Hvad er titrering?

Titrering er en analytisk teknik, der gør det muligt at bestemme kvantiteten af et specifikt stof, der er opløst i en prøve, ved at tilsætte et reagens med en kendt koncentration. Den er baseret på en fuldstændig kemisk reaktion mellem stoffet (analyt) og et reagens (titrant).

Titrant tilsættes, indtil reaktionen er komplet. For at være egnet til bestemmelse skal afslutningen af titreringsreaktionen være let at observere, når den overvåges (indikeres) ved hjælp af passende teknikker, f.eks. potentiometri (potentialmåling med en sensor) eller gennem en farveændring.

Målingen af det dispenserede titreringsvolumen gør det muligt at beregne analytindholdet baseret på den kemiske reaktions støkiometri. For at være nøjagtig skal en titreringsreaktion være hurtig, komplet, entydig og observerbar.

Mens klassisk titrering blev udført ved manuelt at tilsætte titreringsmiddel ved hjælp af en hane med en gradueret glascylinder kendt som en burette, muliggør moderne automatiseret titrering nøjagtig, gentagelig tilsætning af titreringsmiddel og et mere robust plot af potentiale i forhold til titreringsmiddelvolumen. Manuel titrering er dog stadig en grundpille i mange laboratorier verden over (se manuel vs. automatiseret titrering nedenfor). Den grundlæggende teori bag manuel og automatiseret titrering er den samme.

Mere information om, hvad titrering er, kan findes i guiden Basics of Titration.

• Hvorfor er titrering vigtig, og hvordan bruges den i industrien?
• Hvad er typerne af titrering?
• Hvad er fordelene ved titrering?
• Hvad er forskellen mellem manuel og automatiseret titrering?
• Hvad er en titreringskurve?
• Hvad er forskellen mellem endepunkts- og ækvivalenspunktstitrering?
• Sådan beregnes molaritet / molaritetsligning / molarkoncentration
• Hvordan opnår man nøjagtige titreringsresultater?
• Grundlæggende terminologi i titrering

Titrering er en hurtig, nøjagtig og veletableret analysemetode, der anvendes bredt inden for forskning, produktudvikling og kvalitetskontrol. Sammenlignet med visse andre analysemetoder er den omkostningseffektiv, meget nøjagtig og accepterer en høj grad af automatisering. Disse faktorer kan gøre det nemt at forbedre produktiviteten i arbejdsgangen, da titreringen kan udføres af operatører uden specifik viden om kemi. Industrier, der bruger titreringskemi, omfatter landbrug, bioteknologi, kemikalier, kosmetik, elektronik, føde- og drikkevarer, maling og pigmenter, papir og papirmasse, petrokemikalier og lægemidler.

• Titrering er en veletableret analytisk teknik: Titrering er en af de ældste og mest almindeligt anvendte kvantitative analysemetoder. Manuelle, halvautomatiske og fuldautomatiske titreringer er blevet udviklet i vid udstrækning og anvendes i en lang række industrier.
  
  
• Det er en hurtig procedure: I tilfælde af manuelle titreringer er en buret, en titrant og en passende endepunktsindikator de eneste nødvendige ting. Titreringsmidlet tilsættes prøven i buretten, indtil reaktionen er fuldstændig og let observerbar. Målingen af den doserede titrantvolumen gør det muligt at beregne analytindholdet baseret på den kemiske reaktions støkiometri.
  Automatiske titreringer er endnu hurtigere og giver en betydelig tidsbesparelse. Automatisering giver mulighed for høj gennemstrømning med minimal operatørindsats og understøtter brugeren med hensyn til kvalitet og datasikkerhed ved at forbedre reproducerbarheden og undgå transskriptionsfejl. Automatisering booster produktiviteten og øger effektiviteten.
  
  
  
• Meget nøjagtig og præcis teknik: I starten blev der kun udført de titreringer, der viste en signifikant farveændring, når de nåede slutpunktet. Senere blev titreringerne kunstigt farvet med et indikatorfarvestof. Den opnåede præcision afhang hovedsageligt af kemikerens færdigheder og især af hans evne til at opfatte forskellige farver. I dag har titrering gennemgået en stærk udvikling: manuelle og senere motordrevne stempelburetter muliggør nøjagtig og gentagelig tilsætning af titreringsmiddel. Elektrokemiske sensorer erstatter farveindikatorerne, så man opnår større præcision og nøjagtighed i resultaterne. Det grafiske plot af potentialet i forhold til titreringsvolumen og den matematiske evaluering af den resulterende titreringskurve giver et mere nøjagtigt udsagn om reaktionen end farveændringen ved slutpunktet. Med mikroprocessorer kan titreringen styres og evalueres automatisk, hvilket er et vigtigt skridt i retning af automatisering.
  
