紫甘薯与紫甘蓝色素在酸碱滴定中的应用研究

李昀昫　孟庆华

【摘 要】热水提取得到的紫甘薯和紫甘蓝色素水溶液随pH值改变而呈现多种颜色变化，在酸碱滴定分析中既能作为碱滴定酸的指示剂，又可作为酸滴定碱的指示剂。用0.1 mol/L NaOH溶液测定盐酸和醋酸溶液浓度时，采用紫甘薯或紫甘蓝色素指示剂与采用酚酞指示剂的测定结果一致。用0.1 mol/L HCl溶液滴定氢氧化钠和碳酸钠溶液时，采用紫甘薯或紫甘蓝色素水溶液指示剂与采用酚酞、溴甲酚氯-甲基红混合指示剂的测定结果一致。

【关键词】紫甘薯；紫甘蓝；酸碱指示剂；酸碱滴定

中图分类号： TS202.3 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）06-0149-002

【Abstract】The aqueous solution of purple sweet potato and purple cabbage pigment extracted from hot water showed a variety of color changes with the change of pH value.In the acid-base titration analysis， it can be used not only as an indicator of acid being titrated by alkali ， but also as an indicator for the titration of alkali by acid.When the concentration of hydrochloric acid and acetic acid solution is determined by 0.1 mol/L NaOH solution，the results of using the purple sweet potato or purple cabbage pigment as the indicator are consistent with those of using the phenolphthalein indicator. When sodium hydroxide and sodium carbonate are titrated by 0.1 mol/L HCl solution， the results of using the purple sweet potato or purple cabbage pigment as the indicator are consistent with those of using the bromocresol chlorine - methyl red mixed indicator.

【Abstract】Purple sweet potato；Purple cabbage；Acid-base indicator；Acid-base titration

酸堿指示剂是一类结构较复杂且在溶液中能部分电离的有机弱酸或有机弱碱，它们的酸式结构颜色和碱式结构颜色不同，在不同pH的溶液中，或以酸式结构存在或以碱式结构存在，或两种结构均存在，从而呈现不同的颜色。

紫甘薯，又名紫薯。将紫甘薯浸泡在水中便有蓝色的紫甘薯色素溶于水中，形成紫色的紫甘薯色素水溶液，而且具有很高的稳定性[1]。紫甘蓝，又名紫包菜。将紫甘蓝浸泡在水中便有蓝色的紫甘蓝色素溶于水中，形成紫甘蓝色素水溶液。在学习化学的酸碱滴定时，就在思考紫甘薯和紫甘蓝色素水溶液是否能像甲基橙指示剂那样，在不同pH的溶液中是否具有不同的颜色转变，能否作为酸碱滴定的指示剂能问题。米广春等[2]研究了紫甘蓝色素作为酸碱指示剂的应用。那么紫甘薯色素是否也能像紫甘蓝色素那样，作为酸碱指示剂用于酸碱滴定中呢？带着这样的问题研究了紫甘薯色素、紫甘蓝色素水溶液的颜色与溶液pH值的关系，探讨了酸碱滴定中作为强碱滴定酸和强酸滴定碱的指示剂，并将测定结果与酚酞指示剂、溴甲酚氯-甲基红混合指示剂的测定结果进行对比。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

主要仪器：电子天平（AL104型），梅特勒-托利多；减压过滤装置；电热恒温鼓风干燥箱（DGG-9070A型），上海森信实验仪器有限公司。

主要试剂：HCl（37%）、冰乙酸（70%～72%）、碳酸钠（s，化学纯）、NaOH（s）、邻苯二甲酸氢钾（s）、酚酞指示剂、溴甲酚氯-甲基红指示剂。以上试剂除标明外均为分析纯。

实验材料：紫甘薯、紫甘蓝。

1.2 实验内容

1.1.2 紫甘薯和紫甘蓝色素的提取

将新鲜的紫甘薯洗净，切成小块，加入煮沸的去离子水中浸取紫薯色素，过滤后将滤液保存于干净的试剂瓶中，备用。将新鲜的紫甘蓝洗净，撕成小块，加入煮沸的去离子水中浸取紫甘蓝色素，将紫甘蓝色素水溶液保存于干净的试剂瓶中，备用。

