Što je titracija?

Titracija je analitička tehnika koja omogućuje kvantitativno određivanje specifične tvari otopljene u uzorku dodatkom reagensa poznate koncentracije. Temelji se na potpunoj kemijskoj reakciji između tvari (analita) i reagensa (titranta).

Titrant se dodaje dok reakcija ne završi. Kako bi bio prikladan za određivanje, kraj reakcije titracije mora biti lako vidljiv kada se prati (indikira) odgovarajućim tehnikama, npr. potenciometrijom (mjerenje potencijala senzorom) ili promjenom boje.

Mjerenje volumena ispuštenog titranta omogućuje izračun sadržaja analita na temelju stehiometrije kemijske reakcije. Radi točnosti, reakcija titracije treba biti brza, potpuna, nedvosmislena i vidljiva.

Dok se klasična titracija provodila ručnim dodavanjem titranta pomoću slavine s graduiranim staklenim cilindrom poznatom kao bireta, moderna automatizirana titracija omogućuje precizno, ponovljivo dodavanje titranta i robusniji dijagram potencijala u odnosu na volumen titranta. Međutim, ručna titracija ostaje glavni oslonac u mnogim laboratorijima diljem svijeta (pogledajte ručnu nasuprot automatizirane titracije u nastavku). Osnovna teorija iza ručne i automatizirane titracije je ista.

Više informacija o tome što je titracija možete pronaći u vodiču Osnove titracije .

• Zašto je titracija važna i kako se koristi u industriji?
• Koje su vrste titracije?
• Koje su prednosti titracije?
• Koje su razlike između ručne i automatizirane titracije?
• Što je titracijska krivulja?
• Koja je razlika između titracije krajnje točke i točke ekvivalencije?
• Kako izračunati molarnost / jednadžbu molarnosti / molarnu koncentraciju
• Kako postići točne rezultate titracije?
• Osnovna terminologija u titraciji

Titracija je brza, točna i utvrđena analitička tehnika koja se široko primjenjuje u istraživanju, razvoju proizvoda i kontroli kvalitete. U usporedbi s određenim drugim analitičkim metodama, ona je isplativa, vrlo precizna i prihvaća visok stupanj automatizacije. Ovi čimbenici mogu olakšati poboljšanje produktivnosti tijeka rada, jer titraciju mogu izvesti operateri bez specifičnog znanja kemije. Industrije koje koriste titracijsku kemiju uključuju poljoprivredu, biotehnologiju, kemikalije, kozmetiku, elektroniku, hranu i piće, boje i pigmente, papir i celulozu, petrokemiju i farmaciju.

• Titracija je dobro uspostavljena analitička tehnika: Titracija je jedna od najstarijih i najčešće korištenih kvantitativnih analitičkih metoda. Ručne, poluautomatizirane i potpuno automatizirane titracije opsežno su razvijene i koriste se u širokom rasponu industrija.
  
• To je brz postupak: u slučaju ručnih titracija, biret, titrant i odgovarajući indikator krajnje točke jedine su potrebne stavke. Titrant se dodaje uzorku u bireti sve dok reakcija ne bude gotova i dok se ne može lako uočiti. Mjerenje volumena ispuštenog titranta omogućuje izračun sadržaja analita na temelju stehiometrije kemijske reakcije.
  Automatske titracije još su brže i značajno štede vrijeme. Automatizacija omogućuje visoku propusnost uz minimalan napor operatera i podržava korisnika u smislu kvalitete i sigurnosti podataka poboljšanjem ponovljivosti i izbjegavanjem pogrešaka u prijepisu. Automatizacija povećava produktivnost i učinkovitost.
  
  
• Vrlo točna i precizna tehnika: Isprva su provedene samo one titracije koje pokazuju značajnu promjenu boje nakon postizanja krajnje točke. Kasnije su titracije umjetno obojene indikatorskom bojom. Postignuta preciznost ovisila je uglavnom o vještini kemičara, a posebno o njegovoj sposobnosti percepcije različitih boja. Danas je titracija doživjela snažan razvoj: ručne i kasnije klipne birete s motornim pogonom omogućuju točno i ponovljivo dodavanje titranta. Elektrokemijski senzori zamjenjuju indikatore boja čime se postiže veća preciznost i točnost rezultata. Grafički dijagram potencijala u odnosu na volumen titranta i matematička procjena rezultirajuće titracijske krivulje daje točniju izjavu o reakciji od promjene boje na krajnjoj točki. Pomoću mikroprocesora titracija se može kontrolirati i automatski evaluirati, što predstavlja važan korak prema automatizaciji.
  