  
• Højest mulige grad af automatisering: En titrator er et instrument, der gør det muligt at automatisere alle operationer, der er involveret i titreringen: tilsætning af titrant, overvågning af reaktionen (signalopsamling), genkendelse af slutpunktet, datalagring, beregning og lagring af resultater. Det eneste, operatøren skal gøre, er at placere prøverne på titratorens stativ og starte metoden.
  -Lær mere om muligheder og fordele ved automatisering med vores Titration Automation Guide.
  
  
  
• Automatiserede titreringer kan bruges af lavtuddannede og trænede operatører: I tilfælde af manuelle titreringer følger en laborant en detaljeret, standardiseret procedure (eller metode) og anvender sine færdigheder og sin viden til opgaven. Resultaterne bliver derefter beregnet og dokumenteret.
  Automatiserede titreringer er nemme at udføre, og der er ikke behov for højt specialiseret kemisk viden. Titreringsmetoder programmeres én gang og kan genbruges af enhver bruger ved blot at trykke på en knap. Resultaterne genereres derefter automatisk.
  
  
  
• Godt forhold mellem pris og ydelse sammenlignet med mere sofistikerede teknikker.

Titrering er en kvantitativ analyseteknik, der bruges til at bestemme den ukendte koncentration af en interessant analyt (det stof, der skal analyseres). Den udføres ved gradvist at tilsætte en nøjagtigt kendt mængde af et stof (tritranten), som reagerer med vores analyt i et bestemt forhold, til den prøve, vi ønsker at analysere. Målingen af den doserede titrantvolumen gør det muligt at beregne analytindholdet baseret på den kemiske reaktions støkiometri.

Titreringsmidlet tilsættes, indtil den kemiske reaktion er fuldført, og afslutningen af titreringsreaktionen er let at detektere med passende teknikker (f.eks. potentiometri eller farveændring af en passende indikator). Den reaktion, der er involveret i en titrering, skal derfor være hurtig, fuldstændig, entydig og observerbar.

For mere information og sammenligning, se her:

Titreringskurver illustrerer det kvalitative forløb af en titrering. De giver mulighed for en hurtig vurdering af titreringsmetoden. Man skelner mellem logaritmiske og lineære titreringskurver.

Titreringskurven har grundlæggende to variabler:

• Volumenet af titreringsvæsken som den uafhængige variabel. Opløsningens signal, f.eks. pH for syre/base-titreringer, som den afhængige variabel, der afhænger af sammensætningen af de to opløsninger.
• Titreringskurverne kan antage fire forskellige former, og de skal analyseres med de relevante evalueringsalgoritmer. Disse fire former er: den symmetriske kurve, den asymmetriske kurve, minimum/maximum-kurven og den segmenterede kurve.

Slutpunkt-titreringstilstand (EP):

Endepunktstilstanden repræsenterer den klassiske titreringsprocedure: Titreringsmidlet tilsættes, indtil slutningen af reaktionen observeres, f.eks. ved et farveskift på en indikator. Med en automatisk titrator titreres prøven, indtil en foruddefineret værdi er nået, f.eks. pH = 8,2.

Ækvivalenspunkt-titreringstilstand (EQP):

Ækvivalenspunktet er det punkt, hvor analytten og reagenset er til stede i nøjagtig de samme mængder. I de fleste tilfælde er det næsten identisk med titreringskurvens bøjningspunkt, f.eks. titreringskurver fra syre/base-titreringer. Kurvens bøjningspunkt defineres af den tilsvarende pH-værdi eller potentiale (mV) og titrantforbruget (mL). Ækvivalenspunktet beregnes ud fra forbruget af titrant med kendt koncentration. Produktet af koncentrationen af titrant og forbruget af titrant giver mængden af stof, der har reageret med prøven. I en autotitrator evalueres de målte punkter i henhold til specifikke matematiske procedurer, som fører til en evalueret titreringskurve. Ækvivalenspunktet beregnes derefter ud fra denne evaluerede kurve.

Stofmængdekoncentrationen af en opløsning af en enhed X (symbol c(X)) er mængden af stof n divideret med opløsningens volumen V.

N er antallet af molekyler i volumen V (i liter), forholdet N/V er antalskoncentrationen C, og N_A er Avogadro-konstanten, ca. 6,022×10²³ mol⁻¹.