1.1.3 紫甘薯和紫甘蓝色素水溶液颜色与溶液pH的关系

分别取20 mL紫甘薯和紫甘蓝色素水溶液，观察溶液的颜色，用pH试纸测量溶液的pH。向溶液中滴加1 mol/L NaOH溶液，观察溶液颜色随氢氧化钠溶液不断加入的变化情况，当溶液颜色变化时，用pH试纸测定溶液的pH。再分别取20 mL紫甘薯和紫甘蓝色素水溶液，滴加1 mol/L HCl溶液，当溶液颜色变化时，用pH试纸测定溶液的pH。

1.1.4 强碱滴定强酸或弱酸

用强碱（0.1 mol/L NaOH溶液）分别滴定25.00 mL强酸（盐酸溶液）和弱酸（醋酸溶液），分别以紫甘薯和紫甘蓝色素为指示剂，记录终点时消耗0.1 mol/L NaOH溶液的体积，计算盐酸溶液和醋酸溶液浓度，并与采用酚酞指示剂的测定结果进行对比。

1.1.5 强酸滴定强碱或弱碱

用强酸（0.1 mol/L HCl溶液）分别滴定25.00 mL强碱（氢氧化钠溶液）和弱碱（碳酸钠溶液），分别以紫甘薯和紫甘蓝色素为指示剂，记录终点时消耗的0.1 mol/L HCl溶液的体积，计算氢氧化钠溶液浓度和碳酸钠的总碱量（以Na2CO3计）。并与采用溴甲酚氯-甲基红指示剂的测定结果进行对比。

2 结果与讨论

2.1 紫甘蓝和紫甘薯色素水溶液颜色与溶液pH的关系

紫甘蓝色素水溶液的颜色随溶液pH的变化情况见图1。紫甘蓝色素水溶液的颜色为蓝色，此时溶液的pH为7。随着氢氧化钠溶液的加入，溶液先变为青绿色（pH8～9），当溶液变为亮绿色时，溶液的pH为9～11。随着盐酸溶液的加入，溶液先变为紫红色（pH5～6），后变为红色（pH<4）。由此可知，在测定的pH范围内，随着溶液pH的改变，紫甘蓝色素水溶液有多种颜色的变化，可用作酸碱滴定的指示剂[2]。

紫甘薯色素水溶液的颜色随溶液pH的变化情况见图2。紫甘薯色素水溶液的颜色为紫色，此时溶液的pH为7。随着氢氧化钠溶液的加入，溶液颜色逐渐加深，当变为蓝绿色时，溶液的pH为8，当变为绿色时，溶液的pH为9～10。随着盐酸溶液的加入，溶液变为紫红色，溶液的pH为5～6，继续加入盐酸溶液，变为红色，溶液的pH≤4。由此可见，在测定的pH范围内，随着溶液pH的改变，紫甘薯色素水溶液呈现多种颜色的变化，且与紫甘蓝色素的颜色变化十分类似，也可用作酸碱滴定的指示剂。

2.2 氢氧化钠溶液滴定盐酸溶液

移取25.00 mL待测盐酸溶液于250 mL锥形瓶中，加入1 mL紫甘薯或紫甘蓝色素水溶液，摇匀，溶液呈红色，用0.1015 mol/L NaOH溶液进行滴定。采用紫甘薯色素为指示剂时，滴定至紫色为终点。采用紫甘蓝色素为指示剂时，滴定至蓝色为终点。采用酚酞指示剂时滴定至粉红色为终点。从测定结果表1中可以看出，采用三种指示剂测定盐酸溶液的浓度基本相同。由于该滴定属于强碱滴定强酸，其化学计量点时溶液的pH为7.0，而酚酞指示剂的pH变色范围为8.0～9.6，滴定终点略高于化学计量点的pH，采用酚酞指示剂测定的盐酸浓度数值的最后一位数最小。用紫甘薯或紫甘蓝色素指示剂的滴定终点更接近化学计量点。

