적양배추로 만드는 pH 지시약 — 안토시아닌 화학

표면적을 최대화하기 위해 적양배추를 작은 조각으로 자르세요. 조각들을 큰 냄비에 담고 증류수 500ml를 부은 뒤 끓이세요. 물이 짙은 청자색으로 변할 때까지 15-20분간 약하게 끓이세요. 또는 내열 그릇에 자른 양배추를 담고 끓는 물을 부은 뒤 30분 동안 우려낼 수도 있습니다. 뜨거운 물은 양배추 세포의 액포에서 안토시아닌 색소(특히 시아니딘-3-글루코사이드 및 그 유도체)를 추출합니다. 체에 액체를 걸러 양배추 건더기는 버리세요. 걸러진 짙은 보라색 용액이 pH 지시약 원액이 됩니다. 냉장 보관 시 1-2주간 사용할 수 있으며, 더 오래 보관하려면 냉동할 수 있습니다.

보라색 지시약 용액을 약 30-50ml 정도 6-10개의 투명한 유리잔 또는 시험관에 붓습니다. 이들을 한 줄로 나란히 배열하세요. pH 범위를 아우르는 테스트 물질을 준비합니다: 레몬즙(pH ~2), 식초(pH ~2.5), 우유(pH ~6.5), 증류수(pH 7), 물에 녹인 베이킹소다(pH ~8.5), 묽은 암모니아 또는 세탁소다 용액(pH ~11), 묽은 표백제(pH ~12-13). 강염기와 표백제는 주의해서 다루세요. 부식성이 있습니다. 중성 지시약 용액은 진한 파란보라색이어야 하며, 이것이 pH 7에서의 기준색입니다.

지시약이 담긴 첫 번째 잔에 레몬즙을 몇 방울 넣고 저어 줍니다. 용액은 밝은 분홍빛이 도는 빨간색으로 변합니다. 안토시아닌 분자는 산으로부터 수소 이온(H+)을 얻고, 이로 인해 플라빌륨 양이온 구조가 붉은 형태로 바뀝니다. 다음 잔에는 식초를 넣습니다. 이 역시 분홍색으로 변하지만, 식초는 레몬즙보다 산성이 약간 약하기 때문에 색이 조금 덜 진합니다. 색의 진하기는 산의 세기와 관련이 있는데, 이는 H+ 이온이 많을수록 안토시아닌이 양성자화된(붉은) 형태로 더 완전하게 전환되기 때문입니다. 이것은 이 지시약의 정량적 특성을 보여 줍니다. 즉, 단순히 산성이나 염기성을 검출하는 데 그치지 않고, 용액이 얼마나 산성인지 또는 염기성인지를 나타냅니다.

다른 유리잔에 베이킹소다 용액을 넣으면 지시약이 청록색으로 변합니다. 안토시아닌은 알칼리성 환경에서 수소 이온을 잃고 퀴노이드 염기 형태로 바뀝니다. 더 강한 염기를 추가하면 암모니아 용액은 초록색을, 묽은 표백제는 황록색을 만듭니다. pH가 매우 높은(12 이상) 경우 안토시아닌 구조가 완전히 열려 칼콘 형태가 되며, 이는 파란빛을 흡수하여 노란색으로 보입니다. 이제 pH 1-3의 빨간색에서 pH 4-6의 보라색, pH 7-8의 파란색, pH 9-11의 초록색, pH 12-14의 노란색에 이르는 완전한 색 스펙트럼을 얻게 됩니다. 이 단일 천연 색소는 전체 pH 범위를 포괄하므로 합성 만능 지시약만큼 유용한 정보를 제공합니다.

휴대용 pH 시험지를 만들려면 흰색 커피 필터 종이 또는 블로팅 페이퍼 띠를 농축된 적양배추 지시약 용액에 5분 동안 담가 둡니다. 꺼내서 건조대 위에 평평하게 펼쳐 말립니다. 마르면 종이 띠는 연한 보라색을 띠며 상업용 pH 지시약 종이와 동일하게 작동합니다. 띠를 어떤 액체에든 담그면 색 변화를 통해 pH를 알 수 있습니다. 건조된 띠는 빛을 피해 밀봉된 지퍼백에 보관하십시오(안토시아닌은 빛에 민감하며 자외선에 노출되면 분해됩니다). 이 띠는 강산, 약산, 중성 용액, 약염기, 강염기를 신뢰성 있게 구별할 수 있어 토양 pH, 수질, 가정용 화학제품, 발효 진행 상태를 테스트하는 실용적인 도구가 됩니다.