每经编辑｜陈嫦娥    

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pH试纸(zhi)的(de)“前(qian)世今生(sheng)”：从指示剂的(de)萌芽到(dao)黑黄试纸的(de)诞生

在(zai)浩(hao)瀚的(de)化(hua)学(xue)世界(jie)里，酸碱(jian)度的(de)概(gai)念(nian)如同(tong)血(xue)液般(ban)贯穿始(shi)终，无论(lun)是我们(men)日(ri)常生活中烹饪的美(mei)味佳肴，还(hai)是工业生产(chan)中(zhong)的精(jing)密调(diao)控，亦或是生命(ming)体(ti)内的(de)生(sheng)化反(fan)应(ying)，都(dou)离(li)不(bu)开对(dui)pH值的(de)精准(zhun)把握。而pH试(shi)纸(zhi)，作(zuo)为一种简单易(yi)得、直观(guan)方(fang)便(bian)的检(jian)测(ce)工(gong)具，无疑(yi)是化学爱(ai)好者(zhe)和专业人(ren)士(shi)手(shou)中的“万(wan)能(neng)钥匙(shi)”。

今天(tian)，我(wo)们要聚(ju)焦的，是那款经(jing)典(dian)的“黑黄”pH试纸(zhi)，它以其(qi)独特的(de)颜(yan)色变化，为我(wo)们揭(jie)示了溶液(ye)酸碱度(du)的(de)秘(mi)密(mi)。

要理解黑黄pH试纸的(de)变色(se)原理，我们(men)得先从(cong)“指示剂(ji)”这个概念(nian)说(shuo)起。指示(shi)剂，顾(gu)名(ming)思(si)义，就是能(neng)指示某种变化(hua)发(fa)生(sheng)的(de)物质。在(zai)化学中，pH指示剂是(shi)一(yi)种能(neng)够在(zai)特定pH范(fan)围(wei)内，因(yin)溶液酸碱(jian)度的(de)改变(bian)而呈现不(bu)同颜(yan)色的弱酸(suan)或弱碱(jian)。它(ta)们就(jiu)像是溶液中的(de)“变色龙(long)”，根(gen)据环(huan)境的(de)pH值，变(bian)换出(chu)属于(yu)自己的“保(bao)护色”。

pH指示(shi)剂的(de)变色机制(zhi)，本质(zhi)上是分(fen)子(zi)结构(gou)在(zai)不同(tong)pH环(huan)境下(xia)发生(sheng)的化(hua)学变(bian)化(hua)。许多pH指示(shi)剂(ji)都含(han)有能够(gou)解(jie)离或结(jie)合(he)质(zhi)子(zi)（H?）的官能团。在酸(suan)性(xing)溶液中(zhong)，质子浓度高(gao)，指(zhi)示剂(ji)分子(zi)倾(qing)向(xiang)于结(jie)合质子，形成一(yi)种颜色(se)；而在碱(jian)性溶液(ye)中，质(zhi)子(zi)浓度低(di)，指示剂(ji)分子则倾向于(yu)解(jie)离质(zhi)子(zi)，或与(yu)氢氧根离(li)子（OH?）结(jie)合，形(xing)成另一(yi)种(zhong)颜色。

这种(zhong)颜色(se)上的(de)差异(yi)，源于(yu)指(zhi)示(shi)剂分子在(zai)不同(tong)质(zhi)子化状(zhuang)态下(xia)的电(dian)子云(yun)分布(bu)和(he)能级结(jie)构发(fa)生了(le)改(gai)变(bian)，从(cong)而(er)影响了它(ta)对可见光的吸(xi)收(shou)和反射(she)特性(xing)。

历史上(shang)，人们很(hen)早就开(kai)始寻找(zhao)能够(gou)指示(shi)酸碱度的(de)物质(zhi)。早(zao)在古(gu)希(xi)腊时期，就(jiu)有使用(yong)天然植(zhi)物提(ti)取(qu)物来(lai)区(qu)分酸(suan)碱的(de)记载(zai)，例如(ru)紫甘(gan)蓝汁(zhi)，它在(zai)酸性环境(jing)下(xia)呈(cheng)现(xian)红(hong)色，在(zai)中性(xing)环境下(xia)呈现紫(zi)色(se)，在碱性(xing)环境(jing)下则呈现(xian)蓝色(se)甚至(zhi)绿色(se)。这些天然(ran)的“指(zhi)示剂”为我(wo)们(men)打(da)开了探索(suo)pH值(zhi)世(shi)界的大门(men)。

