石蕊试纸

石蕊试纸是化学指标中最受认可的成员。与大多数 pH 试纸一样，石蕊试纸在暴露于酸性或碱性溶液时会变色。简单的 pH 值范围为 0-14，其中 0 表示酸性最强，7 表示中性，14 表示碱性或碱性最强。石蕊试纸常用于教育科学课程。因为它得到了如此广泛的认可，它也成为了我们社会的一种文化参考。当提到一个单一因素决定结果的测试时，通常使用术语石蕊试纸。

背景

石蕊试纸让观察者有机会评估样品的 pH 值。 pH 值是一种根据物质的氢离子浓度来表征其相对酸性或碱性的方法。离子是一种带有电荷的原子，因此会与其环境发生反应。酸性物质会在水中释放氢离子 (H+)。酸被称为质子供体，因为 H+ 离子有一个额外的带正电的质子，试图通过与带负电的离子结合来稳定自身。碱性物质会在水中释放出氢氧根离子 (OH-)。碱被称为质子受体，因为氢氧根离子会接受质子以稳定自身。有趣的是，当酸和碱结合时，结果是一种中性盐。例如，强酸（如盐酸）与氢氧化钠（强碱）结合会导致副产物氯化钠（食盐）和水发生中和反应。

pH 值是一个重要的生物指标，因为大多数生命形式的 pH 值范围很小，它们可以在其中生存。例如，人体内的酸碱比是一种微妙的平衡。即使血液的 pH 值在任一方向发生轻微变化，也可能导致死亡。植物也容易受到土壤中微小的 pH 值变化的影响。这就是为什么对植物来说酸性太强的土壤要用碳酸钙肥料（一种碱）中和的原因。

简单的 pH 值范围为 0-14，其中 7 为中性。小于 7 的数字被认为是酸性的，而大于 7 的数字被认为是碱性的。数字越小溶液越酸。这意味着 pH 值为 1 的物质比 pH 值为 4 的物质具有更大的向另一个分子或离子提供质子的能力。例如，硫酸在转移氢氧根离子方面非常有效，而乙酸（醋）不是。因此，硫酸被认为是强酸，而乙酸被认为是弱酸。同样，也有强弱之分。像氢氧化钾这样的强碱，具有更多的氢氧根离子，比像氨这样的弱碱更容易接受质子。数字越大，基础越强。

虽然石蕊试纸可以有效地表明一种物质是酸性还是碱性，但它无法报告准确的 pH 值数值。通用指示剂​​或 pH 计用于此目的。通用指示剂​​由多种材料组成，每种材料在不同的 pH 值下会改变不同的颜色，这使观察者能够更准确地确定所讨论的溶液在 pH 值范围内的位置。通用指示剂​​可以浸渍到纸上制成 pH 试纸，也可以以液体形式使用。每个通用指示剂​​都提供参考色卡，将特定颜色与 pH 范围相关联。一般来说，大多数通用指标的准确度都在 pH 值范围内的两个值以内。例如，绿色结果可能表示 pH 值为 8-9。这意味着通用指标可以在一定范围内定量测定样品的pH值。

pH 计可以通过使用电力来确定数字 pH 值，从而实现更精确的量化。将探针放入测试样品中，电流流过探针。由于电由带负电荷的电子组成，流过仪表的电流力与氢离子浓度成正比。溶液中的 H+ 离子越多，流过仪表的电流就越大。然后将该数字转换为观察者可以读取的数字 pH 值。

历史

石蕊一词来自古挪威语，意思是“染色或着色”。这是合适的，因为用于制作石蕊的地衣也被用于染布数百年。关于石蕊的起源的信息很少。有一些数据表明石蕊试纸是由法国化学家 J.L. Gay-Lussac 在 1800 年代早期开发的。 Gay-Lussac 以其体积组合定律而闻名，该定律指出，每当气体在恒定温度和压力下形成或相互反应时，它们的体积都是很小的整数比。换句话说，当气体结合时，只要温度和压力保持不变，它们总是以相同的方式结合。

原材料

用于制造石蕊试纸的主要原料是木质纤维素、地衣和辅助化合物。石蕊试纸，顾名思义，主要由纸组成。用于制作石蕊试纸的纸张必须不含可能改变所测量系统 pH 值的污染物。与大多数纸张一样，石蕊试纸由木质纤维素制成。在造纸之前用溶剂对木材进行处理，以去除木材中的树脂材料和木质素。美国最常见的溶剂之一是硫酸盐——硫酸钠或硫酸镁。

