酸碱指示剂，紫色石蕊遇酸变红，遇碱变蓝；无色酚酞遇酸不变色，遇碱变红。我们可以利用颜色的变化区分溶液的酸性和碱性。

是否还有其他的指示剂能在酸性或碱性溶液中显示出不同的颜色变化？我们选择了实验室存有的八种标有“IND”字样的指示剂药品，将其配制成溶液，并分别利用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节溶液的酸碱性，探究指示剂的酸碱变色现象。

老师告诉我们，由于指示剂都是结构非常复杂的有机物，它们很有可能会表现出荧光的性能，也就是当用紫外光照射指示剂溶液时，溶液有可能会发出荧光，这种荧光在防伪和检测等方面具有重要的作用。在老师的指导下，我们进一步探究了不同种类指示剂溶液的荧光性能，以及荧光溶液对不同种类金属离子的感测能力。

一、实验药品与器材

1.实验药品

石蕊，酚酞，酸性品红，碱性品红，甲基红，甲基橙，亚甲基蓝，溴百里香酚蓝，无水乙醇，蒸馏水，稀盐酸，氢氧化钠溶液，氯化钠，氯化钾，氯化钙，氯化锌，氯化钡，氯化镁，氯化铜，氯化钴，氯化镍，氯化亚铁，氯化铁。

2.实验器材

电子天平，紫外线分析仪，超声波清洗机，烧杯，量筒，滴瓶，玻璃棒，样品瓶，药匙，胶头滴管，称量纸。

二、实验过程

1.配制质量分数约为0.1%的指示剂溶液

我们选取了实验室里写有“IND”标志的8 种指示剂固体药品（如图1），分别取少量药品测试其在蒸馏水中的溶解性，发现酚酞、碱性品红、甲基红、溴百里香酚蓝这4 种指示剂在水中的溶解性较差，于是我们选择乙醇和水的混合液（1∶1）作为配制指示剂溶液的溶剂。

图1 8 种指示剂药品（上）、固体粉末（中）、溶液状态（下）

使用电子天平依次准确称量0.05 g 的石蕊、酚酞、酸性品红、碱性品红、甲基红、甲基橙、亚甲基蓝、溴百里香酚蓝并转移至烧杯中，分别加入50 mL 乙醇和水的混合液，用超声波清洗机进行处理，使指示剂固体充分溶解，配制成质量分数约为0.1%的指示剂溶液，将其转移至滴瓶中备用，并各取1.5 mL 转移至样品瓶中，记为编号1～8。对于含有少量不溶物的样品（可能是药品中有杂质），先用倾析法除掉不溶物，再将溶液转移至滴瓶和样品瓶中。

2.探究酸碱性对指示剂溶液的颜色与荧光的影响

另取8 个样品瓶，依次加入1.5 mL 的各种指示剂溶液，再分别加入约1 mL 稀盐酸将溶液调至酸性，记为编号1a～8a。再取8个样品瓶，各自加入1.5 mL 指示剂溶液，分别滴加约1 mL 氢氧化钠溶液将样品调至碱性，记为编号1b～8b。将8 组不同酸碱性的指示剂溶液样品放置在白纸上，观察样品的颜色变化，并拍照记录。再将样品转移到紫外线分析仪上，用365 nm 紫外光照射样品，观察样品的发光情况，并拍照记录。如图2 所示，每组样品从左到右依次为酸性、中性和碱性，左图为日光灯照射下的样品照片，右图为365 nm 紫外灯照射下样品的发光情况。日光灯下的样品颜色与紫外灯下的样品荧光记录在表1 中。

表1 1～8、1a～8a、1b～8b 样品在日光灯下的颜色与在紫外灯下的荧光

图2 8 种指示剂溶液的酸碱变色情况与在紫外灯下的荧光情况

从表1 和图2 中可以看出，石蕊、酚酞、甲基红、甲基橙和溴百里香酚蓝的溶液在酸性和碱性环境中表现出不同的颜色，因此可以作为分辨酸性和碱性的指示剂；亚甲基蓝溶液的颜色始终呈蓝色，碱性品红溶液在酸性和碱性条件下均为黄色，因此不能作为酸碱指示剂。