随(sui)着(zhe)化学(xue)科学的发(fa)展(zhan)，人们开始合(he)成和分离(li)出(chu)更多种类的pH指示(shi)剂(ji)，并(bing)对其(qi)变色(se)原理(li)进行了深(shen)入研(yan)究。例如，我(wo)们熟悉的石蕊(rui)，就是一(yi)种从地(di)衣(yi)中提取的(de)天(tian)然染(ran)料，它(ta)在(zai)酸(suan)性溶液中变红(hong)，在(zai)碱性(xing)溶液中(zhong)变蓝。酚酞，则是(shi)另一种(zhong)广(guang)为(wei)人(ren)知的(de)合成(cheng)指(zhi)示(shi)剂，它在酸(suan)性溶(rong)液中(zhong)无(wu)色，在碱(jian)性溶液中呈(cheng)现(xian)鲜艳(yan)的粉(fen)红(hong)色(se)，因此常被(bei)用于酸碱滴定。

单一(yi)的指示剂往往(wang)只能(neng)指示(shi)一(yi)个(ge)较窄(zhai)的pH范围(wei)，而(er)且颜(yan)色(se)变化可(ke)能不(bu)够明显(xian)，难以精确判断。为(wei)了克服(fu)这些局限，科(ke)学(xue)家们发(fa)明了“混(hun)合(he)指示(shi)剂”或“多指(zhi)示剂(ji)试纸(zhi)”。黑黄pH试(shi)纸(zhi)，就是一种非常(chang)成功(gong)的(de)混合指(zhi)示剂(ji)试(shi)纸(zhi)。它巧妙地将(jiang)几(ji)种具(ju)有不(bu)同(tong)变色pH范(fan)围(wei)和颜色的指(zhi)示剂(ji)按特(te)定比(bi)例混(hun)合，并(bing)浸渍在滤纸(zhi)等吸附(fu)材料上(shang)。

这些(xie)混合(he)在一起(qi)的指(zhi)示剂，在不同的(de)pH环境(jing)下(xia)，会(hui)呈现(xian)出更加丰(feng)富(fu)、细(xi)腻的(de)颜(yan)色变化(hua)。当(dang)pH试纸接触溶液(ye)时，溶液中的(de)H?或OH?离子会(hui)与试(shi)纸(zhi)上(shang)的指示剂(ji)分子发生反(fan)应(ying)，导致指示(shi)剂(ji)的(de)结构(gou)发生变化(hua)，从而引起颜色的(de)改(gai)变(bian)。黑(hei)黄pH试(shi)纸之所以(yi)呈(cheng)现(xian)“黑黄”的(de)名(ming)称，通(tong)常是指其不同pH范围内(nei)呈(cheng)现(xian)出(chu)的一系(xi)列从深(shen)色（接近黑(hei)色）到黄(huang)色（或更浅(qian)的(de)颜色(se)）的(de)渐变色(se)。

当然(ran)，这个(ge)“黑黄(huang)”的说法可能更(geng)多的是(shi)一(yi)种(zhong)约(yue)定(ding)俗(su)成(cheng)的(de)称呼(hu)，实际颜色(se)变化(hua)会涵(han)盖更(geng)广泛的谱(pu)系(xi)，例如(ru)从(cong)深红(hong)、橙红、黄(huang)、绿(lv)到蓝、紫等，具体取决(jue)于(yu)所(suo)使用(yong)的指(zhi)示剂组合(he)。