• Najviši mogući stupanj automatizacije: Titrator je instrument koji omogućuje automatizaciju svih operacija uključenih u titraciju: dodavanje titranta, praćenje reakcije (prikupljanje signala), prepoznavanje krajnje točke, pohranu podataka, izračun i pohranu rezultata. Sve što operater treba učiniti je staviti uzorke na stalak titratora i pokrenuti metodu.
  -Saznajte više o mogućnostima i prednostima automatizacije pomoću našeg Vodiča za automatizaciju titracije
  
  
• Automatizirane titracije mogu koristiti niskokvalificirani i obučeni operateri: U slučaju ručnih titracija, laboratorijski tehničar slijedi detaljan, standardizirani postupak (ili metodu) i primjenjuje svoje vještine i znanje na zadatak. Rezultati se zatim izračunavaju i dokumentiraju.
  Automatske titracije lako je izvesti i nema potrebe za visokospecijaliziranim kemijskim znanjem. Metode titracije se programiraju jednom i svaki korisnik ih može ponovno koristiti jednostavnim pritiskom na gumb. Rezultati se zatim automatski generiraju.
  
  
• Dobar omjer cijene i učinka u usporedbi sa sofisticiranijim tehnikama.

Titracija je kvantitativna analitička tehnika koja se koristi za određivanje nepoznate koncentracije analita od interesa (tvar koju treba analizirati). Izvodi se postupnim dodavanjem točno poznate količine tvari (tritranta), koja reagira s našim analitom u određenom omjeru, u uzorak koji želimo analizirati. Mjerenje volumena ispuštenog titranta omogućuje izračun sadržaja analita na temelju stehiometrije kemijske reakcije.

Titrant se dodaje sve dok kemijska reakcija ne završi i kraj reakcije titracije se lako detektira odgovarajućim tehnikama (npr. potenciometrijom ili promjenom boje prikladnog indikatora). Reakcija uključena u titraciju stoga mora biti brza, potpuna, nedvosmislena i vidljiva.

Za više informacija i usporedbu pogledajte ovdje:

Titracijske krivulje ilustriraju kvalitativni napredak titracije. Omogućuju brzu procjenu metode titracije. Razlikuju se logaritamske i linearne titracijske krivulje.

Titracijska krivulja u osnovi ima dvije varijable:

• Volumen titranta kao nezavisna varijabla. Signal otopine, npr. pH za kiselinsko/bazne titracije kao zavisna varijabla, koja ovisi o sastavu dviju otopina.
• Titracijske krivulje mogu imati 4 različita oblika i treba ih analizirati odgovarajućim algoritmima za procjenu. Ova četiri oblika su: simetrična krivulja, asimetrična krivulja, minimalna/maksimalna krivulja i segmentirana krivulja.

Način titracije krajnje točke (EP):

Način krajnje točke predstavlja klasični titracijski postupak: titrant se dodaje sve dok se ne uoči kraj reakcije, npr. promjenom boje indikatora. Kod automatskog titratora uzorak se titrira dok se ne postigne unaprijed definirana vrijednost, npr. pH = 8,2.

Način titracije točke ekvivalencije (EQP):

Točka ekvivalencije je točka u kojoj su analit i reagens prisutni u točno istim količinama. U većini slučajeva gotovo je identična točki infleksije titracijske krivulje, npr. titracijskim krivuljama dobivenim kiselinsko/baznim titracijama. Točka infleksije krivulje određena je odgovarajućom pH ili potencijalnom (mV) vrijednošću i potrošnjom titranta (mL). Točka ekvivalencije izračunava se iz potrošnje titranta poznate koncentracije. Umnožak koncentracije titranta i potrošnje titranta daje količinu tvari koja je reagirala s uzorkom. U autotitratoru se izmjerene točke procjenjuju prema specifičnim matematičkim postupcima koji dovode do procijenjene titracijske krivulje. Točka ekvivalencije se zatim izračunava iz ove procijenjene krivulje.

Koncentracija količine tvari u otopini entiteta X (simbol c(X)) je količina tvari n podijeljena s volumenom V otopine.

N je broj molekula prisutnih u volumenu V (u litrama), omjer N/V je brojčana koncentracija C, a N _A je Avogadrova konstanta, približno 6,022×10 ²³ mol ⁻¹ .

Uobičajene jedinice koje se koriste u analizi su mol/L i mmol/L.