我们发现，向酸性品红溶液中加入稀盐酸使酸性增强，溶液的红色会加深；而向酸性品红溶液中加入氢氧化钠溶液调至碱性，溶液会褪为无色。因此我们认为酸性品红可以作为酸碱指示剂，这与网上查阅到的资料有出入。

通过观察在紫外灯下样品的发光情况，我们发现，只有用稀盐酸处理过的碱性品红溶液（样品编号4a）显示出明亮的黄光，而其他溶液均不发光或发光十分微弱。这一发现启发我们进行下一步关于荧光的实验探索。

3.探究样品4a 对不同种类金属离子的荧光感测能力

依次称量0.05 g 的氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化锌、氯化钡、氯化镁、氯化铜、氯化钴、氯化镍、氯化亚铁、氯化铁固体，分别加入10 mL 蒸馏水，配制成浓度约为5 g/L 的盐溶液。

在11 个样品瓶中各自加入2 mL 用稀盐酸调至酸性的碱性品红溶液（编号4a），分别向其中滴入10 滴上述配制的盐溶液，依次记为编号A～K。将样品放置在桌面上，拍照记录日光灯下的颜色；再将样品转移至紫外灯下，用365 nm 紫外光照射，观察样品的发光情况。日光灯下的样品颜色与在紫外灯下的样品荧光记录在表2 中。

表2 样品A～K 在日光灯下的颜色与在紫外灯下的荧光

如图3 所示，在日光灯照射下，加入氯化铜的样品（编号G）显示出浅绿色，加入氯化钴的样品（编号H）显示出浅粉色，加入氯化铁的样品（编号K）其黄色有所加深。然而，在365 nm 紫外灯的照射下，只有编号G 和编号K 的黄色荧光大幅减弱，表现出明显的荧光淬灭现象；而其他样品的荧光则没有明显变化。因为这些氯化物在水溶液中是以离子的形式存在的，且构成它们的阴离子都是氯离子，只有金属阳离子有所差异。由此可以认为，酸性条件下的碱性品红溶液仅对铜离子和铁离子两种金属离子显示出荧光淬灭行为，因此在理论上可以作为一种有效的荧光检测材料，用来检测环境中是否含有铜离子和铁离子。

图3 向样品4a 中滴加各种盐溶液后，在日光灯下的颜色与在紫外灯下的荧光情况

三、实验结论

通过本次的实验室指示剂探究实验，我们发现石蕊溶液、酚酞溶液、酸性品红溶液、甲基红溶液、甲基橙溶液和溴百里香酚蓝溶液都可以用作检测酸性与碱性的指示剂。通过对荧光的探究，我们又惊奇地发现了酸性条件下的碱性品红溶液具有荧光性能，且能利用荧光淬灭这一行为来检测微量的铜离子与铁离子。

经过反思，我们也发现了实验中的不足之处以及有待研究的问题。例如，指示剂的用量如何对颜色变化的效果产生影响，酸性条件下的碱性品红溶液具有荧光性质的原因、铜离子和铁离子会导致荧光减弱的原理等。我们会进一步进行探究和查阅资料，来解决这些存留的问题。

专家点评

作者结合学科知识，学以致用，精心设计实验并进行细致的观察和讨论，发现化学在生活中的作用，充分体现了作者对化学学习的热爱。在实验过程中，实验设计规范，实验方法准确，实验观察细致，实验描述和表达比较准确。

然而，实验中的表述不够严谨，例如“对于含有少量不溶物的样品（可能是药品中有杂质），先使用倾析法除掉不溶物，再将溶液转移至滴瓶和样品瓶中”，这里提到的含有少量不溶物，有可能是溶液饱和，也有可能是杂质。另外，编号写在瓶身上会影响观察，建议将编号用标签纸贴在样品瓶瓶盖上。