这些指示剂的(de)精妙配比，使得(de)黑黄pH试(shi)纸能(neng)够(gou)覆盖(gai)一个相对宽(kuan)广的pH范围(wei)（例(li)如(ru)从0到(dao)14），并且在(zai)每隔一段(duan)pH值上，都(dou)能呈现(xian)出可(ke)辨识的颜(yan)色。通过将试纸的(de)颜(yan)色(se)与标准(zhun)比色(se)卡（通常也(ye)印(yin)在(zai)试纸包装上）进(jin)行比(bi)对(dui)，我们就(jiu)能快速、准(zhun)确地(di)估(gu)算(suan)出(chu)溶液(ye)的(de)pH值。这种“颜(yan)色解(jie)码(ma)”的(de)过程(cheng)，正是黑黄(huang)pH试纸(zhi)科学(xue)魅力(li)所在。

Part1总结(jie)：

黑黄pH试(shi)纸的诞(dan)生，是人类对(dui)酸(suan)碱(jian)指示剂(ji)认识(shi)不断深(shen)入的(de)产物。从天然植物(wu)染(ran)料(liao)到人工合(he)成的指示剂(ji)，再(zai)到精妙配比(bi)的(de)混合指示(shi)剂，每一步(bu)都凝(ning)聚(ju)着(zhe)化(hua)学家的智慧(hui)。pH试纸(zhi)通过指示(shi)剂分子(zi)在(zai)不(bu)同(tong)pH环境(jing)下的结构(gou)变(bian)化(hua)，呈(cheng)现(xian)出丰(feng)富(fu)的(de)颜色变化(hua)，为我们(men)提供了一种直(zhi)观、便捷(jie)的(de)pH值检测(ce)手段。

接下来的Part2，我们将深(shen)入探讨黑(hei)黄pH试纸具体(ti)的(de)变色(se)机制(zhi)，以及(ji)如何科(ke)学地运(yun)用它(ta)来检(jian)测(ce)溶液(ye)的(de)酸(suan)碱度(du)。

黑(hei)黄(huang)pH试(shi)纸的“变(bian)色(se)密码(ma)”：多指(zhi)示剂(ji)协同作用(yong)下的(de)色彩(cai)演变(bian)

在Part1中(zhong)，我们了(le)解(jie)了pH试(shi)纸的“前(qian)世今生(sheng)”以及指示(shi)剂的基本(ben)概念(nian)。现在(zai)，让我(wo)们(men)更(geng)深入(ru)地(di)剖(pou)析(xi)黑黄pH试(shi)纸“黑黄”变色背(bei)后的(de)科(ke)学(xue)原理(li)，并掌握(wo)如(ru)何准(zhun)确地使用它来(lai)检测(ce)溶液的pH值(zhi)。

黑黄(huang)pH试(shi)纸之(zhi)所(suo)以能够(gou)覆(fu)盖广泛的pH范(fan)围并呈(cheng)现出(chu)多样的(de)颜(yan)色(se)变化，并非单(dan)一指(zhi)示剂(ji)的功(gong)劳(lao)，而(er)是(shi)多(duo)种指(zhi)示剂协(xie)同作用(yong)的结果(guo)。这(zhe)些指(zhi)示(shi)剂(ji)被(bei)巧(qiao)妙地浸渍在(zai)滤纸上(shang)，它们(men)的变色pH范围相互衔接，共(gong)同构(gou)成(cheng)了一个完(wan)整(zheng)的(de)pH梯度。当(dang)pH试纸(zhi)接触到待(dai)测溶(rong)液时，溶液(ye)中的(de)氢(qing)离(li)子(zi)（H?）或氢氧根离(li)子(zi)（OH?）会(hui)与试(shi)纸上的不(bu)同指示(shi)剂发生(sheng)酸碱反应(ying)，引发(fa)其(qi)分(fen)子(zi)结(jie)构的变化，进而(er)产生颜(yan)色(se)上(shang)的(de)改变(bian)。

举例来说，一(yi)个典型的(de)pH试(shi)纸组(zu)合可(ke)能包含(han)以(yi)下几种(zhong)指示剂(ji)：

百里酚蓝(lan)（ThymolBlue）：它在(zai)pH1.2-2.8之间由红变(bian)黄(huang)，在pH8.0-9.6之(zhi)间由(you)黄(huang)变蓝。甲基(ji)红(hong)（MethylRed）：它在(zai)pH4.4-6.2之间(jian)由(you)红(hong)变黄(huang)。溴百(bai)里(li)酚蓝（BromothymolBlue）：它(ta)在pH6.0-7.6之间由黄变(bian)蓝。

