Titrage - Qu'est-ce que c'est ?

Le titrage est une technique d'analyse qui permet la détermination quantitative d'une substance spécifique dissoute dans un échantillon par l'ajout d'un réactif de concentration connue. Il est basé sur une réaction chimique complète entre la substance (analyte) et un réactif (titrant).

Le réactif est ajouté jusqu'à ce que la réaction soit complète. Pour pouvoir être déterminée, la fin de la réaction de titrage doit être facilement observable lorsqu'elle est contrôlée (indiquée) par des techniques appropriées, par exemple la potentiométrie (mesure du potentiel à l'aide d'un capteur) ou par un changement de couleur.

La mesure du volume de titrant distribué permet de calculer la teneur en analyte sur la base de la stœchiométrie de la réaction chimique. Pour être précise, une réaction de titrage doit être rapide, complète, non ambiguë et observable.

Alors que le titrage classique était effectué en ajoutant manuellement du titrant à l'aide d'un robinet et d'un cylindre de verre gradué appelé burette, le titrage automatisé moderne permet d'ajouter du titrant de manière précise et répétable et d'obtenir un tracé plus robuste du potentiel en fonction du volume de titrant. Cependant, le titrage manuel reste un pilier dans de nombreux laboratoires à travers le monde (voir titrage manuel et titrage automatisé ci-dessous). La théorie de base du titrage manuel et automatisé est la même.

Pour plus d'informations sur le titrage, consultez le guide Les bases du titrage.

• Pourquoi le titrage est-il important et comment est-il utilisé dans l'industrie ?
• Quels sont les types de titrage ?
• Quels sont les avantages du titrage ?
• Quelles sont les différences entre le titrage manuel et le titrage automatisé ?
• Qu'est-ce qu'une courbe de titrage ?
• Quelle est la différence entre le titrage au point final et le titrage au point d'équivalence ?
• Comment calculer la molarité / l'équation de molarité / la concentration molaire ?
• Comment obtenir des résultats de titrage précis ?
• Terminologie de base du titrage

Le titrage est une technique analytique rapide, précise et bien établie qui est largement appliquée dans la recherche, le développement de produits et le contrôle de la qualité. Comparé à d'autres méthodes d'analyse, le titrage est rentable, très précis et accepte un haut degré d'automatisation. Ces facteurs peuvent faciliter l'amélioration de la productivité du travail, car le titrage peut être effectué par des opérateurs n'ayant pas de connaissances spécifiques en chimie. Les industries qui utilisent la chimie de titrage comprennent l'agriculture, la biotechnologie, les produits chimiques, les cosmétiques, l'électronique, l'alimentation et les boissons, les peintures et les pigments, le papier et la pâte à papier, la pétrochimie et les produits pharmaceutiques.

• Le titrage est une technique d'analyse bien établie : Le titrage est l'une des méthodes d'analyse quantitative les plus anciennes et les plus couramment utilisées. Les titrages manuels, semi-automatiques et entièrement automatisés ont été largement développés et sont utilisés dans un large éventail d'industries.
  
• Il s'agit d'une procédure rapide : Dans le cas des titrages manuels, une burette, un réactif de titrage et un indicateur de point final approprié sont les seuls éléments nécessaires. Le titrant est ajouté à l'échantillon dans la burette jusqu'à ce que la réaction soit complète et facilement observable. La mesure du volume de titrant distribué permet de calculer la teneur en analyte sur la base de la stœchiométrie de la réaction chimique.
  Les titrages automatiques sont encore plus rapides et représentent un gain de temps considérable. L'automatisation permet un débit élevé avec un minimum d'effort de la part de l'opérateur, et soutient l'utilisateur en termes de qualité et de sécurité des données en améliorant la reproductibilité et en évitant les erreurs de transcription. L'automatisation stimule la productivité et augmente l'efficacité.
  
• Technique très précise et exacte : Au début, seuls les titrages présentant un changement de couleur significatif au moment d'atteindre le point final étaient effectués. Plus tard, les titrages ont été colorés artificiellement à l'aide d'un colorant indicateur. La précision obtenue dépendait principalement des compétences du chimiste et, en particulier, de sa capacité à percevoir les différentes couleurs. De nos jours, le titrage a connu une forte évolution : les burettes à piston manuelles, puis motorisées, permettent d'ajouter le titrant de manière précise et répétable. Des capteurs électrochimiques remplacent les indicateurs de couleur, ce qui permet d'obtenir des résultats plus précis et plus exacts. La représentation graphique du potentiel en fonction du volume de titrant et l'évaluation mathématique de la courbe de titrage qui en résulte fournissent une information plus précise sur la réaction que le changement de couleur au point final. Grâce aux microprocesseurs, le titrage peut être contrôlé et évalué automatiquement, ce qui représente un pas important vers l'automatisation.
  
