Metilvörös és metilénkék: hogyan működik a Tashiro-indikátor?

A Tashiro-keverékindikátor metilvöröst és metilénkéket kombinál, hogy megkönnyítse a sav-bázis titrálás végpontjának felismerését. A metilvörös biztosítja a pH-függő választ; a metilénkék a kialakuló színkontrasztot módosítja. E keverék zöldből ibolyaszínűbe történő átmenetét nem szabad úgy értelmezni, mintha a kék festék a jól ismert redukció során színtelen formává alakulna.

Az összetétel számít. A palackon szereplő név egy indikátorcsaládot azonosít, de a laboratóriumnak ezen túl ismernie kell az összetételt, a dokumentált színátmenetet és azt a módszert, amely meghatározza, mikor kell abbahagyni a titrálóoldat adagolását.

Az egyes festékek szerepe

A metilvörös sav-bázis indikátor. Protonált és deprotonált formájának eltérő az abszorpciója a látható tartományban, ezért arányuk változása a pH változásával együtt színváltozást eredményez. A Sigma-Aldrich például rózsaszínből sárgába történő átmenetet ad meg a pH 4.2–6.2 tartományban a metilvörös reagenséhez.

A kék komponens hozzáadása megváltoztatja az észlelt színt: a vöröses oldal inkább ibolyaszínűnek látszik, míg a sárgás oldal a kékkel együtt zöldnek tűnik. Ezt gyakran az indikátor optikai elfedésének nevezik. Lényeges különbséget tenni a savasságra reagáló komponens és a szín megjelenését módosító komponens között. A festékek összekeverése nem teszi a metilénkéket univerzális pH-mérővé.

A szín értelmezése előtt hasonlítsa össze a három helyzetet:

Az utolsó sor egy másfajta kísérletet ír le. Az Oxfordi Egyetem kékpalack-bemutatójában a glükóz lúgos közegben színtelen formává redukálja a metilénkéket, a bejuttatott oxigén pedig visszaállítja a kék színt. Ezek a körülmények egy redoxciklust magyaráznak, nem a Tashiro-indikátor rendeltetésszerű sav-bázis jelzését. A tágabb értelemben vett különbséggel a metilénkék redoxkémiája foglalkozik.

Egy dokumentált összetétel és a színváltozás iránya

Az ITW Reagents 282430 termékének műszaki adatlapja, annak 2018 októberében kiadott 5. kiadása, 100 mg metilvöröst és 50 mg metilénkéket ír elő, 10.4 mL vízzel és a 100 mL végtérfogat eléréséhez szükséges mennyiségű abszolút etanollal. A terméket ammóniatitráláshoz jelöli meg, és pH 4.4 mellett vörösesibolya, pH 5.8 mellett pedig zöld színt dokumentál.

Ebből a következő, az adott összetételre érvényes séma adódik:

pH 4.4, vörösesibolya → növekvő pH → pH 5.8, zöld

pH 5.8, zöld → csökkenő pH → pH 4.4, vörösesibolya

A nyíl az indikátor átcsapási tartományán belüli változás irányát jelzi. Nem írja elő, hogy minden elemzésnél a tartomány valamelyik végén kell abbahagyni a titrálást. Az adatlap nem rendel pontos értéket egy szürke végponthoz, ezért ebből a specifikációból nem vezethető le egy általánosan érvényes pH-érték a szürke színhez.

Azt is vegye figyelembe, hogy szokásos vizes körülmények között a pH 5.8-nál megjelenő zöld szín még mindig savas közeget jelez. Ha a színeket egyszerűen „savasnak” és „lúgosnak” nevezzük, ez a különbség könnyen elmosódik: a zöld oldal az átmenet magasabb pH-jú oldala, nem pedig annak bizonyítéka, hogy a minta pH-ja 7 fölött van.

Mit mér valójában az ammóniatitrálás?

Az indikátor jelzi, mikor kell leolvasni a bürettát. A meghatározandó anyag mennyisége a mért titrálóoldat-fogyásból, a titrálóoldat standardizált koncentrációjából és a reakció sztöchiometriájából adódik. Az intenzívebb zöld szín önmagában nem jelenti nagyobb ammóniamennyiség számszerű meghatározását.

Konkrét módszertani példaként a korábbi EPA 350.2 módszer NEMI által közzétett változata az ammóniát bórsavba desztillálja, majd standardizált kénsavval végzett titrálással határozza meg. Keverékindikátora két térfogatrész 0.2%-os metilvörös-törzsoldatot és egy térfogatrész 0.2%-os metilénkék-törzsoldatot használ, mindkettőt 95%-os etanolban. A módszer előírja, hogy az elemző a végpont színét egy megfelelő térfogatú vizet és bórsavat tartalmazó vakmintához igazítsa.

Ebben a receptúrában és a fenti kereskedelmi készítményben azonos a festékek tömegaránya, de eltérnek a koncentrációk és az oldószer-összetételek. Az egyező arány tehát nem elegendő bizonyíték arra, hogy a két készítmény felcserélhető. Az eljárás továbbá az ammónia-nitrogénre vonatkozik, és kifejezetten kizárja hatóköréből az összes Kjeldahl-nitrogént. Az azonos indikátor nem tesz két nitrogénmeghatározást azonos vizsgálattá.

E dokumentumot egy meghatározott analitikai munkafolyamat megértésére használja, ne pedig annak feltételezésére, hogy a korábbi kiadás a jelenlegi eredményközlési követelményekre is irányadó. A laboratórium által alkalmazott módszernek meg kell jelölnie az érvényes kiadást és a hozzá tartozó minőség-ellenőrzési lépéseket.

A végpont és az ekvivalenciapont nem ugyanaz

Az IUPAC a titrálást és annak végpontját a reakció befejeződésének felismerésével határozza meg; az ekvivalenciapont a pontos kémiai egyenértékűségnek felel meg. A látható jelzés akkor hasznos, ha a módszer céljához mérten kellően közel esik ehhez a ponthoz.

Tegyük fel, hogy két elemző azonos mintákat titrál. Az egyik akkor áll meg, amikor az oldat színe megegyezik az előírt vakmintáéval. A másik addig folytatja, amíg a legtelítettebb ibolyaszín meg nem jelenik. A második elemző más végpontot választott, és többlet titrálóoldatot fogyaszthat. A végső szín elnevezésében való egyetértés nem garantálja a mért mennyiség egyezését.

Ezért az oktatási referenciaanyagnak meg kell határoznia a módszer által megkövetelt összehasonlítási mintát, a megfigyelés körülményeit és a szín fennmaradására vonatkozó kritériumot. Egy képernyőn megjelenő kép szemléltetheti a változás irányát, de a gyakorlati megítélés alapját a laboratóriumi összehasonlítási minta adja.

Gyakorlati ellenőrzés az indikátor cseréje vagy hibakeresése előtt

Használja ezt az ellenőrzőlapot, ha a szín nem megfelelőnek tűnik, vagy helyettesítő készítmény használata merül fel:

A vakminta nem megfelelő eredményét vagy a megmagyarázatlan színváltozást tekintse indoknak arra, hogy az eredmények közlése előtt kivizsgálja a reagenst és a módszert. Ha addig adagol további festéket, amíg a minta színe ismerősnek nem tűnik, megváltoztatja a megfigyelési körülményeket, és elfedheti az eredeti problémát.

Ha egy másik vizsgálatban szeretné kiválasztani a festék megfelelő szerepét, kezdje a metilénkék analitikai vizsgálatokban való alkalmazásával. A Tashiro-titrálásoknál a festékösszetételt, a vizuális végpontot és az analitikai számítást együtt dokumentálja.