De sædvanlige enheder, der anvendes i analyser, er mol/L og mmol/L.

At opnå præcise og nøjagtige titreringsresultater kræver en forståelse af, hvordan man minimerer faktorer, der kan påvirke nøjagtigheden negativt, samt at man vælger den rigtige titreringsmetode.

At reducere faktorer, der har negativ indflydelse på nøjagtigheden af resultaterne, kræver en forståelse af de typer af fejl, der kan være til stede i alle måleaktiviteter: systematiske fejl, tilfældige fejl og fejl i arbejdsgangen.

Systematiske fejl

En systematisk fejl er en fejl, der er konstant eller afvigende på grund af en konsekvent fejl begået under analysen. Typiske systematiske fejl i titrering omfatter:

• Forkert analysemetode eller titreringsformel
• Prøveudtagningsfejl eller forkerte prøvestørrelser på grund af en konsekvent, uerkendt vejningsfejl
• Falske eller manglende blankværdier, forkert sensorjustering
• For høj hastighed i forhold til reaktionen eller elektroderesponsen

Når først kilden til en systematisk fejl er identificeret i en titreringsproces, er den som regel let at rette.

Tilfældige fejl

En tilfældig fejl er en del af den samlede fejl, som varierer på en uforudsigelig måde, og som normalt er sværere at identificere. Typiske kilder til tilfældige fejl i titreringen omfatter:

• Dårlig prøvehåndtering
• Utilstrækkeligt udstyr (lav balanceopløsning, forkert glaskvalitet osv.)
• Forkerte metodeparametre (for store intervaller, utilstrækkelig ventetid)
• Bobler i buretterør eller ineffektiv skylning mellem prøverne
• Manglende oplæring af operatøren eller inkonsekvente miljøforhold

Hvis kilden til en tilfældig fejl ikke kan identificeres, skal antallet af replikater øges for at opnå en mere troværdig middelværdi. Dette fører generelt til spild af prøver, reagenser og tid.

Fejl i arbejdsgangen

Disse typer af fejl er ofte tidskrævende og til tider meget dyre at spore, især når der er tids- eller omkostningspres. Typiske workflow-fejl omfatter:

• Notation/transskriptionsfejl (f.eks. kopiering af data, fejlmærkning af prøver)
• Beregningsfejl
• Forveksling af prøver og/eller reagenser
• Forkerte prøvestørrelser
• Fejl i systemopsætning, instrumentbetjening eller rengøring (f.eks. ikke fjernelse af bobler fra ledningerne)

En kombination af brugeruddannelse, overholdelse af SOP og avancerede foranstaltninger til datasporbarhed og -integritet vil drastisk reducere workflow-fejl.

Håndtering af prøver

Fejl i prøvehåndteringen er måske den største fejlkilde i et titreringsworkflow. Prøvens homogenitet, opbevaringsproblemer, forkert prøvestørrelse og vejningsfejl er eksempler.

Med hensyn til størrelse skal prøven være stor nok til at være repræsentativ, men ikke så stor, at gentagne burettefyldninger bliver nødvendige under titreringen. Den ideelle titrering bør give et forbrug af titreringsmiddel på mellem 30 og 80% af et enkelt burettevolumen. Hvis inhomogenitet kræver, at prøven er større, skal der bruges et mere koncentreret titreringsmiddel.

Prøven skal også være stor nok til at minimere fejl ved måling af prøven. Det kræver typisk en passende vægt, og at man sikrer sig, at prøvens størrelse overstiger vægtens minimumskrav til nettovægt. Minimumsvægten er normalt en faktor af din ønskede eller givne procestolerance for vejning. For eksempel specificerer USP41 en maksimal tilladt fejl på 0,1% i vejeresultater. For at sikre nøjagtig vejning bør dine individuelle procestolerancer være 2 til 4 gange mindre for at sikre en tilstrækkelig sikkerhedsmargin. For ikke-USP-regulerede industrier er 1% en typisk procestolerance.

