Mi a titrálás?

A titrálás olyan analitikai technika, amely lehetővé teszi egy mintában oldott specifikus anyag mennyiségi meghatározását egy ismert koncentrációjú reagens hozzáadásával. Az anyag (analit) és a reagens (titrálószer) közötti teljes kémiai reakción alapul.

A titrálószert addig adagoljuk, amíg a reakció be nem fejeződik. Ahhoz, hogy alkalmas legyen a meghatározásra, a titrálási reakció végének könnyen megfigyelhetőnek kell lennie, ha megfelelő technikákkal, pl. potenciometriával (potenciálmérés érzékelővel) vagy színváltozással nyomon követik (jelzik).

A kiadott titrálószer térfogatának mérése lehetővé teszi az analit-tartalom kiszámítását a kémiai reakció sztöchiometriája alapján. A pontosság érdekében a titrálási reakciónak gyorsnak, teljesnek, egyértelműnek és megfigyelhetőnek kell lennie.

Míg a klasszikus titrálást kézzel, büretta néven ismert, skálázott, alul csappal elzárható, hengeres üvegcsővel végezték, a modern automatizált titrálás lehetővé teszi a pontos, megismételhető titrálószer-adagolást és a potenciál és a titrálószer térfogatának megbízhatóbb ábrázolását. A kézi titrálás azonban továbbra is a világ számos laboratóriumában a főszerepet játssza (lásd alább a kézi és az automatizált titrálás közötti különbséget). A kézi és az automatizált titrálás alapelmélete ugyanaz.

További információ a titrálásról a Titrálás alapjai című útmutatóban található.

• Miért fontos a titrálás és hogyan használják az iparágakban?
• Melyek a titrálás típusai?
• Mik a titrálás előnyei?
• Mi a különbség a kézi és az automatizált titrálás között?
• Mi az a titrálási görbe?
• Mi a különbség a végponti és az ekvivalenciaponti titrálás között?
• Hogyan kell kiszámítani a molaritást / molaritási egyenletet / moláris koncentrációt?
• Hogyan érhetünk el pontos titrálási eredményeket?
• A titrálás alapvető terminológiája

A titrálás gyors, pontos és bevált analitikai technika, amelyet széles körben alkalmaznak a kutatásban, a termékfejlesztésben és a minőség-ellenőrzésben. Bizonyos más analitikai módszerekkel összehasonlítva költséghatékony, rendkívül pontos és nagyfokú automatizálást tesz lehetővé. Ezek a tényezők megkönnyíthetik a munkafolyamatok termelékenységének javítását, mivel a titrálást speciális kémiai ismeretek nélkül is elvégezhetik a kezelők. A titrálási kémiát használó iparágak közé tartozik a mezőgazdaság, a biotechnológia, a vegyipar, a kozmetika, az elektronika, az élelmiszeripar, a festékipar, a papír- és cellulózipar, a petrolkémia és a gyógyszeripar.

• A titrálás jól bevált analitikai technika: A titrálás az egyik legrégebbi és leggyakrabban használt kvantitatív analitikai módszer. Kézi, félautomata és teljesen automatizált titrálást széles körben fejlesztettek ki, és számos iparágban alkalmazzák.
  
• Ez egy gyors eljárás: A kézi titrálás esetén csak egy büretta, egy titrálószer és egy megfelelő végpontindikátor szükséges. A titrálószert addig adagoljuk a mintához a bürettában, amíg a reakció befejeződik és könnyen megfigyelhetővé válik. Az adagolt titrálószer térfogatának mérése lehetővé teszi az analit-tartalom kiszámítását a kémiai reakció sztöchiometriája alapján.
  Az automatikus titrálás még gyorsabb, és jelentős időmegtakarítást jelent. Az automatizálás nagy áteresztőképességet tesz lehetővé minimális kezelői erőfeszítés mellett, és a reprodukálhatóság javításával és az átírási hibák elkerülésével támogatja a felhasználót a minőség és az adatbiztonság szempontjából. Az automatizálás fokozza a termelékenységet és növeli a hatékonyságot.
  
