主题:【第九届原创】新技术2:溴酚蓝指示剂的CIE 1976(L,a,b)色空间数字化特征

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8月一等奖

新技术2:溴酚蓝指示剂的CIE 1976(L*,a*,b*)色空间数字化特征



摘要:传统溴酚蓝指示剂的变色范围是肉眼判断,采用CIE 1976(L*,a*,b*)色空间方法对溴酚蓝在不同pH环境进行了测量,发现其变色范围为pH 1.0~pH 11,超出传统范围,实现的数字坐标的颜色变化测量。
关键词:溴酚蓝,CIE,色度值,数字化


前言
传统指示剂颜色的突变确定依靠人眼,致使目前分析精度不高,滴定过程和终点用语言描述,不能精确的实现量值传递。对颜色变化的实际需要是变色范围更窄、更灵敏、更精确,克服人眼对颜色的敏感程度不同而造成的对反应终点的判断偏差。
溴酚蓝,别名是四溴苯酚磺酞。化学名称是3,3′,5,5′-四溴苯酚磺酞。英文名:Bromophenol blue;Albutest。分子式为C19H10Br4O5S,分子量670.02,CAS号115-39-9。浅黄色到棕黄色粉末,微溶于水(约0.4g/100ml),易溶于甲醇、乙醇和苯,可自由溶于氢氧化钠溶液,同时形成溴酚蓝钠盐水溶液,最大吸收波长422nm。酸碱指示剂,变色范围pH2.8~pH4.6(黄-蓝),用于非水滴定指示剂、蛋白电泳染色、病毒化验等。

图1.    溴酚蓝的化学结构式



采用CIELAB色空间方法研究溴酚蓝指示剂在不同pH溶液中变色现象的文献未见报道。通过色空间方法,首次测定了溴酚蓝指示剂的L*、a*、b*等色度值参数,与pH值的对应关系,绘制出溴酚蓝指示剂变色的L*a*b*色空间色度学参数与pH值的关系图,找到了颜色突变的色度值对应参数,用实验数据证实其变色范围远远超出传统范畴。在公开的论文层面尚没有人对溴酚蓝指示剂的色度学特征公开发表研究结果,对该领域的研究尚未起步。

1. 实验部分
1.1试剂、仪器与测量条件
0.5 mol/L H2SO4溶液,0.5 mol/L NaOH溶液,1%的溴酚蓝(1g溴酚蓝定溶于无水乙醇中,定容至100 ml。
UV2600分光光度计,雷磁酸度计PHSJ-3F、光纤光谱仪、注射泵、电动搅拌器、测量容器。
测量条件:光谱范围380 nm~780 nm,△λ5 nm,10 mm光程,CIE 1976(L*,a*,b*)色空间,D65,以水为空白。
1.2 实验内容
1.2.1 溴酚蓝指示剂溶液的吸收峰
溴酚蓝指示剂溶液入不同pH值的溶液中,在分光光度计测量其吸收峰,见图1。

图1.    溴酚蓝指示剂在pH环境的吸收曲线



图1显示,溴酚蓝在不同pH值的溶液中的最大吸收峰是不同的,分别有2个吸收峰。虽然在不同pH值环境下的第一个吸收峰的位置发生变化,但第二个吸收峰的位置不变。说明溴酚蓝在不同pH值的溶液变色是430 nm附近的吸收峰发生变化引起的。
1.2.2 溴酚蓝指示剂在不同pH值的色度值测定
在不同pH溶液中,溴酚蓝指示剂的色度值变化见表1。

