Sắc thái của quỳ

Quỳ là một hỗn hợp hòa tan trong nước bao gồm nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau, chiết xuất từ một số loài địa y (sinh vật kết hợp giữa tảo hoặc vi khuẩn lam sống trong sợi của nhiều loài nấm trong mối quan hệ hỗ sinh), như Roccella, Dendrographa, Variolaria, Ochrolechia, Parmotrema hoặc Parmelia spp. Dạng nguyên chất của nó là một loại bột màu tối với mùi hơi giống amoniac.

Ở pH trung tính, quỳ có màu sắc chính là màu tía (màu thứ cấp, kết hợp giữa màu đỏ với bước sóng 610-760 nm và màu xanh lam với bước sóng 450-500 nm). Tuy nhiên, sự phân biệt giữa màu tía và màu tím (màu quang phổ với bước sóng 380-450 nm) không rõ ràng đối với mắt thường, vì vậy trong thực tế, người ta thường gọi nó là quỳ tím.

Nguồn gốc

Quỳ được thầy thuốc Tây Ban Nha Arnaldus de Villa Nova (~1240-1311) sử dụng lần đầu vào khoảng năm 1300. Từ thế kỷ 16, khi phương pháp sản xuất quỳ được công khai, thuốc nhuộm màu xanh lam chiết xuất từ một số loài địa y như Leuconora tartarea và Rocella tinctoria bắt đầu được sản xuất công nghiệp, đặc biệt ở Hà Lan với các thương hiệu Bergmoos và Klippmoos. Năm 1704, tên gọi trong tiếng Hà Lan của nó là lakmoes - kết hợp từ leg (nhỏ giọt) và mus (cháo) trong ngữ hệ Ấn-Âu, phản ánh phương pháp sản xuất bằng cách chiết nhỏ giọt địa y nghiền như cháo. Tên gọi này đã trở thành nền tảng cho các tên gọi trong các ngôn ngữ châu Âu như tiếng Anh litmus, tiếng Đức lackmus, và tiếng Nga лакмус.

Vào năm 1640, các nhà thực vật học mô tả một loại thuốc nhuộm chiết xuất từ loài thực vật có hoa tím tía, gọi là vòi voi (Heliotropium spp.). Ban đầu, các nhà hóa học sử dụng nó như một chỉ thị (chuyển thành màu đỏ trong dung dịch axit và màu xanh lam trong dung dịch kiềm). Mặc dù quỳ ban đầu được dùng để nghiên cứu nước khoáng, nhưng từ thập niên 1670, các nhà hóa học đã chú ý nhiều hơn đến nó. Tại Pháp, quỳ chiết xuất từ Heliotropium được sử dụng rộng rãi và được gọi là tournesol - theo tên tiếng Pháp của Heliotropium. Sau này, quỳ được sản xuất chủ yếu từ địa y bằng phương pháp rẻ tiền hơn.

Nguồn gốc tự nhiên

Quỳ có thể được chiết xuất từ nhiều loài địa y khác nhau. Các loại thuốc nhuộm này được lấy từ những loài như Roccella tinctoria (bờ tây Nam Mỹ, Cabo Verde, quần đảo Canaria, Madeira, Açores), Roccella fuciformis (Angola và Madagascar), Roccella pygmaea (Algeria), Roccella phycopsis, Lecanora tartarea (Na Uy, Thụy Điển), Variolaria dealbata (Pyrénées, Avernes), Ochrolechia parella (duyên hải tây bắc châu Âu), Parmotrema tinctorum (quần đảo Canaria) và Parmelia. Các nguồn cung cấp quỳ chính hiện nay là Roccella montagnei (Mozambique) và Dendrographa leucophoea (California).

Quá trình sản xuất

Trong thời gian dài, sản xuất quỳ là bí mật và thông tin chi tiết về phương pháp chế biến không được công khai. Phương pháp sau đây đã được sử dụng để thu được bột quỳ:

• Địa y được xay thành bột;
• Bột được ngâm trong dung dịch soda-ammoniac (soda hoặc kali cacbonat + NH₄OH) trong 3 tuần, khuấy đảo liên tục. Nước tiểu được dùng thay cho dung dịch amonia (như một nguồn cung cấp ion CO₃ và NH₄);
• Sau khi ngâm và lên men, màu của hỗn hợp chuyển từ đỏ sang xanh da trời, cặn lắng được tách bỏ;
• Sau khi loại bỏ cặn, dịch chiết màu xanh da trời được sấy khô và nghiền. Sản phẩm thu được là hỗn hợp bột của các thuốc nhuộm quỳ và orcein;
• Sau khi chiết bột bằng cồn, dung dịch màu đỏ carmin (đỏ son) được loại bỏ và phần lắng còn lại là quỳ màu xanh lam sẫm;
• Ép khối phần lắng bằng thạch cao hoặc đá phấn để thu được quỳ khô dễ nghiền.

Phương pháp chế tạo thuốc nhuộm orcein và quỳ theo công nghệ mới, được hai nhà hóa học người Anh là G. Gordon và Cuthbert Gordon cấp bằng sáng chế vào năm 1758, có quy trình như sau:

• Đầu tiên, nguyên liệu địa y được nghiền thành bột;
• Bột sau đó được trộn với dung dịch vôi tôi, kali cacbonat và amoni cacbonat, rồi để lên men trong không khí;
• Sau khoảng ba tuần lên men, màu sắc của hỗn hợp sẽ chuyển từ tím hoặc nâu sang xanh lam đậm;
• Hỗn hợp được tách qua sàng, dung dịch tách ra chứa khoảng 90% orcein và đến 8% các chất quỳ khi được quy khô;
• Dung dịch này có thể được dùng để ép thành bánh với đá phấn hoặc thạch cao, hoặc bay hơi để chiết rượu thu được orcein.