Når man f.eks. standardiserer en KF-titreringsmiddel med dinatriumtartratdehydrat, kræves der typisk en prøve på 50 mg på grund af problemer med opløselighed i methanol. For at sikre en vejeusikkerhed på mindre end 0,1% er det nødvendigt med en vægt med en aflæsningsevne på mindst 0,01 mg. Men hvis der bruges rent vand til at standardisere et KF-reagens og sikre tilstrækkeligt titrantforbrug, skal der bruges 7,5 til 20 mg vand. I dette tilfælde vil en vægt med 0,01 mg aflæselighed muligvis ikke opfylde USP's retningslinjer for nøjagtig vejning af prøver på over 14 mg. I tilfælde af væskeprøver skal der også anvendes glasvarer eller volumetriske apparater af den rette kvalitet, og man skal være omhyggelig med at undgå håndteringsfejl. For at hjælpe med at minimere undgåelige fejlkilder under titreringsmetoder kan du downloade vores gratis plakat for at lære, hvordan man identificerer og undgår titreringsfejl.

Følgende titreringsdefinitioner kan gøre det lettere for dig at lære alt, hvad du behøver at vide om titrering.

Analyt: Specifik kemisk art i en prøve, hvis indhold eller mængde bestemmes ved titrering.

Slut på titreringen: Det ønskede slutpunkt eller ækvivalenspunkt, hvor titreringen afsluttes, og forbruget af titreringsmiddel evalueres. Der kan forekomme mere end ét ækvivalenspunkt under den samme titrering.

Slutpunkt: Det punkt, hvor afslutningen af titreringsreaktionen observeres (typisk ved farveændring eller en anden titreringsindikator). At definere en titrering sammen med dens endepunkt er den klassiske teknik.

Ækvivalenspunkt: Det punkt, hvor antallet af enheder (ækvivalenter) af det tilsatte titreringsmiddel er det samme som antallet af enheder af prøveanalytten.

Indikation: Proceduren til at følge reaktionen og detektere afslutningen af titreringen. Generelt foretages indikation ved hjælp af potentiometri (elektroder) eller farveindikatorer.

Parallakse: Forskellen i den tilsyneladende position af et objekt baseret på observatørens synslinje. Ved titrering skal dette fænomen tages i betragtning, når man visuelt observerer flydende menisker i en burette.

Primær standard: Et certificeret, meget rent stof, der bruges til nøjagtig bestemmelse af titrantkoncentrationen.

Signalopsamling: Signalopsamling er overvågning af fysiske fænomener for at opnå digitale eller numeriske værdier på bestemte punkter (f.eks. et titreringseksperiments slutpunkt eller ækvivalenspunkt).

Standardisering: Brug af et meget rent kemisk referencestof (standard) til at bestemme koncentrationen af titreringsmiddel.

Støkiometri: Mol/masse-forhold mellem reagenser og produkter i en titrering. Titreringsreagenser reagerer i henhold til faste forhold, så hvis mængden af separate reaktanter er kendt, kan mængden af produktet beregnes. Hvis mængden af en reaktant er kendt, og mængden af produkter kan bestemmes, kan mængden af andre reaktanter også beregnes.

Titrant: En opløsning af et bestemt kemisk reagens, der er standardiseret med hensyn til koncentration, så det kan bruges til nøjagtig titrering.

Titrering: En kvantitativ kemisk analyse, hvor en defineret mængde titreringsmiddel reagerer kvantitativt med den prøveforbindelse, der analyseres. Ud fra den mængde titreringsmiddel, der forbruges, beregnes mængden af prøveforbindelse baseret på støkiometrien for assayreaktionen. Også kendt som volumetri eller titrimetri.

Titreringskurve: Titreringskurver illustrerer det kvalitative forløb af en titrering. Kurven bruger generelt volumenet af titreringsmidlet som den uafhængige variabel og opløsningen som den afhængige variabel. En kurve giver mulighed for hurtig vurdering af titreringsmetoden. Kurver har fire former: symmetrisk, asymmetrisk, minimum/maximum og segmenteret.

Titreringscyklus: Den cyklus, der udføres og gentages, indtil slutpunktet eller ækvivalenspunktet for titreringsreaktionen er nået. Titreringscyklussen består primært af fire trin: tilsætning af titreringsmiddel, titreringsreaktion, signalopsamling og evaluering.

Titreringsligning: En række titreringsformler, der gør det muligt at beregne massemolariteten af faste prøver, koncentrationen af syre- og baseopløsninger, koncentrationen af fortyndede opløsninger og forbruget af titreringsmiddel efter en direkte titrering. For nem beregning af titreringsresultater, besøg vores Titration Calculator.

Titreringsteori: Titreringsteori udforsker bestemmelsen af et produkt relateret til dets koncentration ved at observere en titreringsreaktion ved hjælp af enten fysiske eller elektrokemiske metoder. At kende den nøjagtige koncentration af en art, et produkt eller en kemisk funktion er med til at sikre proceseffektivitet og/eller produktkvalitet.