酚酞（Phenolphthalein）：它(ta)在pH8.2-10.0之(zhi)间由无(wu)色变粉(fen)红。

请注(zhu)意，这只是一(yi)个示例性(xing)的组(zu)合，实(shi)际的(de)黑(hei)黄(huang)pH试纸所使(shi)用的指(zhi)示(shi)剂及(ji)其精确的(de)变(bian)色(se)范围可能(neng)会有(you)所不同，以达到(dao)特定的pH覆盖和(he)颜色(se)梯(ti)度(du)。

当一(yi)份(fen)溶液(ye)的(de)pH值非(fei)常(chang)低（强酸(suan)性）时(shi)，例如pH1-2，试(shi)纸上(shang)的(de)某些(xie)指(zhi)示(shi)剂(ji)（如(ru)百里酚蓝的第(di)一个变色区间(jian)）会(hui)呈(cheng)现(xian)出(chu)红色(se)或更深的(de)颜色，这(zhe)可能对(dui)应着(zhe)我们俗称(cheng)的“黑黄”试纸(zhi)中的“黑(hei)色”端(duan)。随着溶液(ye)pH值(zhi)的升高(gao)，当pH值(zhi)进入(ru)中等酸性(xing)范(fan)围（例(li)如pH4-6），甲(jia)基(ji)红等(deng)指示剂开始(shi)发(fa)挥作(zuo)用，呈(cheng)现(xian)出橙色或黄色的(de)变(bian)化(hua)。

当溶液接近中(zhong)性（pH7）时(shi)，溴百(bai)里(li)酚蓝可(ke)能呈现出绿色(se)。而当(dang)溶(rong)液进入(ru)碱性(xing)范围（例(li)如(ru)pH8-10），百里酚蓝(lan)的第二(er)个变色区间(jian)或酚酞会开始(shi)显色，呈(cheng)现出蓝(lan)色(se)或(huo)粉(fen)红(hong)色。

正(zheng)是这(zhe)种(zhong)不同指(zhi)示剂(ji)在各自适(shi)用(yong)pH范围内(nei)“接(jie)力式”的(de)颜色变(bian)化(hua)，共(gong)同(tong)编织(zhi)出了(le)pH试纸上从“黑(hei)”（或(huo)深红/深(shen)紫(zi)）到“黄”（或(huo)浅黄/绿色）的(de)丰富(fu)多彩(cai)谱系(xi)。每(mei)一(yi)个(ge)颜色(se)都(dou)代(dai)表着一(yi)个特定(ding)的pH值范围，而(er)试纸(zhi)上的(de)完整(zheng)颜色带(dai)，则描绘(hui)了(le)从强(qiang)酸到强碱的(de)整个(ge)pH图景(jing)。

掌握(wo)溶(rong)液检测(ce)的“三(san)步(bu)曲”：

准(zhun)备(bei)工作(zuo)：你(ni)需(xu)要(yao)准(zhun)备好待(dai)测(ce)的溶液，以及(ji)一(yi)张新(xin)的(de)黑黄pH试纸。确(que)保你(ni)的双(shuang)手清(qing)洁，避(bi)免(mian)对试纸或溶液(ye)造(zao)成污(wu)染。取(qu)样与显色(se)：取一小滴待测(ce)溶液(ye)，滴在pH试纸(zhi)的测试(shi)区(qu)域上(shang)，或者(zhe)将pH试(shi)纸短(duan)暂浸入(ru)溶液中（但不(bu)要(yao)太久，以(yi)免指(zhi)示(shi)剂溶(rong)解(jie)）。注(zhu)意(yi)观察试(shi)纸(zhi)的颜色变(bian)化。

