Создание индикатора pH из красной капусты — химия антоцианов

Нарежьте краснокочанную капусту мелкими кусочками, чтобы максимально увеличить площадь поверхности. Поместите кусочки в большую кастрюлю, залейте 500 мл дистиллированной воды и доведите до кипения. Варите на медленном огне 15–20 минут, пока вода не приобретёт насыщенный сине-фиолетовый цвет. Альтернативно, залейте нарезанную капусту кипящей водой в жаропрочной миске и дайте настояться 30 минут. Горячая вода извлекает пигменты антоцианины (в частности, цианидин-3-глюкозид и его производные) из вакуолей клеток капусты. Процедите жидкость через сито, отбросив твёрдые части капусты. Полученный насыщенно-фиолетовый раствор является вашим исходным запасом pH-индикатора. Он хранится 1–2 недели в холодильнике или может быть заморожен для более длительного хранения.

Налейте примерно 30–50 мл фиолетового раствора индикатора в 6–10 прозрачных стаканов или пробирок. Расставьте их в ряд. Соберите тестовые вещества, охватывающие шкалу pH: лимонный сок (pH ~2), белый уксус (pH ~2,5), молоко (pH ~6,5), дистиллированная вода (pH 7), пищевая сода, растворённая в воде (pH ~8,5), разбавленный раствор аммиака или раствор кальцинированной соды (pH ~11) и разбавленный отбеливатель (pH ~12–13). Обращайтесь с сильными основаниями и отбеливателем осторожно — они едкие. Нейтральный раствор индикатора должен иметь насыщенный сине-фиолетовый цвет, это исходная точка при pH 7.

Добавьте несколько капель лимонного сока в первый стакан с индикатором и перемешайте. Раствор становится ярко-розово-красным. Молекула антоцианина присоединяет ион водорода (H+) от кислоты, что переводит катион флавилия в его красную форму. Добавьте уксус в следующий стакан — он тоже становится розовым, но немного менее интенсивно, поскольку уксус немного менее кислый, чем лимонный сок. Интенсивность окраски коррелирует с силой кислоты, потому что большее количество ионов H+ означает более полное превращение антоцианина в его протонированную (красную) форму. Это демонстрирует количественную природу индикатора — он не просто определяет кислоту/основание, а показывает, насколько кислым или щелочным является раствор.

Добавьте раствор пищевой соды в другой стакан — индикатор становится сине-зелёным. Антоциан теряет ионы водорода в щелочной среде и переходит в свою хиноидную основную форму. Добавьте более сильные основания: раствор аммиака даёт зелёный цвет, а разбавленный отбеливатель — жёлто-зелёный. При очень высоком pH (выше 12) структура антоциана полностью раскрывается до формы халкона, которая поглощает синий свет и выглядит жёлтой. Теперь у вас есть полный цветовой спектр: от красного (pH 1-3) через фиолетовый (pH 4-6) и синий (pH 7-8) к зелёному (pH 9-11) и жёлтому (pH 12-14). Этот единственный природный пигмент охватывает весь диапазон pH, делая его таким же информативным, как синтетический универсальный индикатор.

Чтобы изготовить портативные полоски для проверки pH, замочите полоски белого фильтровальной бумаги для кофе или промокательной бумаги в концентрированном растворе индикатора из краснокочанной капусты на 5 минут. Выньте и разложите на сушилке плашмя. После высыхания бумажные полоски приобретают бледно-фиолетовый цвет и работают так же, как коммерческая индикаторная бумага для pH: опустите полоску в любую жидкость, и изменение цвета укажет pH. Храните высушенные полоски в герметичном пакете с застежкой-зиппером вдали от света (антоцианы светочувствительны и разрушаются под воздействием УФ-излучения). Эти полоски надежно различают сильные кислоты, слабые кислоты, нейтральные растворы, слабые основания и сильные основания, что делает их практичным инструментом для проверки pH почвы, качества воды, бытовой химии и хода ферментации.