指示剂发现历程及合成染料的发展

300多年前，英国年轻的科学家罗伯特·波义耳在化学实验中偶然捕捉到一种奇特的实验现象。有一天清晨，波义耳正准备到实验室去做实验，一位花木工为他送来一篮非常鲜美的紫罗兰。喜爱鲜花的波义耳随手取下一块带进了实验室，把鲜花放在实验桌上后便开始了实验。

当他从大瓶里倾倒出盐酸时，一股刺鼻的气体从瓶口涌出，倒出的淡黄色液体冒着白雾，还有少许酸沫飞溅到鲜花上。他想：“真可惜，盐酸弄到鲜花上了。”为洗掉花上的酸沫，他把花用水冲了一下，一会儿后便发现紫罗兰颜色变红了。当时，波义耳感到既新奇又兴奋，他认为，可能是盐酸使紫罗兰颜色变红色。为进一步验证这一现象，他立即返回住所，把那篮鲜花全部拿到实验室，取了当时已知的几种酸的稀溶液，把紫罗兰花瓣分别放入这些稀酸中，结果现象完全相同，紫罗兰都变为红色。由此，他推断，不仅盐酸，其他各种酸都能使紫罗兰变为红色。他想，这太重要了，以后只要把紫罗兰花瓣放进溶液，看它是不是变红色，就可判别这种溶液是不是酸。偶然的发现，激发了科学家的探求欲望。后来，他又弄来其他花瓣做试验，并制成花瓣的水或酒精的浸液，用它来检验是不是酸，同时用它来检验一些碱溶液，也产生了一些变色现象。

他还采集了药草、牵牛花，苔藓、月季花、树皮和各种植物的根……泡出了多种颜色的不同浸液，有些浸液遇酸变色，有些浸液遇碱变色。不过有趣的是，他从石蕊苔藓中提取的紫色浸液，酸能使它变红色，碱能使它变蓝色，这就是最早的石蕊试液，波义耳把它称作指示剂。为使用方便，波义耳用一些浸液把纸浸透、烘干制成纸片，使用时只要将小纸片放入被检测的溶液，纸片上就会发生颜色变化，从而显示出溶液是酸性还是碱性。今天，我们使用的石蕊、酚酞试纸及pH试纸，就是根据波义耳的发现原理研制而成的。

18世纪，许多人发现，各种酸并不能使这些指示剂精确地显示出相同的颜色变化。也就是说，各种指示剂的灵敏度不一样，颜色的变化范围不同，各种酸的强度也不相同，因此才造成这种情况。瑞典的贝格曼（1735—1784）就曾经指出：“蓝色植物的汁液的变色对各种酸的灵敏程度是不同的，硝酸能使某种蓝色的试纸变成红色；而醋则不能使同一种试纸变色。有的酸能够使蓝色的石蕊汁液变红色，却不能将紫罗兰的汁液转变成红色。”由此可以知道，必须对所有的植物汁液（可以用作指示剂的）的灵敏性进行鉴定，然后才可找到一系列合适的指示剂来测定各种酸的相对浓度。

1729年，法国化学家日夫鲁瓦也曾利用酸碱滴定的方法来测定酸的浓度，如醋的浓度。他先称出一定重量的碳酸钾固体，然后把它溶解在水中，接着把醋酸一滴一滴地加到碳酸钾溶液中，一直加到不发生气泡为止。从消耗掉的碳酸钾的数量，便可以计算出各种醋的相对浓度。可以看出，格劳贝尔和日夫鲁瓦都是利用发泡的现象来指示酸碱中和反应的终点的。(www.xing528.com)

1767年，路易斯曾经假定酸碱中和反应的终点能够运用植物的汁液来显示和标记出来，他在《对美洲草木灰的试验和观察》一书中描述了这样一种简单的测定方法：“在酸碱中和的反应过程中，中和碱液所需要的酸可以一滴一滴地加进去，过去一直是利用发泡现象来观察反应的终点，但是这种方法最终还是存在着一定的缺陷，这种方法不但观察起来很困难，而且也达不到相当高的精确性。如果我们能利用植物的浆汁或者被这些浆汁着色的纸所发生的颜色变化来指示酸碱中和反应的终点，那么就能得到比较明显的结果，这就代替了那种含糊不清的现象（指发泡现象）。”路易斯紧接着介绍了具体的使用方法：“我主要使用的方法是一种十分敏锐的方法。利用一张厚的写字纸，在纸的一端浸渍上石蕊的浆汁，使它沾上蓝色；在纸的另一端又浸渍了石蕊的浆汁和盐酸的混合溶液，正好变成了红色。这时，如果将某些酸一滴一滴地加到碱溶液中去，每加一滴以后就用玻璃棒将溶液搅拌均匀，并用上那种着了颜色的试纸进行检测。如果这种溶液使试纸的红色的一端变成蓝色，那么便说明溶液此时还是呈碱性的，因此需要继续加酸液。如果它刚好能够使试纸的蓝色的一端变成红色，则说明酸液中的氧气指示剂加够了。”以后的一百多年内，化学家在酸碱滴定中能使用的天然植物的浆汁的种类不多，并且他们常常认为这些浆汁（例如紫罗兰和石蕊的浆汁）的颜色变化不够清晰和灵敏。因此，很多人都想改变这种状况，并为此而进行了不懈的努力，最后导致了合成指示剂的产生和发展。

19世纪后，有机合成化学以惊人的速度发展起来，其中尤以合成染料工业的兴起最为引人注目。在这些合成染料中，很多化合物都能够起到指示剂的作用。第一个可供实用并且真正获得成功的合成指示剂便是酚酞。1877年，吕克首先提出在酸碱中和反应过程中可以使用酚酞做指示剂。第二年，伦奇又提出在酸碱滴定中使用甲基橙。

到了1893年，有论文记载的合成指示剂已经增加到了14种之多，随着这些合成剂的数量和品种的增加，以及它们所具备的各种各样的功能，为进一步扩大指示剂的应用范围和发展其理论打下了良好的基础。只需要使用很少量的植物浆汁，就能使颜色的变化非常显著。