表1.    溴酚蓝指示剂的色度值变化

PH

L*ab

a*

b*

0.0

100.0

0.00

0.00

0.1

100.0

-0.02

-0.01

0.2

100.5

-0.43

2.83

0.3

99.2

-1.34

6.72

0.4

100.0

-1.22

7.41

0.5

99.8

-1.49

9.37

0.6

99.5

-1.68

10.79

0.7

99.2

-1.83

12.06

0.8

99.0

-1.93

13.00

0.9

98.8

-2.05

13.86

1.0

98.6

-2.15

14.61

1.1

96.9

-2.95

14.13

1.2

97.6

-2.80

14.67

1.3

98.0

-2.84

15.02

1.4

97.8

-2.91

15.05

1.5

97.7

-2.94

15.11

1.6

97.8

-3.02

15.33

1.7

97.7

-3.03

15.38

1.8

97.7

-3.04

15.54

1.9

96.4

-3.21

15.22

2.0

97.8

-3.18

15.68

2.1

96.3

-3.18

15.22

2.2

96.3

-3.14

15.23

2.3

96.2

-3.18

15.25

2.4

96.2

-3.18

15.41

2.5

96.1

-3.16

15.36

2.6

96.0

-3.12

15.35

2.7

96.0

-3.11

15.34

2.8

95.9

-3.14

15.35

2.9

96.0

-3.18

15.47

3.0

95.9

-3.17

15.42

3.1

95.9

-3.12

15.35

3.2

95.9

-3.08

15.25

3.3

95.8

-3.12

15.27

3.4

95.8

-3.05

15.14

3.5

95.8

-3.11

15.25

3.6

95.7

-3.10

15.15

3.7

95.7

-3.11

15.06

3.8

95.7

-3.12

14.94

3.9

95.6

-3.11

14.83

4.0

95.6

-3.13

14.76

4.1

95.5

-3.12

14.55

4.2

95.4

-3.20

14.47

4.3

95.3

-3.08

13.83

4.4

95.1

-3.13

13.55

4.5

94.9

-3.11

13.04

4.6

94.5

-3.09

11.98

4.7

94.0

-3.03

10.66

4.8

92.7

-2.82

9.15

4.9

91.7

-2.47

4.91

4.9

91.3

-2.42

3.90

5.0

90.7

-2.23

2.17

5.1

89.6

-1.89

-0.73

5.2

88.4

-1.51

-3.69

5.3

87.7

-1.22

-5.58

5.4

87.5

-1.36

-5.95

5.5

87.3

-1.19

-6.70

5.6

87.2

-1.28

-6.83

5.7

87.1

-1.24

-7.29

5.8

87.1

-1.37

-7.17

5.9

87.0

-1.31

-7.33

6.0

86.8

-1.45

-7.85

6.1

86.8

-1.52

-7.83

6.2

86.7

-1.52

-8.00

6.3

86.6

-1.55

-8.26

6.4

86.6

-1.56

-8.36

6.6

86.5

-1.62

-8.50

6.7

86.4

-1.64

-8.71

6.8

86.4

-1.68

-8.75

7.0

86.3

-1.67

-8.84

7.2

86.3

-1.66

-9.24

7.3

86.3

-1.63

-9.46

7.5

86.4

-1.63

-9.49

7.6

86.5

-1.64

-9.53

7.8

86.5

-1.63

-9.67

7.9

86.5

-1.64

-9.78

8.0

86.5

-1.63

-9.98

8.1

86.7

-1.58

-10.13

8.2

86.7

-1.57

-10.33

8.3

86.8

-1.54

-10.33

8.4

86.9

-1.55

-10.47

8.5

86.9

-1.57

-10.48

8.6

86.9

-1.41

-10.74

8.7

87.0

-1.47

-10.64

8.8

87.0

-1.39

-10.82

9.0

87.1

-1.28

-11.05

9.1

87.2

-1.20

-11.34

9.2

87.2

-1.21

-11.31

9.3

87.2

-1.14

-11.43

9.4

87.2

-1.09

-11.54

9.5

87.2

-1.05

-11.57

9.6

87.3

-0.90

-11.76

9.7

87.3

-0.86

-11.98

9.8

87.4

-0.83

-11.84

9.9

87.4

-0.80

-11.99

10.0

87.5

-0.65

-12.03

10.1

87.4

-0.56

-12.20

10.2

87.4

-0.49

-12.31

10.3

87.4

-0.42

-12.39

10.4

87.3

-0.31

-12.67

10.5

87.3

-0.25

-12.78

10.6

87.3

-0.21

-12.90

10.7

87.2

-0.10

-13.08

10.8

87.1

-0.05

-13.22

10.9

87.0

0.11

-13.55

11.0

86.9

0.12

-13.65

11.1

86.9

0.22

-13.81

11.2

87.0

0.24

-13.87

11.3

87.0

0.28

-13.96

11.4

87.2

0.37

-14.08

11.5

87.7

0.48

-14.00

11.6

88.3

0.55

-13.72

11.7

89.0

0.59

-13.46

11.8

89.9

0.55

-13.05


1.2.3 溴酚蓝指示剂溶液的色度值
反应容器内,用氢氧化钠滴定 H2SO4溶液,溴酚蓝指示剂浓度保持2滴/100 ml,使容器内的pH至从0.01变化至11.8,记录溶液变化的色度值。数据用CIE 1976(L*,a*,b*)色空间处理后,将L*、a*、b*、V、△E1、△E1V、△E2、△E2V、、△E3、△E3V与pH的对应关系作图,见图2、图3。


