Một chỉ thị pH là một hợp chất hóa học halochromic được thêm vào một lượng nhỏ để giải pháp để pH (tính axit hoặc tính cơ bản) của dung dịch có thể được xác định bằng mắt. Do đó, một chỉ báo pH là một máy dò hóa học cho các ion hydronium (H3O +) hoặc các ion hydro (H +) trong mô hình Arrhenius. Thông thường, chỉ thị làm cho màu sắc của dung dịch thay đổi tùy thuộc vào độ pH. Các chỉ số cũng có thể cho thấy sự thay đổi trong các thuộc tính vật lý khác; ví dụ, các chỉ số khứu giác cho thấy sự thay đổi mùi của chúng. Giá trị pH của dung dịch trung tính là 7,0. Các dung dịch có giá trị pH dưới 7,0 được coi là axit và các dung dịch với độ pH trên 7,0 là bazơ (alkaline). Vì hầu hết các hợp chất hữu cơ tự nhiên là protolytes, axit cacboxylic và amin, các chỉ số pH tìm thấy nhiều ứng dụng trong sinh học và hóa học phân tích. Hơn nữa, các chỉ số pH tạo thành một trong ba loại chính các chỉ số chỉ thị được sử dụng trong phân tích hóa học. Đối với việc phân tích định lượng các cation kim loại, việc sử dụng các chỉ số phức tạp được ưa chuộng, trong khi loại hợp chất thứ ba, các chỉ số redox, được sử dụng trong việc chuẩn độ với phản ứng redox làm cơ sở phân tích.
Lý thuyết
Trong bản thân chúng, các chỉ số pH thường là các axit yếu hoặc các bazơ yếu. Phản ứng chung của một chỉ thị pH có thể được xây dựng như sau:
HInd + H2O ⇌ H3O+ + Ind−
Ở đây, HInd là viết tắt của dạng axit và Ind- cho cơ sở liên hợp của chỉ thị. Tỷ lệ này xác định màu sắc của dung dịch và kết nối màu với giá trị pH. các chỉ số pH là các protolyt yếu, phương trình Henderson-Hasselbalch cho chúng có thể được viết như sau:.
pH = pKa + log10 [Ind−] / [HInd]
Phương trình, bắt nguồn từ hằng số axit, cho biết khi pH bằng với giá trị pKa của chỉ thị, cả hai loài đều có tỷ lệ 1: 1. Nếu pH cao hơn giá trị pKa, nồng độ của cơ sở liên hợp lớn hơn nồng độ của axit và màu sắc liên kết với cơ sở liên hợp chiếm ưu thế. Nếu pH dưới giá trị pKa, cuộc đàm thoại là đúng.
Thông thường, sự thay đổi màu sắc không phải là tức thời ở giá trị pKa, nhưng một khoảng pH tồn tại ở đó có một hỗn hợp màu sắc. Khoảng pH này thay đổi giữa các chỉ số, nhưng theo quy tắc chung, nó nằm giữa giá trị pKa cộng hoặc trừ một. Điều này giả định rằng các giải pháp giữ lại màu sắc của chúng miễn là ít nhất 10% các loài khác vẫn tồn tại. Ví dụ, nếu nồng độ của bazơ liên hợp lớn gấp 10 lần so với nồng độ axit, tỷ lệ của chúng là 10: 1, và do đó độ pH là pKa + 1. Ngược lại, nếu vượt quá 10 lần axit xảy ra với đối với cơ sở, tỷ lệ là 1:10 và pH là pKa-1.
Để có độ chính xác tối ưu, độ chênh lệch giữa hai loài nên càng rõ ràng càng tốt và phạm vi pH của ống thay đổi càng tốt. Trong một số chỉ tiêu, như phenolphthalein, một trong các loài không màu, trong khi ở các chỉ tiêu khác, chẳng hạn như methyl đỏ, cả hai loài đều cho màu sắc. Mặc dù các chỉ số pH hoạt động hiệu quả ở phạm vi pH được chỉ định của chúng, chúng thường bị phá hủy ở các đầu cực của thang đo pH do các phản ứng phụ không mong muốn.