• Le plus haut degré d'automatisation possible : Un titrateur est un instrument qui permet d'automatiser toutes les opérations liées au titrage : ajout de titrant, suivi de la réaction (acquisition du signal), reconnaissance du point final, stockage des données, calcul et stockage des résultats. L'opérateur n'a plus qu'à placer les échantillons sur le portoir du titrateur et à lancer la méthode.
  -Pour en savoir plus sur les possibilités et les avantages de l'automatisation, consultez notre guide sur l'automatisation des titrages.
  
• Les titrages automatisés peuvent être utilisés par des opérateurs peu qualifiés et formés : Dans le cas des titrages manuels, un technicien de laboratoire suit une procédure détaillée et standardisée (ou méthode) et applique ses compétences et ses connaissances à la tâche. Les résultats sont ensuite calculés et documentés.
  Les titrages automatisés sont faciles à réaliser et ne nécessitent pas de connaissances chimiques très spécialisées. Les méthodes de titrage sont programmées une seule fois et peuvent être réutilisées par n'importe quel utilisateur en appuyant simplement sur un bouton. Les résultats sont ensuite générés automatiquement.
  
• Bon rapport qualité/prix par rapport à des techniques plus sophistiquées.

Le titrage est une technique d'analyse quantitative utilisée pour déterminer la concentration inconnue d'un analyte d'intérêt (la substance à analyser). Il est effectué en ajoutant progressivement à l'échantillon à analyser une quantité exactement connue d'une substance (le réactif de titrage) qui réagit avec notre analyte dans une proportion définie. La mesure du volume de titrant distribué permet de calculer la teneur en analyte sur la base de la stœchiométrie de la réaction chimique.

Le réactif de titrage est ajouté jusqu'à ce que la réaction chimique soit complète et que la fin de la réaction de titrage soit facilement détectée par des techniques appropriées (par exemple, potentiométrie ou changement de couleur d'un indicateur approprié). La réaction impliquée dans un titrage doit donc être rapide, complète, non ambiguë et observable.

Pour plus d'informations et de comparaisons, veuillez cliquer ici :

Les courbes de titrage illustrent le déroulement qualitatif d'un titrage. Elles permettent une évaluation rapide de la méthode de titrage. On distingue les courbes de titrage logarithmiques et les courbes de titrage linéaires.

La courbe de titrage comporte essentiellement deux variables :

• Le volume du réactif de titrage est la variable indépendante. Le signal de la solution, par exemple le pH pour les titrages acide/base en tant que variable dépendante, qui dépend de la composition des deux solutions.
• Les courbes de titrage peuvent prendre quatre formes différentes et doivent être analysées à l'aide des algorithmes d'évaluation appropriés. Ces quatre formes sont : la courbe symétrique, la courbe asymétrique, la courbe minimum/maximum et la courbe segmentée.

Mode de titrage au point final (EP) :

Le mode point final représente la procédure de titrage classique : le titrant est ajouté jusqu'à ce que la fin de la réaction soit observée, par exemple, par un changement de couleur d'un indicateur. Avec un titrateur automatique, l'échantillon est titré jusqu'à ce qu'une valeur prédéfinie soit atteinte, par exemple pH = 8,2.

Mode de titrage au point d'équivalence (EQP) :

Le point d'équivalence est le point où l'analyte et le réactif sont présents en quantités exactement identiques. Dans la plupart des cas, il est pratiquement identique au point d'inflexion de la courbe de titrage, par exemple les courbes de titrage obtenues à partir de titrages acide/base. Le point d'inflexion de la courbe est défini par la valeur correspondante du pH ou du potentiel (mV) et la consommation de titrant (ml). Le point d'équivalence est calculé à partir de la consommation du réactif de titrage de concentration connue. Le produit de la concentration du réactif de titrage et de la consommation de réactif de titrage donne la quantité de substance qui a réagi avec l'échantillon. Dans un autotitrateur, les points mesurés sont évalués selon des procédures mathématiques spécifiques qui conduisent à une courbe de titrage évaluée. Le point d'équivalence est alors calculé à partir de cette courbe évaluée.

La concentration en quantité de substance d'une solution d'une entité X (symbole c(X)) est la quantité de substance n divisée par le volume V de la solution.

N est le nombre de molécules présentes dans le volume V (en litres), le rapport N/V est la concentration en nombre C, et N_A est la constante d'Avogadro, environ 6,022×10²³ mol⁻¹.

