Застосування хімічних індикаторів і барвників у різних галузях промисловості

Застосування хімічних індикаторів і барвників у різних галузях промисловості

Такі категорії хімічної продукції, як індикатори і барвники, викликають постійний інтерес у фахівців, що функціонують в різних напрямках. Із застосуванням індикаторів та барвників реалізують різноманітні хімічні процеси в промислових цілях, наукових, дослідницьких сферах та побуті. Ці речовини необхідні виробникам одягу і різного текстилю, працівникам санітарно-епідеміологічного сегменту й лабораторним співробітникам, що контролюють перебіг реакцій, в яких важливо позначати певні структури. Барвники й індикатори використовують в медичних установах, харчопромі, піротехнічному напрямку, на нафтопереробних підприємствах… Вони нерідко задіюються в аквакультурі, для фарбування води в штучних водоймах, а також інших водних середовищах типу акваріумів і фонтанів. За допомогою пофарбованої води здійснюють ревізію трубопровідних систем і так далі, і таке інше.

Як вже можна зробити висновок, застосування хімічних індикаторів і барвників надшироке. Але щоб заглибитися в це питання більш ґрунтовно, слід дати визначення цим видам хім. продукції, розглянути їх різновиди, особливості тощо. Наша стаття саме цьому і присвячена, тому запрошуємо до ознайомлення.

А тим, хто вже в темі, хто хоче купити індикатори та барвники – на допомогу прийде каталог компанії «Система Оптимум». Для вас – широкий асортимент відповідної продукції дрібним і великим оптом за доступними цінами. Замовляйте – будемо раді співпраці.

Хімічні індикатори: визначення, види та застосування

Індикаторами іменується група хім. сполук, що дозволяють вести оперативний і точний контроль різних процесів шляхом візуалізації певних змін. Візуалізація може полягати в колірній трансформації, люмінесценції або появі осаду і пояснюватися зміною молекулярної структури індикатора в певному середовищі. А час їй – в момент досягнення того чи іншого стану системи.

За допомогою індикаторів можна своєчасно відстежувати, яка структура рідини або газу, як змінилася концентрація або, скажімо, рівень pH чи якийсь інший параметр середовища/його складових. Зміни таким чином можна фіксувати навіть найнезначніші, що і дозволяє контролювати процес перебігу хімічної реакції максимально об’ємно й коректно. Тобто індикатори можна визначити як хім. речовини, завдяки введенню яких у розчин, що піддається аналізу, на основі ознаки, яка легко проявляється, можна встановлювати, коли завершилася хімічна реакція або яка концентрація водневих іонів.

Основна маса індикаторів активно застосовується в титриметричному аналізі, де з їх участю визначають точку еквівалентності (кінцеву точку титрування). Присутність необхідних вказівників у цій точці (або ж недалеко від неї) може давати колірні зміни, каламутність, світіння тощо, що обумовлено трансформаціями котрихось властивостей досліджуваного розчину. Однак, різних видів цих сполук існує маса, а отже, і широта застосування з різноманітною метою чимала. Попитом користуються як варіанти загального призначення, так і специфічні, з вузькою спрямованістю. Яскравий приклад останніх – індикатори для встановлення рівня випромінювання.

Класифікації. Загалом, існують природні та хімічні індикатори. Останні діляться на кислотно-основні, окислювально-відновні, адсорбційні, комплексонометричні, а також хемілюмінесцентні, ізотопні та деякі інші.

Розглянемо більш детально основні групи хім. індикаторів:

  • кислотно-основні, або pH-індикатори (в т.ч. фенолфталеїн, лакмус, метиловий червонийметилоранжбромтимоловий синій та ін.). Це орган. сполуки, здатні змінювати забарвлення розчину тоді, коли змінюється його кислотність. Кольорозміни ведуть за собою трансформації структури молекул хім. речовини в лужному/кислому середовищі, як результат видозмінюється поглинальний діапазон розчину. Склад газу визначається за допомогою спеціальних індикаторних трубок і паперу. Найбільшого поширення представники зазначеної групи отримали в аналітичній хімії і біохімії. Вони дозволяють здійснювати наочні дослідження, сприяють швидкості процесу і коштують недорого. Але якщо потрібна максимальна точність, цей різновид не завжди доречний, у зв’язку зі суб’єктивністю визначення забарвлення. Високоточні вимірювання – за pH-метрами з цифровою індикацією;
  • окислювально-відновні, або редокс-індикатори (з інакшим кольором Ох- та Red-форм). А саме: метиленовий синійдифеніламін, дифеніламінсульфокислота, фероїн, хінгідрон та ін. Дозволяють визначати точку еквівалентності в окисно-відновних реакціях. Міняють забарвлення через те, що в аналізованому розчині є окислювачі або відновники. Наприклад, безбарвний дифеніламін в окисленому стані стає фіолетовим, а синька синьою і т.д.;
  • комплексонометричні (металохромні, металоіндикатори). Задіюються в титруванні, основаному на участі амінополікарбонових кислот. Встановлюють точку еквівалентності при залученні методів кількісного хім. аналізу. Вступають в реакцію з обумовленими іонами, утворюючи забарвлені сполуки-комплекси. Представники – в більшості водорозчинні органічні барвники: алізариновий червоний С, гліцинтімоловий синій, ксиленоловий помаранчевиймурексид, флуорексон та ін.;
  • адсорбційні. Речовини зі здатністю до адсорбції на поверхні осаду зі зміною кольору або інтенсивності люмінесценції. В їх присутності в точці еквівалентності, яка встановлюється при осадженні (приклад – титрування іонів хлору класичним р-чином азотнокислого срібла), змінюється забарвлення осаду. Яскравий представник – крохмаль. Також сюди належать барвники, зокрема еозин і флуоресцеїн.

На увагу заслуговують і затребувані в титриметрії, люмінесцентному аналізі й тонкошаровій хроматографії люмінесцентні індикатори – речовини, які люмінесціюють або пригнічують люмінесценцію при зміні pH р-чину, в окисно-відновних реакціях, при комплексоутворенні або адсорбції. Їх поділ, згідно з характером світіння, дає флуоресцентні (змінюють забарвлення флуоресцентного випромінювання при спрямуванні на розчини УФ-світла) і хемілюмінесцентні (світіння з’являється за рахунок енергії хім. реакції) індикатори. Флуоресцентні кислотно-основні індикатори – це передусім еозин, флуоресцеїн, саліцилова кислота та ін. Хемілюмінесцентні індикатори (в т.ч. люмінол, люцигенін, сілоксен та інші) також варті уваги. Ці речовини можуть в точці еквівалентності випромінювати видиме світло. Їх задіюють при титруванні інтенсивно забарвлених розчинів.

Ізотопні індикатори, іменовані також міченими атомами, є ізотопами (стійкими або нестійкими), властивості яких відрізняються від інших ізотопів зазначеного елемента, що додаються до хім. сполуки або сукупності, де присутній досліджуваний елемент. Ці речовини знаходять застосування в хімії, біології, медичній сфері, металургійній галузі. З їх допомогою вивчають обмінні процеси в нервовій, м’язовій та інших тканинах організму. Вони дають можливість відстежити кругообіг будь-якого елементу в природі, його поведінку під час хім. реакції, у виробничих процесах і т.п.

Крім того, хімічні індикатори класифікують на:

  • оборотні та необоротні. Перші можуть змінювати забарвлення багаторазово по ходу трансформацій стану системи. З другими відбуваються незворотні хім. перетворення, вони, наприклад, руйнуються, а через це використовуватися повторно не можуть;
  • внутрішні (вводяться в досліджуваний розчин) і зовнішні (застосовувані в реакціях поза аналізованим середовищем). З внутрішніми все зрозуміло – класика жанру. Щодо зовнішніх, то береться кілька крапель розчину і переноситься на папір, попередньо просочений індикатором. Або, як варіант, виконується змішування аналізованого середовища з краплею індикатора на білій порцеляновій пластинці;
  • загальні (змінюють колір, відповідно до потенціалу і незалежно від характеру компонентів розчину) та специфічні (діють, реагуючи лише з деякими сполуками);
  • одно- і двоколірні. В основі цього поділу – схема переходу кольору. В одноколірних одна з форм забарвлена, інша безбарвна, в двоколірних кожній формі характерне власне забарвлення.