2.3 氢氧化钠溶液滴定醋酸溶液

移取25.00 mL待测醋酸溶液于250 mL锥形瓶中，加入1 mL紫甘薯或紫甘蓝色素水溶液，摇匀，溶液呈红色，然后用0.1mol/L NaOH溶液进行滴定。采用紫甘薯或紫甘蓝色素为指示剂时，均滴定至绿色为终点。采用酚酞指示剂时滴定至粉红色为终点。从测定结果表2中可以看出，采用三种指示剂测定醋酸溶液的浓度基本相同。由于该滴定属于强碱滴定一元弱酸，其化学计量点时溶液的pH大于7。若用0.1000 mol/L NaOH溶液滴定醋酸总浓度也为0.1000 mol/L时，滴定的突跃范围为7.7～9.7，化学计量点时溶液的pH为8.7[3]。酚酞指示剂的pH变色范围8.0～9.6正好位于突跃范围之内，紫甘薯和紫甘蓝色素的变色范围大部分在突跃范围之内，滴定至溶液呈绿色时颜色变化敏锐，更易于观察。

2.4 盐酸溶液滴定氢氧化钠溶液

移取25.00 mL待测氢氧化钠溶液于250 mL锥形瓶中，加入1 mL紫甘薯或紫甘蓝色素水溶液，摇匀，溶液呈绿色，然后用0.1005 mol/L HCl溶液进行滴定。由于该滴定属于强酸滴定强碱，其化学计量点时溶液的pH为7.0。当用紫甘薯色素溶液为指示剂时，滴定至紫色为终点。当用紫甘蓝色素溶液为指示剂时，滴定至蓝色为终点。用酚酞指示剂时，滴定至微红色为终点[4]。从测定结果表3中可以看出，采用三种指示剂的测定结果一致。由于采用酚酞指示剂至微红色（pH大于8），要比使用紫甘薯或紫甘蓝色素指示剂滴定至pH7.0少消耗1滴盐酸溶液，因此测定出的氢氧化钠溶液浓度数值的最后一位数也略小。

2.5 盐酸溶液滴定法测定碳酸钠的总碱量

准确称取适量碳酸钠样品于250 mL锥形瓶中，加水溶解，分别入1mL紫甘薯或紫甘蓝色素水溶液，摇匀，溶液呈绿色，然后用0.1005mol/L HCl溶液进行滴定。由于该滴定属于强酸滴定二元弱碱，第一化学计量点溶液的pH为8.3，第二化学计量点时溶液的pH为3.9[3]。当用紫甘薯色素溶液為指示剂时，滴定至紫色为第一滴定终点，滴定至红色为第二滴定终点。当用紫甘蓝色素溶液为指示剂时，滴定至蓝色为第一滴定终点，滴定至红色为第二滴定终点。用溴甲酚氯-甲基红混合指示剂时，滴定至暗红色为滴定终点[4]。从测定结果表4中可以看出，用盐酸溶液滴定法测定碳酸钠样品中的总碱量，采用三种不同指示剂的测定结果一致。

3 结论

紫甘薯和紫甘蓝色素水溶液随pH值改变而呈现多种颜色变化，在酸碱滴定分析中既能作为强碱滴定强酸或弱酸的指示剂，又可作为强酸滴定强碱或弱碱的指示剂。用0.1 mol/L NaOH溶液滴定盐酸和醋酸溶液浓度时，采用紫甘薯或紫甘蓝色素指示剂与采用酚酞指示剂的测定结果完全一致，在测定盐酸时甚至要优于酚酞指示剂。用0.1 mol/L HCl溶液滴定氢氧化钠溶液时，采用紫甘薯或紫甘蓝色素指示剂与采用酚酞指示剂的测定结果一致。测定碳酸钠溶液时，采用紫甘薯或紫甘蓝色素指示剂与采用溴甲酚氯-甲基红混合指示剂的测定结果完全，在测定氢氧化钠时甚至要优于酚酞指示剂。

【参考文献】

[1]秦紫馨，刘芳.紫薯花青素的提取优化及稳定性分析[J].广州化工，2013，41（21）：66-68.

[2]米广春，马辉.紫甘蓝色素作为酸碱指示剂的应用[J].化学教育，2008，29（3）：71-72.

[3]华中师范大学等编，分析化学（上册，第三版）[M].高等教育出版社，p.129-130.

[4]GB/T4348.1工业用氢氧化钠：氢氧化钠和碳酸钠含量的测定[S].