酸碱指示剂是一类在其特定的PH值范围内,随溶液PH值改变而变色的化合物,通常是有机弱酸或有机弱碱.当溶液PH值发生变化时,指示剂可能失去质子由酸色成分变为碱色成分,也可能得到质子由碱色成分变为酸色成分；在转变过程中,由于指示剂本身结构的改变,从而引起溶液颜色的变化.指示剂的酸色成分或碱色成分是一对共轭酸碱.

　　一、指示剂的变色原理

　　现以弱酸型指示剂(如酚酞)为例,说明酸碱指示剂的变色原理.

　　弱酸型酸碱指示剂在溶液中存在下列平衡:

　　HIn表示弱酸的分子,为酸色成分；In-是弱酸分子离解出H+以后的复杂离子,为碱色成分.酚酞的酸色成分是无色的,碱色的成分则呈红色.根据平衡原理:

　　或　　　　　　　　　　　

　　将等式两边各取负对数得:

　　或 　(3-8)

　　由式(3-8)可知,溶液的颜色决定于碱色成分的浓度比值,而此比值又与PH和PHHin值有关.一定温度下,对指定的某种指示剂,PHHin是一常数.所以碱色成分与酸色成的浓度比值随溶液PH值的改变而变化,溶液的颜色也随之改变.例如,在酚酞指示剂溶液中加入酸时,H+就大量增多,使酚酞的离解平衡向左移动,这时酸色成分增多,碱色成分减少,溶液的颜色以酸色为主,酚酞在酸液中是无色的.反之,如向溶液中加碱时,则平衡向右移动,碱色成分增加,酸色成分减少,溶液的颜色就以碱色为主,酚酞在碱液中是红色的.所以指示剂可用以指示溶液的酸碱性或测定溶液的PH值.

　　上述弱酸指示剂的变色原理,同样适用于弱碱指示剂.

　　二、指示剂的变色范围和变色点

　　由式(3-8)可以看出,当溶液的PH值大于PKHin时,[ In-]将大于[HIn],溶液的颜色将以碱色为主.反之,当溶液的PH值小于PKHin时,[In-]就小于[HIn],溶液的颜色将以酸色为主.通常当[ In-]/[HIn]=10时,即碱色成分的浓度是酸色成分浓度10倍时,溶液将完全呈现碱色成分的颜色,而酸色被遮盖了.这量溶液的PH值为:

　　即 pH=pK_HIn+1

　　同理,当[In-]/[HIn]=1/10时,即酸色成分浓度是碱色成分浓度10倍时,溶液的颜色将完全呈现指示剂的酸色.这时溶液的PH值为:

即　　　　　　　　　　　　pH＝pK_HIn－1

　　可见溶液的颜色是在PH=PKHin-1到 PH= PKHin+1的范围内变化的,这个范围称为指示剂的变色范围即变色域.在变色范围内,当溶液的PH值改变时,碱色成分和酸色成分的比值随之改变,指示剂的颜色也发生改变.超出这个范围,如Ph ≥PKHin+1时,看到的只是碱色；而在PH ≤PKHin-1时,则看到的只是酸色.因此指示剂的变色范围约2个PH单位.当[ In-]/[HIn]=1即PH= PKHin时,称为指示剂的变色点.由于人的视觉对各种颜色的敏感程度不同,加上在变色域内指示剂呈现混合色,两种颜色互相影响观察,所以实际观察结果与理论值有差别,大多数指示剂的变色范围小于2个PH单位.表3-4列出了常用指示剂的变色范围.

表3－4　几种常用的酸碱指示剂

　　在测定溶液的PH值时,也常用混合指示剂,它是把许多范围不同的指示剂混合起来,使其在不同的PH值范围内显示不同的颜色.一种可以测定PH4-10范围内溶液酸度的混合指示剂的配方是:百里酚蓝0.01g,溴百里酚蓝1.20g,甲基红0.32g,酚酞1.20g.配制时,可将上述指示剂按配方称取,然后研匀,用200mL95%酒精润湿并溶解,加蒸馏水150mL稀释,用0.1mol·L-1的NaOH溶液中和至溶液显绿色,再加水至400mL.其PH值为8.1.它在不同酸度的溶液中显出不同的颜色.例如:

　　PH:　4　5　 6　7 　8　9　 10

　　颜色:红　橙　黄　绿　青　蓝 紫

　　为了使用方便起见,也可用混合指示剂溶液将试纸润湿,凉干制成PH试纸供测试之用.