Ερυθρό του μεθυλίου και κυανό του μεθυλενίου: πώς λειτουργεί ο δείκτης Tashiro

Ο μικτός δείκτης Tashiro συνδυάζει ερυθρό του μεθυλίου και κυανό του μεθυλενίου, ώστε η ένδειξη μιας ογκομέτρησης οξέος-βάσης να διακρίνεται ευκολότερα. Το ερυθρό του μεθυλίου παρέχει την απόκριση που εξαρτάται από το pH· το κυανό του μεθυλενίου αλλάζει τη χρωματική αντίθεση που προκύπτει. Η μετάβαση από πράσινο σε ιώδες σε αυτό το μείγμα δεν πρέπει να ερμηνεύεται ως η γνωστή αναγωγή της κυανής χρωστικής σε άχρωμη μορφή.

Η σύνθεση έχει σημασία. Η ονομασία στη φιάλη προσδιορίζει μια οικογένεια δεικτών, αλλά το εργαστήριο εξακολουθεί να χρειάζεται συγκεκριμένη σύνθεση, τεκμηριωμένη μετάβαση και μέθοδο που καθορίζει πότε πρέπει να σταματήσει η προσθήκη του τιτλοδότη.

Τι συνεισφέρει κάθε χρωστική

Το ερυθρό του μεθυλίου είναι δείκτης οξέος-βάσης. Η πρωτονιωμένη και η αποπρωτονιωμένη μορφή του έχουν διαφορετική απορρόφηση στο ορατό φάσμα, οπότε η μεταβολή των αναλογιών τους προκαλεί χρωματική αλλαγή καθώς μεταβάλλεται το pH. Για παράδειγμα, η Sigma-Aldrich ορίζει μετάβαση από ρόδινο σε κίτρινο στο εύρος pH 4.2–6.2 για το αντιδραστήριό της ερυθρού του μεθυλίου.

Η προσθήκη ενός κυανού συστατικού αλλάζει αυτό που βλέπει το μάτι: η κοκκινωπή πλευρά φαίνεται πιο ιώδης, ενώ η κιτρινωπή πλευρά, σε συνδυασμό με το κυανό, φαίνεται πράσινη. Αυτό συχνά περιγράφεται ως οπτική σκίαση του δείκτη. Η χρήσιμη διάκριση είναι μεταξύ του συστατικού που ανταποκρίνεται στην οξύτητα και του συστατικού που τροποποιεί την οπτική του εμφάνιση. Η ανάμειξη των χρωστικών δεν μετατρέπει το κυανό του μεθυλενίου σε καθολικό μετρητή pH.

Συγκρίνετε τις τρεις περιπτώσεις πριν ερμηνεύσετε ένα χρώμα:

Η τελευταία γραμμή περιγράφει διαφορετικό πείραμα. Στην επίδειξη της μπλε φιάλης του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, η γλυκόζη σε αλκαλικό περιβάλλον ανάγει το κυανό του μεθυλενίου σε άχρωμη μορφή και το οξυγόνο που εισάγεται επαναφέρει το κυανό χρώμα. Αυτές οι συνθήκες εξηγούν έναν οξειδοαναγωγικό κύκλο, όχι την προβλεπόμενη ένδειξη οξέος-βάσης του Tashiro. Η ευρύτερη αυτή διάκριση καλύπτεται στην οξειδοαναγωγική χημεία του κυανού του μεθυλενίου.

Μια τεκμηριωμένη σύνθεση και η κατεύθυνση της χρωματικής αλλαγής της

Το τεχνικό δελτίο της ITW Reagents για το προϊόν 282430, έκδοση 5 με ημερομηνία Οκτώβριος 2018, ορίζει 100 mg ερυθρού του μεθυλίου και 50 mg κυανού του μεθυλενίου, με 10.4 mL νερού και αρκετή απόλυτη αιθανόλη ώστε ο τελικός όγκος να είναι 100 mL. Προσδιορίζει το προϊόν ως κατάλληλο για ογκομετρήσεις αμμωνίας και τεκμηριώνει ερυθροϊώδες χρώμα σε pH 4.4 και πράσινο σε pH 5.8.

Από αυτά προκύπτει το ακόλουθο διάγραμμα για τη συγκεκριμένη σύνθεση:

pH 4.4, ερυθροϊώδες → αύξηση του pH → pH 5.8, πράσινο

pH 5.8, πράσινο → μείωση του pH → pH 4.4, ερυθροϊώδες

Το βέλος περιγράφει την κατεύθυνση μέσα στο εύρος μετάβασης του δείκτη. Δεν ορίζει κανένα από τα δύο άκρα του εύρους ως σημείο διακοπής για κάθε ανάλυση. Το δελτίο δεν προσδιορίζει ένα ακριβές γκρίζο τελικό σημείο, επομένως από αυτή την προδιαγραφή δεν μπορεί να εξαχθεί μια καθολική τιμή pH για το γκρίζο σημείο.

Σημειώστε επίσης ότι το πράσινο σε pH 5.8 εξακολουθεί να αντιστοιχεί σε όξινο περιβάλλον υπό συνήθεις υδατικές συνθήκες. Ο απλός χαρακτηρισμός των χρωμάτων ως «όξινο» και «αλκαλικό» μπορεί να αποκρύψει αυτό το γεγονός: η πράσινη πλευρά είναι η πλευρά της μετάβασης με το υψηλότερο pH, όχι απόδειξη ότι το δείγμα έχει pH πάνω από 7.