Hóa học

Hỗn hợp quỳ với số CAS 1393-92-6 chứa từ 10 đến 15 loại thuốc nhuộm khác nhau. Các thành phần hóa học của quỳ có thể tương tự như của hỗn hợp orcein (số CAS 1400-62-0), nhưng với tỷ lệ khác nhau. Khác với orcein, thành phần chính của quỳ có khối lượng phân tử trung bình khoảng 3.300. Các chất chỉ thị axit-base trên quỳ do đặc tính của chromophore 7-hydroxyphenoxazon. Một số phân đoạn của quỳ đã được đặt tên như:

• Erythrolitmin hay Orcein erythrolein (С₁₃H₂₂O₆)
• Azolitmin (C₉H₁₀NO₅)
• Spaniolitmin
• Leucoorcein
• Leucazolitmin.

Azolitmin có hiệu ứng tương tự như quỳ.

Giấy quỳ

Giấy quỳ là loại giấy được tẩm dung dịch quỳ trong etanol hoặc nước, được sử dụng trong hóa học để kiểm tra và đo pH. Khi nhúng giấy quỳ vào dung dịch, nếu giấy giữ nguyên màu tím, dung dịch đó có pH trung tính; nếu giấy chuyển sang màu xanh lá, dung dịch đó có tính kiềm; còn nếu giấy đổi màu thành hồng, dung dịch đó có tính axit. Sự thay đổi màu diễn ra ngoài khoảng pH 4,5–8,3 ở 25°C (77°F). Các phản ứng không phải axit-baz cũng có thể làm thay đổi màu của giấy quỳ. Ví dụ, khí clo có thể làm cho giấy quỳ tím chuyển thành đỏ rồi trắng do tác động của các ion hypoclorit (ClO). Phản ứng này không thuận nghịch, vì vậy giấy quỳ không đóng vai trò chất chỉ thị màu trong trường hợp này.

Theo một số nguồn tài liệu, quỳ được sử dụng làm chất chỉ thị pH đầu tiên có thể do nhà hóa học người Pháp Gay-Lussac (1778-1850) vào khoảng thế kỷ 19. Tuy nhiên, vẫn chưa có bằng chứng rõ ràng và chính xác về điều này.

Tính chất

Giấy quỳ nổi bật với sự tiện lợi của nó. Chỉ cần một mảnh giấy quỳ nhỏ, người dùng có thể nhanh chóng xác định tính axit hay kiềm của dung dịch (chỉ trong vài giây) và đánh giá mức độ axit/kiềm tương đối dựa trên sự thay đổi màu sắc. Thêm vào đó, giấy quỳ ẩm (được làm ướt bằng nước cất) còn có thể dùng để kiểm tra tính axit/kiềm của các khí như H₂S, SO₃… Một ưu điểm rõ rệt khác của giấy quỳ là giá thành thấp hơn so với các chỉ thị pH khác.

Tuy nhiên, giấy quỳ không thể đo lường chính xác độ mạnh yếu của axit/kiềm hay pH của dung dịch. Để có kết quả chính xác, người ta thường sử dụng các thiết bị chỉ thị pH cao cấp hơn như máy đo pH. Các máy đo pH hiện đại không chỉ cung cấp thông tin chính xác về pH mà còn đo nhiệt độ và độ dẫn điện của dung dịch.

Sản xuất

Quá trình sản xuất giấy quỳ tương tự như sản xuất các loại giấy khác, bao gồm việc sử dụng gỗ làm nguyên liệu, sau đó qua các công đoạn nghiền, phối trộn bột giấy, xeo, cán mỏng, sấy,... Sự khác biệt là trong bột giấy sẽ được thêm hoạt chất quỳ, sau đó sấy khô để tạo ra giấy quỳ thành phẩm.

Công dụng

pH là một yếu tố rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học. Mỗi tế bào trong cơ thể sinh vật đều có một mức pH nhất định (pH scale), và bất kỳ sự thay đổi nhỏ nào trong giá trị pH của môi trường cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sống của chúng. Trong nông nghiệp, pH cũng cần được chú trọng khi canh tác đất. Nếu đất có tính acid (hay còn gọi là đất chua, đất nhiễm phèn) sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây trồng, làm giảm giá trị canh tác. Vì vậy, người ta thường phải bón vôi (nguồn cung cấp base) để trung hòa các ion hydro và ion alum (nhôm) trong đất, giảm tính acid và tăng pH cho đất.

Địa y

• Dung dịch Phenolphthalein không màu sẽ chuyển sang màu đỏ hồng khi tiếp xúc với dung dịch kiềm

• Giấy ozon được tẩm Kali Iodide KI và hồ tinh bột để phát hiện ozon với màu xanh
• Giấy fluoretxein dùng để phát hiện Brom
• Giấy nghệ dùng để nhận diện Bo với màu đỏ
• Giấy quỳ cũng có thể chỉ định cho giấy dát vàng quỳ sử dụng để dát vàng lên tranh

Liên kết ngoài

• Cách sử dụng giấy quỳ*
• Tài liệu liên quan đến Chất chỉ thị pH trên Wikimedia Commons
• Litmus (hóa học) trên Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)