石蕊试纸在暴露于酸或碱时变色的能力是石蕊试纸中注入地衣的结果。在植物世界中，地衣是独一无二的，因为它们实际上是两种截然不同的生物，真菌和藻类，合二为一。植物学家将地衣归类为真菌，因为它被认为是负责有性繁殖的真菌。然而，每一种地衣都有自己独特的名字。大约有 15,000 种不同类型的地衣已被确定。在几乎所有类型的气候中，都可以发现地衣生长在岩石、树木和墙壁上、土壤中甚至水下。地衣通常被用作环境质量的衡量标准，因为它们对各种污染物很敏感。几种地衣用于生产石蕊，包括 rocella tinctoria, 原产于地中海， lecanora tartarea， 荷兰常见的地衣。事实上，荷兰是最大的石蕊试纸产品生产国之一。

设计

大多数石蕊试纸和其他类型的 pH 指示剂都是通过科学供应商销售的。石蕊试纸有红色和蓝色两种。石蕊试纸的自然颜色是蓝色。当放入酸性溶液中时，蓝纸变成红色。红色石蕊试纸在制作时首先与酸混合。这会导致纸张呈红色。当放置在有碱的情况下时，纸张会恢复到其自然的蓝色。

制造过程

石蕊试纸的生产与造纸有很多共同点。在这个过程中，将木浆转化为纸，将地衣溶液浸入纸中，然后将纸干燥并包装。

木浆加工

• 1 在这第一步中，木材被切碎并在蒸汽压力下与溶剂和水混合。由此产生的物质称为木浆。纸浆铺在金属丝网带上并通过滚筒。这造成 pH 值。可以干燥并制成可用纸的薄层。皮带下方的木箱可以收集水流。由于水中含有可回收的纤维，因此会与纸浆重新混合。
• 2 为了加快干燥过程，在皮带下方使用了抽气泵。当纸张沿着传送带移动时，它会从称为花式卷筒的网状或金属丝圆柱体下方通过。花花公子卷的目的是为纸张提供标识纸张等级和制造商的编织或水印。纸张继续沿着传送带向下移动，在那里它被压在两个覆盖有毛毡的辊（垫辊）之间，通过挤出额外的水来迫使纤维粘合在一起。
• 3 纸张从这些沙发辊中通过两组光滑的金属压辊，使纸张具有光滑的表面。纸张完全干燥，将其置于加热辊上，由旋转刀具切割并缠绕在卷轴上。

注入地衣

• 4 为了使纸张的 pH 值活跃，然后将其注入主要由地衣组成的水溶液。这是通过将纸穿过溶液浴来完成的。它吸收溶液，然后通过以使其发酵和干燥。
• 5 使地衣在碳酸钾和氨的存在下发酵。发酵后，团块呈蓝色，然后与白垩混合。蓝色石蕊试纸是通过将白纸浸渍在上述石蕊混合物的浸液中制备的。然后将纸小心地露天干燥。红色石蕊试纸的制备方法类似，但加入少量硫酸或盐酸使其变红。

包装

• 6 纸张准备好后，将其发送到最终包装站。石蕊试纸通常以预先切好的条状出售。制造商将条带放入可重新密封的塑料小瓶中。重要的是包装要防止条带受潮，因为任何与石蕊试纸接触的液体都可能导致指示剂变色。可以购买可以由用户切割的卷状石蕊试纸，尽管并不常见。制造商还为每包石蕊试纸提供书面说明，以便用户知道如何正确使用产品。对于通用指标文件或解决方案，书面说明是不够的。还提供颜色参考卡，以便用户可以将测试结果与参考卡进行匹配，以确定 pH 值。

未来

由于其合理的成本和易用性，石蕊试纸肯定会继续广泛用于教育。然而，一些种类的地衣正在灭绝。因此，石蕊试纸的制造商未来可能会转向合成材料。其他类型的 pH 试纸的制造商已经这样做了。此外，由于石蕊不能给出定量结果，因此不能替代其他pH试纸和pH计。事实上，趋势是使pH指示剂更加准确且不那么主观。其中一种趋势是在 pH 计中使用光纤探头，以使其更加灵敏。