Les unités habituelles utilisées dans les analyses sont les mol/L et les mmol/L.

Pour obtenir des résultats de titrage précis et exacts, il faut savoir comment minimiser les facteurs susceptibles d'influencer négativement la précision et choisir la bonne méthode de titrage.

Pour réduire les facteurs qui ont un impact négatif sur la précision des résultats, il faut comprendre les types d'erreurs qui peuvent être présentes dans toutes les activités de mesure : les erreurs systématiques, les erreurs aléatoires et les erreurs de flux de travail.

Erreurs systématiques

Une erreur systématique est une erreur qui est constante ou qui dérive en raison d'une erreur constante commise au cours de l'analyse. Les erreurs systématiques typiques dans le titrage sont les suivantes

• une méthode d'analyse ou une formule de titrage incorrecte
• des erreurs d'échantillonnage ou des tailles d'échantillon erronées dues à une erreur de pesée constante et non reconnue
• Valeurs à blanc fausses ou manquantes, réglage incorrect du capteur
• une vitesse trop élevée pour la réaction ou la réponse de l'électrode.

Une fois que la source d'une erreur systématique est identifiée dans un processus de titrage, il est généralement facile de la corriger.

Erreurs aléatoires

Une erreur aléatoire est une composante de l'erreur globale qui varie de manière imprévisible et qui est généralement plus difficile à identifier. Les sources typiques d'erreurs aléatoires dans le titrage sont les suivantes :

• une mauvaise manipulation de l'échantillon
• un équipement inadéquat (faible résolution de la balance, mauvaise qualité de la verrerie, etc.)
• Paramètres de méthode incorrects (incréments trop importants, temps d'attente insuffisant)
• Bulles dans les tubes de burette ou rinçage inefficace entre les échantillons
• Manque de formation de l'opérateur ou conditions environnementales incohérentes.

Si la source d'une erreur aléatoire ne peut être identifiée, le nombre de répétitions doit être augmenté pour obtenir une valeur moyenne plus fiable. Cela entraîne généralement un gaspillage d'échantillons, de réactifs et de temps.

Erreurs de flux de travail

Ces types d'erreurs prennent souvent du temps et sont parfois très coûteux à détecter, en particulier lorsque des contraintes de temps ou de coût sont présentes. Les erreurs de flux de travail typiques sont les suivantes

• Erreurs de notation/transcription (par exemple, copie de données, erreur d'étiquetage des échantillons)
• Erreurs de calcul
• Mélange d'échantillons et/ou de réactifs
• Mauvaise taille des échantillons
• des erreurs de configuration du système, de fonctionnement de l'instrument ou de nettoyage (ne pas éliminer les bulles des lignes, par exemple).

Une combinaison de formation des utilisateurs, de respect des procédures opératoires normalisées et de mesures avancées pour la traçabilité et l'intégrité des données permettra de réduire considérablement les erreurs de flux de travail.

Manipulation des échantillons

Les erreurs de manipulation de l'échantillon sont peut-être la plus grande source d'erreur dans un flux de titrage. L'homogénéité de l'échantillon, les problèmes de stockage, la taille incorrecte de l'échantillon et les erreurs de pesée en sont des exemples.

En termes de taille, l'échantillon doit être suffisamment grand pour être représentatif, mais pas au point de nécessiter des remplissages répétés de la burette pendant le titrage. Le titrage idéal devrait donner une consommation de titrant comprise entre 30 et 80 % d'un seul volume de burette. Si l'inhomogénéité exige que l'échantillon soit plus grand, il convient d'utiliser un titrant plus concentré.

L'échantillon doit également être suffisamment grand pour que les erreurs de mesure de l'échantillon soient minimisées. Pour ce faire, il faut généralement utiliser une balance appropriée et s'assurer que la taille de l'échantillon est supérieure au poids net minimum de l'échantillon requis par la balance. Le poids minimum est généralement un facteur de votre tolérance souhaitée ou donnée pour le pesage. Par exemple, l'USP41 spécifie une erreur maximale admissible de 0,1 % dans les résultats de pesage. Pour garantir un pesage précis, les tolérances de votre processus individuel doivent être 2 à 4 fois inférieures afin d'assurer une marge de sécurité adéquate. Pour les industries non réglementées par l'USP, 1 % est une tolérance de processus typique.