Dobivanje preciznih i točnih rezultata titracije zahtijeva razumijevanje kako minimizirati čimbenike koji mogu negativno utjecati na točnost, kao i odabir prave metode titracije.

Smanjenje čimbenika koji negativno utječu na točnost rezultata zahtijeva razumijevanje vrsta pogrešaka koje mogu biti prisutne u svim aktivnostima mjerenja: sustavne pogreške, slučajne pogreške i pogreške tijeka rada.

Sustavne greške

Sustavna pogreška je pogreška koja je konstantna ili se mijenja zbog dosljedne pogreške učinjene tijekom analize. Tipične sustavne pogreške u titraciji uključuju:

• Netočna analitička metoda ili titracijska formula
• Pogreške uzorkovanja ili pogrešne veličine uzorka zbog dosljedne, neprepoznate pogreške vaganja
• Lažne ili nedostajuće prazne vrijednosti, neispravno podešavanje senzora
• Prevelika brzina za reakciju ili odziv elektrode

Jednom kada se izvor sustavne pogreške identificira u procesu titracije, obično ju je lako ispraviti.

Slučajne pogreške

Slučajna pogreška sastavni je dio ukupne pogreške koja varira na nepredvidiv način i obično ju je teže identificirati. Tipični izvori slučajnih pogrešaka u titraciji uključuju:

• Loše rukovanje uzorkom
• Neadekvatna oprema (niska rezolucija ravnoteže, pogrešna klasa staklenog posuđa itd.)
• Netočni parametri metode (inkrementi su preveliki, nedovoljno vrijeme čekanja)
• Mjehurići u biretnim cijevima ili neučinkovito ispiranje između uzoraka
• Nedostatak obuke operatera ili nedosljedni uvjeti okoline

Ako se izvor slučajne pogreške ne može identificirati, broj ponavljanja mora se povećati kako bi se dobila vjerodostojnija srednja vrijednost. To općenito dovodi do gubitka uzorka, reagensa i vremena.

Pogreške u tijeku rada

Ove vrste pogrešaka često oduzimaju puno vremena i povremeno su vrlo skupe za ulaženje u trag, posebno kada su prisutni vremenski ili troškovni pritisci. Tipične pogreške u tijeku rada uključuju:

• Pogreške zapisa/prijepisa (npr. kopiranje podataka, pogrešno označavanje uzoraka)
• Računske greške
• Miješanje uzoraka i/ili reagensa
• Pogrešne veličine uzorka
• Pogreške u postavljanju sustava, radu instrumenta ili čišćenju (na primjer, neuklanjanje mjehurića iz linija)

Kombinacija obuke korisnika, pridržavanja SOP-a i naprednih mjera za sljedivost i cjelovitost podataka drastično će smanjiti pogreške u tijeku rada.

Rukovanje uzorkom

Pogreške u rukovanju uzorkom možda su najveći izvor pogrešaka u tijeku rada titracije. Primjeri su homogenost uzorka, problemi sa skladištenjem, netočna veličina uzorka i pogreške u vaganju.

Što se tiče veličine, uzorak bi trebao biti dovoljno velik da bude reprezentativan, ali ne toliko velik da tijekom titracije postane potrebno ponovno punjenje birete. Idealna titracija trebala bi dati potrošnju titranta između 30 i 80% volumena jedne birete. Ako nehomogenost zahtijeva da uzorak bude veći, tada treba koristiti koncentriraniji titrant.

Uzorak također treba biti dovoljno velik kako bi se pogreške u mjerenju uzorka svele na minimum. To obično zahtijeva odgovarajuću vagu i osiguravanje da veličina uzorka premašuje minimalne zahtjeve za neto težinom uzorka. Minimalna težina obično je faktor vaše željene ili zadane tolerancije procesa za vaganje. Na primjer, USP41 navodi najveću dopuštenu pogrešku od 0,1% u rezultatima vaganja. Kako bi se osiguralo točno vaganje, vaše individualne tolerancije procesa trebale bi biti 2 do 4 puta manje kako bi se osigurala odgovarajuća sigurnosna granica. Za industrije koje nisu regulirane USP-om, 1% je tipična tolerancija procesa.