图2.    溴酚蓝指示剂在不同pH环境的CIE 1976(L*,a*,b*)参数曲线



图3    溴酚蓝指示剂在不同pH环境的L*值曲线


从图2中看出,伴随pH环境的变化,CIE 1976(L*,a*,b*)的参数值也随之发生变化,变化趋势有明显的数学关系。
从图3曲线中可以看出,溶液的变化是透明→变暗→变暗趋势基本不变→突然变暗→变暗趋势基本不变→变浅;与之相对于的pH值是pH0~pH2.5→pH2.5~pH5.5→pH4.5~pH5.5→pH5.5~pH11.5→pH11.5~pH11.8。
将图2分解成具体参数指标,分别见图4~图7。

图4.    溴酚蓝指示剂在不同pH环境的a*值、b*值曲线



从图4曲线中可以看出,a*值在pH1.2附近已经有明显的变化,b*在pH1.2附近从0变化值15附近,溶液颜色从透明变为黄色;a*值、b*值在pH1.2~pH4.5附近基本保持不变,说明溶液颜色在pH1.2~pH4.5的黄色色调基本保持不变;
a*值、b*值在pH5前有明显的突变曲线,说明溶液颜色发生了明显的颜色变化。a*值由负值趋于0,说明颜色由偏绿趋向淡绿;b*值由正值趋于负值,说明颜色由黄色趋向蓝色;溶液的颜色为淡绿与蓝色的混合色。
1.2.4 在滴定终点的突变指标
在用氢氧化钠滴定硫酸溶液过程中,溴酚蓝指示剂色度值参数△E在pH值在大于4附近有明显的突变,明显早于传统资料;在pH11附近也有明显变化。见图5。


图5.    溴酚蓝指示剂△E在不同pH环境的曲线



△E的各突变趋势线需要进一步研究其可否作为滴定变化的指标。


图6.    溴酚蓝指示剂在不同pH环境的3种△E曲线



从图3看出,3种△E的突变趋势线均在小于pH5.0前有明显的变化,其中△E1和△E2的变化非常明显,说明溶液变色在pH小于5.0前已经发生了明显的变化,而这2种指标可以作为其颜色变化的指标。


图7.    溴酚蓝指示剂在不同pH环境的3种△E-V曲线



从图4看出,3种△E-V的突变趋势线在小于Ph4.5前有明显的变化,其中△E1-V和△E3-V的变化非常明显,说明分子结构的变化发生在pH 4.0附近。这2种指标也可以作为其颜色变化的指标。
2 结果与讨论
2.1 溴酚蓝指示剂在不同pH溶液中的颜色不同
溴酚蓝指示剂在pH值为0的酸性溶液中不显色,在0.1的pH值即显示黄色,变化明显;在pH值4.5附近由黄色明显的转为灰蓝色,说明其结构发生了明显的而变化,其结构对4.0附近的pH值敏感,而不是传统的4.6。
2.2 溴酚蓝指示剂色度变化的CIE 1976(L*,a*,b*)色空间图谱
图2~图7表明,色度值L*、a*、b*、V、△E1、△E1V、△E2、△E2V、、△E3、△E3V与pH有着清晰的对应关系,可以用精确的色度值坐标值L*、a*、b*及色度值参数在CIE 1976(L*,a*,b*)色空间中描述溴酚蓝指示剂颜色的变化,用L*、a*、b*及色度值参数替代“目视感受+语言描述”描述颜色及其变化,将语言描述用国际通用色空间体系的数字化,实现光谱色度学分析数字化。
2.3 相比传统数据范围广
图2~图7表明,CIE 1976(L*,a*,b*)色空间图谱变色范围超出传统的pH2.8~pH4.6,可以在更宽的pH范围应用溴酚蓝指示剂。
以上内容是首次发现的研究成果,要精确描述溴酚蓝指示剂在化学反应环境的CIE 1976(L*,a*,b*)色空间的特征,为化学分析测量领域引入新的方法,用更精确的数字化方式代替传统的语言描述,需要进一步的理论模型研究和确认。该技术还有望应用在其它色度滴定领域中,开展精确、快速的数字化应用。

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自己顶一下
楼主的图片都没有显示出来,需要上传图片呀
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原文由 又又1990(v2984502) 发表:
楼主的图片都没有显示出来,需要上传图片呀


能看到图片啊。
上次是版弄主版主弄得,挺好。这次发到版主邮箱里了,版主会版主弄好的,请耐心等一下
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原文由 hhciq(hhciq) 发表:
能看到图片啊。
上次是版弄主版主弄得,挺好。这次发到版主邮箱里了,版主会版主弄好的,请耐心等一下
那个“版主”给您弄好了,弄得挺好
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这个色度测量技术应用上还是有很多优点的
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这文这么弄到“仪器应用心得”里面去了?

这是新技术在湿法化学中的应用啊
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