Par exemple, lors de la normalisation d'un titrant KF avec du tartrate disodique déshydraté, un échantillon de 50 mg est généralement nécessaire en raison des problèmes de solubilité dans le méthanol. Pour garantir une incertitude de pesée inférieure à 0,1 %, il faut une balance avec une précision de lecture d'au moins 0,01 mg. Toutefois, si de l'eau pure est utilisée pour normaliser un réactif KF et garantir une consommation adéquate de titrant, 7,5 à 20 mg d'eau doivent être utilisés. Dans ce cas, une balance avec une précision de lecture de 0,01 mg peut ne pas répondre aux directives de l'USP concernant la précision de la pesée pour les échantillons de plus de 14 mg. Dans le cas d'échantillons liquides, il convient également d'utiliser la verrerie ou l'appareil volumétrique approprié et de veiller à éviter les erreurs de manipulation. Pour aider à minimiser les sources d'erreurs évitables lors des méthodes de titrage, téléchargez notre poster gratuit pour apprendre à identifier et à éviter les erreurs de titrage.

Les définitions suivantes du titrage peuvent vous aider à apprendre tout ce que vous devez savoir sur le titrage.

Analyte : Espèce chimique spécifique dans un échantillon dont la teneur ou la quantité est déterminée par titrage.

Fin du titrage : Le point final souhaité ou le point d'équivalence auquel le titrage est terminé et la consommation de titrant évaluée. Plusieurs points d'équivalence peuvent se produire au cours d'un même titrage.

Point final : Le point auquel la fin de la réaction de titrage est observée (généralement par un changement de couleur ou un autre indicateur de titrage). Définir le titrage avec son point final représente la technique classique.

Point d'équivalence : Le point auquel le nombre d'entités (équivalents) du réactif de titrage ajouté est le même que le nombre d'entités de l'analyte de l'échantillon.

Indication : Procédure permettant de suivre la réaction et de détecter la fin du titrage. Généralement, l'indication se fait à l'aide de potentiométrie (électrodes) ou d'indicateurs colorés.

Parallaxe : différence de position apparente d'un objet en fonction de la ligne de visée de l'observateur. En titrage, ce phénomène doit être pris en compte lors de l'observation visuelle des ménisques liquides dans une burette.

Étalon primaire : Substance certifiée, très pure, utilisée pour la détermination précise de la concentration du titrant.

Acquisition du signal : L'acquisition du signal est la surveillance des phénomènes physiques pour obtenir des valeurs numériques ou digitales à certains points (tels que le point final d'une expérience de titrage ou le point d'équivalence).

Normalisation : L'utilisation d'une substance chimique de référence très pure (étalon) pour déterminer la concentration du réactif de titrage.

Stœchiométrie : Les relations mole/masse entre les réactifs et les produits lors d'un titrage. Les réactifs de titrage réagissent selon des relations fixes, de sorte que si la quantité de réactifs distincts est connue, la quantité de produit peut être calculée. Si la quantité d'un réactif est connue et que la quantité de produits peut être déterminée, la quantité des autres réactifs peut également être calculée.

Réactif de titrage : Solution d'un certain réactif chimique dont la concentration est normalisée afin qu'elle puisse être utilisée pour un titrage précis.

Titrage : Analyse chimique quantitative dans laquelle une quantité définie de réactif titrant réagit quantitativement avec le composé de l'échantillon analysé. À partir du volume de titrant consommé, la quantité de composé de l'échantillon est calculée sur la base de la stœchiométrie de la réaction de l'essai. Également connu sous le nom de volumétrie ou de titrimétrie.

Courbe de titrage : Les courbes de titrage illustrent la progression qualitative d'un titrage. La courbe utilise généralement le volume du réactif de titrage comme variable indépendante et la solution comme variable dépendante. Une courbe permet une évaluation rapide de la méthode de titrage. Les courbes se présentent sous quatre formes : symétrique, asymétrique, minimum/maximum et segmentée.

Cycle de titrage : Le cycle qui est effectué et répété jusqu'à ce que le point final ou le point d'équivalence de la réaction de titrage soit atteint. Le cycle de titrage se compose principalement de quatre étapes : l'ajout du titrant, la réaction de titrage, l'acquisition du signal et l'évaluation.

Équation de titrage : Une série de formules de titrage qui permettent de calculer la masse molaire des échantillons solides, la concentration des solutions acides et basiques, la concentration des solutions diluées et la consommation de titrant après un titrage direct. Pour un calcul facile des résultats de titrage, consultez notre Calculateur de titrage.

Théorie du titrage : La théorie du titrage explore la détermination d'un produit en fonction de sa concentration en observant une réaction de titrage à l'aide de méthodes physiques ou électrochimiques. Connaître la concentration exacte d'une espèce, d'un produit ou d'une fonction chimique permet de garantir l'efficacité du processus et/ou la qualité du produit.