Na primjer, kada se standardizira KF titrant s dinatrijevim tartarat dehidratom, obično je potreban uzorak od 50 mg zbog problema s topljivošću metanola. Kako bi se osigurala nesigurnost vaganja manja od 0,1%, potrebna je vaga s čitljivošću od najmanje 0,01 mg. Međutim, ako se čista voda koristi za standardizaciju KF reagensa i osigurava odgovarajuću potrošnju titranta, mora se koristiti 7,5 do 20 mg vode. U ovom slučaju, vaga s čitljivošću od 0,01 mg možda neće ispuniti smjernice USP-a za točno vaganje za težine uzoraka veće od 14 mg. U slučaju tekućih uzoraka, također se mora koristiti odgovarajuća vrsta staklenog posuđa ili volumetrijskog aparata i treba paziti da se izbjegnu pogreške u rukovanju. Kako biste smanjili izvore pogrešaka koje se mogu izbjeći tijekom metoda titracije, preuzmite naš besplatni poster da naučite kako prepoznati i izbjeći pogreške titracije.

Sljedeće definicije titracije mogu vam olakšati da naučite sve što trebate znati o titraciji.

Analit: Specifične kemijske vrste u uzorku čiji se sadržaj ili količina određuju titracijom.

Završetak titracije: željena krajnja točka ili točka ekvivalencije na kojoj se titracija prekida i procjenjuje potrošnja titranta. Tijekom iste titracije može se pojaviti više od jedne točke ekvivalencije.

Krajnja točka: Točka u kojoj se opaža kraj reakcije titracije (obično promjenom boje ili drugim indikatorom titracije). Definiranje titracije zajedno s krajnjom točkom predstavlja klasičnu tehniku.

Točka ekvivalencije: Točka u kojoj je broj entiteta (ekvivalenata) dodanog titranta isti kao broj entiteta analita u uzorku.

Indikacija: Postupak za praćenje reakcije i otkrivanje kraja titracije. Općenito, indikacija se vrši pomoću potenciometrije (elektrode) ili indikatora u boji.

Paralaksa: Razlika u prividnom položaju objekta na temelju linije promatrača. Kod titracije, ovaj se fenomen mora uzeti u obzir pri vizualnom promatranju tekućih meniskusa u bireti.

Primarni standard: certificirana, vrlo čista tvar koja se koristi za točno određivanje koncentracije titranta.

Akvizicija signala: Akvizicija signala je praćenje fizičkih pojava radi dobivanja digitalnih ili numeričkih vrijednosti na određenim točkama (kao što je krajnja točka titracijskog eksperimenta ili točka ekvivalencije).

Standardizacija: Upotreba vrlo čiste referentne kemijske tvari (standard) za određivanje koncentracije titranta.

Stehiometrija: Odnosi mol/masa između reagensa i proizvoda u titraciji. Titracijski reagensi reagiraju prema fiksnim odnosima, pa ako je poznata količina zasebnih reaktanata, može se izračunati količina produkta. Ako je poznata količina jednog reaktanta i može se odrediti količina produkata, može se izračunati i količina ostalih reaktanata.

Titrant: Otopina određenog kemijskog reagensa koja je standardizirana u smislu koncentracije tako da se može koristiti za preciznu titraciju.

Titracija: Kvantitativna kemijska analiza u kojoj definirana količina titranta kvantitativno reagira sa spojem uzorka koji se analizira. Iz volumena potrošenog titranta izračunava se količina uzorka spoja na temelju stehiometrije reakcije ispitivanja. Također poznat kao volumetrija ili titrimetrija.

Titracijska krivulja: Titracijske krivulje ilustriraju kvalitativni napredak titracije. Krivulja općenito koristi volumen titranta kao nezavisnu varijablu i otopinu kao zavisnu varijablu. Krivulja omogućuje brzu procjenu metode titracije. Krivulje imaju četiri oblika: simetrične, asimetrične, minimalne/maksimalne i segmentirane.

Ciklus titracije: ciklus koji se izvodi i ponavlja dok se ne postigne krajnja točka ili točka ekvivalencije reakcije titracije. Ciklus titracije prvenstveno se sastoji od četiri koraka: dodavanje titranta, reakcija titracije, prikupljanje signala i procjena.

Jednadžba titracije: Niz titracijskih formula koje omogućuju izračun molarnosti mase krutih uzoraka, koncentracije kiselih i baznih otopina, koncentracije razrijeđenih otopina i potrošnje titranta nakon izravne titracije. Za jednostavan izračun rezultata titracije, posjetite naš Kalkulator titracije .

Teorija titracije: Teorija titracije istražuje određivanje produkta povezanog s njegovom koncentracijom promatranjem reakcije titracije pomoću fizikalnih ili elektrokemijskih metoda. Poznavanje točne koncentracije vrste, proizvoda ili kemijske funkcije pomaže u osiguravanju učinkovitosti procesa i/ili kvalitete proizvoda.