显色过(guo)程通常非(fei)常迅速，但(dan)为了(le)获(huo)得(de)最佳(jia)的颜(yan)色(se)对比度，可以(yi)等待几秒(miao)钟(zhong)，直(zhi)到颜色稳(wen)定下(xia)来。比(bi)对与(yu)判(pan)断(duan)：将显色后的(de)pH试(shi)纸与(yu)包装盒上的标准(zhun)比(bi)色卡(ka)进行(xing)比(bi)对。在(zai)光(guang)线充足(zu)的(de)条(tiao)件下(xia)，找(zhao)到与试纸(zhi)颜色(se)最接(jie)近(jin)的(de)比色卡色块，并读取其对(dui)应的(de)pH数值(zhi)。这(zhe)个数值(zhi)就是(shi)待测(ce)溶液(ye)的pH值(zhi)。

使用中的(de)“小贴士”与(yu)注(zhu)意(yi)事项(xiang)：

光(guang)线：比对(dui)颜色(se)时，务(wu)必在(zai)充足(zu)、稳定(ding)的(de)光(guang)线下进行(xing)，最(zui)好(hao)是自然(ran)光。弱光或不同(tong)色(se)温的(de)光源(yuan)都可能影响颜色的(de)判断(duan)。比色卡：不同的(de)pH试(shi)纸(zhi)品(pin)牌(pai)，其比(bi)色卡的(de)设计和(he)颜色(se)可能略有(you)差异(yi)。务必使用(yong)你手中试(shi)纸(zhi)包(bao)装附(fu)带(dai)的比色卡进行(xing)比对。准确性(xing)：pH试纸(zhi)的精(jing)度(du)通常在±0.5到±1个(ge)pH单位之(zhi)间(jian)，对于(yu)需(xu)要极高精度测量(liang)的场合（如(ru)精(jing)密(mi)化学分析、医药(yao)研发(fa)），可能(neng)需要(yao)使用pH计等更专(zhuan)业(ye)的(de)仪(yi)器(qi)。

但对(dui)于(yu)日常的初步(bu)判断，pH试纸已经足够(gou)。污(wu)染(ran)：避免(mian)用(yong)手指(zhi)直(zhi)接接触试(shi)纸的测试(shi)区(qu)域，以免(mian)指纹(wen)上的(de)油脂(zhi)或汗液干扰测(ce)试结(jie)果(guo)。保存(cun)：pH试(shi)纸应保存在干(gan)燥(zao)、阴凉(liang)、避光(guang)处(chu)，并确保瓶盖或(huo)包(bao)装(zhuang)严(yan)密，以防吸潮(chao)或失效。特(te)殊溶液：对(dui)于一(yi)些含有强氧化(hua)剂、还原(yuan)剂(ji)或易(yi)挥发性物质(zhi)的(de)溶液，pH试(shi)纸的测(ce)试结果可能不(bu)准确。

黑(hei)黄pH试纸，以其(qi)简洁的设计和直(zhi)观的变色(se)机(ji)制(zhi)，将(jiang)复(fu)杂(za)的酸碱化(hua)学知(zhi)识(shi)“浓缩(suo)”在(zai)一张(zhang)小小的(de)纸(zhi)片上。它(ta)不(bu)仅(jin)是化学(xue)实验(yan)的得(de)力(li)助手(shou)，也(ye)是教(jiao)育领(ling)域中(zhong)启(qi)蒙学生(sheng)科(ke)学(xue)兴趣(qu)的绝(jue)佳(jia)工(gong)具。每(mei)一次(ci)颜色(se)的转(zhuan)换(huan)，都(dou)诉说着溶(rong)液酸(suan)碱度(du)的故事，每(mei)一次的(de)精(jing)准读(du)取(qu)，都体现(xian)着科(ke)学(xue)的严(yan)谨与(yu)魅力。

掌握了(le)它(ta)的(de)变色密码(ma)，你(ni)就(jiu)能在(zai)日(ri)常(chang)生活(huo)的方方面(mian)面，轻(qing)松“读懂”溶(rong)液的(de)酸碱(jian)“语言(yan)”，洞察物(wu)质世(shi)界(jie)的微(wei)妙变化。

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图片来源：每经记者 陈浩 摄

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