Розглядаючи індикатори, мало дізнатися, що вони собою являють, якими бувають і де застосовуються (все це ви вже прочитали вище). Картина не буде повною, саме використання не обов’язково порадує, а результат не факт, що задовольнить, якщо речовини не будуть відповідати певним вимогам, перш за все таким:

  • належне розчинення у воді, кислотних та інших характерних для титрування середовищах;
  • стійкість до різних впливів, зокрема світла, повітря, плюс до інших компонентів розчину;
  • стабільність при тривалому зберіганні;
  • чітка різниця між кольорами окисленої і відновленої форм;
  • вузький інтервал потенціалу, на якому реалізується перехід від однієї форми до іншої, його відповідність стрибку на кривій титрування;
  • оперативна зміна кольору;
  • відсутність впливу сторонніх реакцій;
  • чітка кольоротрансформація розчину в кінцевій точці титрування навіть у випадку внесення найменших обсягів індикатора.

Барвники: класифікації, сфери використання

Барвники – також досить цікава і важлива група хімічних сполук, що знаходять застосування в різних напрямках. Ці речовини мають здатність до активного поглинання і перетворення енергії електромагнітних хвиль у видимій і ближніх УФ та ІЧ областях спектра. Отже, їх використання полягає в наданні зазначеної здатності іншим тілам. Простіше кажучи, певний барвник (сильно забарвлена в якийсь колір речовина) надає того чи іншого забарвлення реактивам, хім. субстанціям і всіляким іншим речам (колорує різні матеріали).

Хім. склад барвників обумовлений присутністю в їхніх молекулах ланцюгів спряження (чергуються прості й подвійні зв’язки) і ароматичних або ж гетероциклічних ядер з ауксохромами. Колір залежить від того, що вибірково поглинається частина світлових хвиль видимого спектру, а решта відбивається. Характерна риса барвників – здатність просочувати матеріал, завдяки капілярним і дифузійним процесам, та фарбувати по всьому периметру з певним типом фіксації на активних центрах. Зверніть увагу, що колір барвника не завжди без видозмін передається оброблюваному об’єкту: колір барвника і об’єкта може відрізнятися.

Різновиди барвників. Спочатку застосовувалися природні барвники (рослинної та тваринної етимології). Потім замість них все частіше стали задіювати синтетичні речовини, поки останні майже повністю не зайняли нішу. Відтак перша класифікація, основана на походженні, передбачає наявність природної та синтетичної груп.

Спосіб використання визначає існування таких груп барвників, як пігменти, катіонні-основні, сірчисті, дисперсні, кислотні, прямі, кубові, активні, проявні, протравні та інші.

Також існує поділ за хім. будовою на:

  • нітробарвники. Ароматичні сполуки з нітро-групами, пов’язаними з гидрокси-/аміногрупами. Особливе практичне значення має дисперсний жовтий тривкий, його використовують для фарбування низки волокон. Нафтоловим жовтим у деяких країнах підфарбовують харчові продукти, а його барієвою сіллю – паперову масу при виготовленні кольорового паперу;
  • нітрозобарвники. Переважно зелені органічні барвники, аромасполуки з нітрозогрупи NO в орто-положенні до гідроксильної OH. Найпоширеніше застосування – фарбування гуми, шпалер, бавовняних тканин та інших матеріалів. Першочергове практичне значення в наші дні мають нітрозопохідні 2-нафтола та його заміщених. Зокрема пігмент зелений використовують у лакофарбовій галузі та поліграфії, при виготовленні кольорових олівців, пластмаси тощо. За допомогою кислотного зеленого фарбують вовну і шовк;
  • азобарвники. Азосполуки, вкрай важливий клас барвників, що займає майже половину всієї синтетичної продукції цієї категорії. Зазначені барвники бувають різних кольорів і відтінків. Застосування актуальне у всіх технічних сферах задіяння барвників, зокрема там, де необхідно фарбувати різні волокна, пластичні маси, папір. Також виступають пігментами для кольорових олівців, лаків і фарб. Представники: кислотний синій 2К, конго червоний, аніліновий жовтий та ін.;
  • акридинові. Похідні акридину, органічні жовті/помаранчеві барвники, зокрема помаранчевий акридин, профлавін і акрифлавін. З їх допомогою фарбують хромосоми, обробляють шкіру, папір, деревину, а також лікують риб;
  • антрахінонові. Похідні антрахінону. Одна з найбільших груп барвників, що включає алізарин – речовину, яка використовується у фарбуванні тканин, поліграфічної продукції для створення художніх фарб і в якості напівпродукту для виробництва більш складних барвників. Особливість представників цієї групи – високостійкість забарвлення, перш за все до світлового впливу;
  • метинові. Синтетичні й природні барвники. Бувають катіонними, аніонними і нейтральними. Можуть мати різні кольори (від жовтих до зелених), є і безбарвні варіанти. З причини вузьких спектральних смуг поглинання, характеризуються яскравістю відтінків. Ще одна особливість – високоінтенсивне забарвлення. Перший отриманий представник – ціанін. Застосування характерне для текстильної та шкіряної промисловості, виготовлення чорнила, штемпельної фарби і копіювального паперу. Відсутність кольору і потужна флуоресценція деяких цих барвників пояснюють їх популярність в якості оптичних відбілювачів. Біологія, медицина і низка інших напрямків також не обходяться без цих речовин;
  • індигоїдні. Синтетичні сполуки, як наприклад, синій індиго і його похідні, блакитний броміндиго, пурпурний індірубін та ін. Існують вони у стійких транс-формах, але під дією світла більшість представників цієї групи зворотно набуває менш глибоко забарвлену цис-форму. Використовуються для фарбування вовни, поліамідних волокон, джинсу, хутра, для виробництва художніх і поліграфічних фарб. Забезпечують не надмірно яскраве забарвлення.

Є також діазонідні барвники (похідні солей діазонію), ксантенові (похідні ксантену), оксазинові (похідні оксазину), оксазонові (похідні оксазону), флуоронові (основані на флуороні), арилметанові, хінонімінові й багато інших різновидів барвників з різною хімічною будовою. Більше інформації про них за потреби з легкістю знайдете на просторах інтернету.

Застосування. Зі сказаного вище можна зробити висновок, що практично неможливо знайти галузь, в якій взагалі не було б актуальне задіяння барвників. Так, десь ці речовини більше потрібні, а десь менше, але майже скрізь без них не обійтися. Шкіряне і текстильне виробництва, целюлозно-паперова промисловість, фармацевтика, кулінарія – ніщо не нехтує отриманням необхідних кольорів за допомогою спеціальних речовин. Барвники активно задіюються в розважальній індустрії: при створенні святкових виступів, в ілюзіоністичних програмах, фаєр-шоу. З їх допомогою фарбують акваріумну воду, штучні ставки, фонтани і водоспади. Їх використовують для лікування риб. З їх участю перевіряють цілісність систем трубопроводів на електростанціях, в ЖЕКах і т.д. На їх основі виробляють декоративну і доглядову косметику, в т.ч. фарби для волосся, лаки для нігтів, шампуні, мила, креми та інше.

Барвник & пігмент – у чому різниця? Іноді ці два поняття використовують як взаємозамінні. Але найчастіше так робити не слід. Вище ми говорили, що пігменти, за однією з класифікацій, є різновидом барвників. А взагалі ці дві групи речовин мають суттєві відмінності. Так, барвники розчиняються в фарбувальних субстанціях, а пігменти ні. Перші при фарбуванні проходять в структуру оброблюваного матеріалу, формуючи досить потужні зв’язки з волокнами, при залученні других зв’язок з матеріалом, на який здійснюється вплив – за сполучним. Кольороутворювачі-компоненти фарб (тут пігменти) зосереджуються в сполучному, від якого переважно й залежать властивості фарби (крім забарвлення). Багато барвників – органічного походження, більшість пігментів – неорганічні дрібнодисперсні порошки, нерідко оксиди.

Якщо вам знадобилися хімічні індикатори або барвники для застосування в будь-якому згаданому чи іншому напрямку, звертайтеся до контактних осіб компанії «Система Оптимум». За необхідності вам нададуть всю відсутню інформацію про ту чи іншу сполуку й організують оперативні поставки необхідних кількостей товару по Україні.

Замовлення дзвінка
Дякуємо за Ваше звернення. Наші менеджери зв'яжуться з Вами найближчим часом