Τι μετρά πραγματικά μια ογκομέτρηση αμμωνίας

Ένας δείκτης σηματοδοτεί πότε πρέπει να διαβαστεί η ένδειξη της προχοΐδας. Η ποσότητα του αναλύτη προκύπτει από τη μετρούμενη κατανάλωση του τιτλοδότη, την τυποποιημένη συγκέντρωσή του και τη στοιχειομετρία της αντίδρασης. Ένα εντονότερο πράσινο δεν αποτελεί, από μόνο του, ποσοτικό μέτρο περισσότερης αμμωνίας.

Ως συγκεκριμένο παράδειγμα μεθόδου, η παλαιότερη Μέθοδος EPA 350.2 που αναπαράγεται από τη NEMI αποστάζει την αμμωνία σε βορικό οξύ και την προσδιορίζει με ογκομέτρηση με τυποποιημένο θειικό οξύ. Ο μικτός δείκτης της χρησιμοποιεί δύο όγκους μητρικού διαλύματος ερυθρού του μεθυλίου 0.2% με έναν όγκο μητρικού διαλύματος κυανού του μεθυλενίου 0.2%, και τα δύο σε αιθανόλη 95%. Η μέθοδος δίνει οδηγίες στον αναλυτή να αντιστοιχίσει το τελικό σημείο με ένα τυφλό διάλυμα που περιέχει αντίστοιχους όγκους νερού και βορικού οξέος.

Αυτή η συνταγή και η παραπάνω εμπορική σύνθεση έχουν την ίδια αναλογία μαζών χρωστικών, αλλά διαφορετικές συγκεντρώσεις και διαφορετική σύσταση διαλυτών. Επομένως, η ίδια αναλογία δεν αποτελεί επαρκή τεκμηρίωση ότι δύο φιάλες μπορούν να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά. Η διαδικασία αφορά επίσης το αμμωνιακό άζωτο και αποκλείει ρητά το ολικό άζωτο Kjeldahl από το πεδίο εφαρμογής της. Η χρήση του ίδιου δείκτη δεν καθιστά δύο προσδιορισμούς αζώτου την ίδια ανάλυση.

Χρησιμοποιήστε αυτό το έγγραφο για να κατανοήσετε μια καθορισμένη αναλυτική διαδικασία, όχι για να υποθέσετε ότι η παλαιότερη έκδοσή του διέπει μια τρέχουσα απαίτηση αναφοράς αποτελεσμάτων. Η μέθοδος που έχει υιοθετήσει το εργαστήριο πρέπει να προσδιορίζει την ισχύουσα έκδοση και τους ελέγχους ποιότητάς της.

Το τελικό σημείο και το ισοδύναμο σημείο διαφέρουν

Η IUPAC ορίζει την ογκομέτρηση και το τελικό σημείο της με βάση την αναγνώριση της ολοκλήρωσης μιας αντίδρασης· το ισοδύναμο σημείο αντιστοιχεί στην ακριβή χημική ισοδυναμία. Η ορατή ένδειξη είναι χρήσιμη όταν εμφανίζεται αρκετά κοντά σε αυτό το σημείο για τον σκοπό της μεθόδου.

Ας υποθέσουμε ότι δύο αναλυτές ογκομετρούν πανομοιότυπα δείγματα. Ο ένας σταματά όταν το διάλυμα αντιστοιχεί στο καθορισμένο τυφλό διάλυμα. Ο άλλος συνεχίζει μέχρι να γίνει ορατό το πιο κορεσμένο ιώδες. Ο δεύτερος αναλυτής έχει επιλέξει διαφορετικό τελικό σημείο και ενδέχεται να καταναλώσει περίσσεια τιτλοδότη. Η συμφωνία ως προς την ονομασία του τελικού χρώματος δεν εγγυάται συμφωνία ως προς τη μετρούμενη ποσότητα.

Γι’ αυτό ένα εκπαιδευτικό υλικό αναφοράς πρέπει να προσδιορίζει το πρότυπο σύγκρισης, τις συνθήκες παρατήρησης και το κριτήριο διάρκειας της ένδειξης που απαιτεί η μέθοδος. Μια εικόνα στην οθόνη μπορεί να εξηγήσει την κατεύθυνση της μεταβολής, αλλά το εργαστηριακό πρότυπο σύγκρισης καθορίζει την πρακτική αξιολόγηση.

Ένας πρακτικός έλεγχος πριν από την αντικατάσταση ενός δείκτη ή τη διερεύνηση προβλημάτων

Χρησιμοποιήστε αυτό το φύλλο εργασίας όταν το χρώμα φαίνεται λανθασμένο ή προτείνεται μια φιάλη αντικατάστασης:

Αντιμετωπίστε ένα τυφλό διάλυμα που αποτυγχάνει στον έλεγχο ή μια ανεξήγητη χρωματική αλλαγή ως λόγο διερεύνησης του αντιδραστηρίου και της μεθόδου πριν αναφέρετε αποτελέσματα. Η προσθήκη περισσότερης χρωστικής μέχρι το δείγμα να αποκτήσει γνώριμη εμφάνιση αλλάζει τις συνθήκες παρατήρησης και μπορεί να αποκρύψει το αρχικό πρόβλημα.

Για να επιλέξετε τον κατάλληλο ρόλο της χρωστικής σε διαφορετική ανάλυση, ξεκινήστε από το κυανό του μεθυλενίου στις αναλυτικές δοκιμές. Για τις ογκομετρήσεις Tashiro, διατηρείτε μαζί την τεκμηρίωση της σύνθεσης των χρωστικών, του οπτικού τελικού σημείου και του αναλυτικού υπολογισμού.