• Nagyon pontos és precíz technika: Eleinte csak azokat a titrálásokat végezték el, amelyek a végpont elérésekor jelentős színváltozást mutattak. Később a titrálásokat mesterségesen, indikátorfestékkel színezték. Az elért pontosság elsősorban a vegyész képességein és különösen a különböző színek érzékelésének képességén múlott. Napjainkban a titrálás erőteljes fejlődésen ment keresztül: a kézi és később a motoros dugattyús büretták lehetővé tették a pontos és megismételhető titrálószer-adagolást. Az elektrokémiai szenzorok a színindikátorokat helyettesítik, így nagyobb pontosságot és precizitást érnek el az eredményekben. A potenciál grafikus ábrázolása a titrálószer térfogatának függvényében és az így kapott titrálási görbe matematikai kiértékelése pontosabb jelentést ad a reakcióról, mint a színváltozás a végponton. Mikroprocesszorok segítségével a titrálás automatikusan vezérelhető és kiértékelhető, ami fontos lépés az automatizálás felé.
  
• A lehető legmagasabb fokú automatizálás: A titrátor olyan műszer, amely lehetővé teszi a titrálással járó összes művelet automatizálását: a titrálószer hozzáadása, a reakció nyomon követése (jelgyűjtés), a végpont felismerése, az adattárolás, a számítás és az eredmények tárolása. A kezelőnek mindössze annyit kell tennie, hogy a mintákat a titrátor állványára helyezi, és elindítja a módszert.
  -Tudjon meg többet az automatizálás lehetőségeiről és előnyeiről a Titrálás automatizálása útmutató segítségével.
  
• Az automatizált titrálásokat alacsony képzettségű és képzett kezelők is használhatják: A kézi titrálások esetében a laboratóriumi technikus részletes, szabványosított eljárást (vagy módszert) követ, és a feladathoz a készségeit és tudását alkalmazza. Az eredményeket ezután kiszámítja és dokumentálja.
  Az automatizált titrálások könnyen elvégezhetők, és nincs szükség magasan specializált kémiai ismeretekre. A titrálási módszereket egyszer programozzák be, és bármelyik felhasználó egyszerűen egy gombnyomással újra felhasználhatja őket. Az eredmények ezután automatikusan generálódnak.
  
• Jó ár/teljesítmény arány a kifinomultabb technikákhoz képest.

A titrálás egy kvantitatív analitikai technika, amelyet a vizsgálandó anyag ismeretlen koncentrációjának meghatározására használnak. Úgy végezzük, hogy az analizálni kívánt mintához fokozatosan hozzáadunk egy pontosan ismert mennyiségű anyagot (a tritrálószert), amely meghatározott arányban reagál az analitünkkel. Az adagolt titrálószer mennyiségének mérése lehetővé teszi az analit-tartalom kiszámítását a kémiai reakció sztöchiometriája alapján.

A titrálószert addig adagoljuk, amíg a kémiai reakció be nem fejeződik, és a titrálási reakció vége megfelelő technikákkal (pl. potenciometriával vagy egy megfelelő indikátor színváltozásával) könnyen kimutatható. A titrálással járó reakciónak tehát gyorsnak, teljesnek, egyértelműnek és megfigyelhetőnek kell lennie.

További információkért és összehasonlításért lásd itt:

A titrálási görbék a titrálás minőségi előrehaladását szemléltetik. Lehetővé teszik a titrálási módszer gyors értékelését. Megkülönböztetünk logaritmikus és lineáris titrálási görbéket.

A titrálási görbének alapvetően két változója van:

• A titrálószer térfogata mint független változó. Az oldat jele, pl. sav/bázis titrálás esetén a pH, mint függő változó, amely a két oldat összetételétől függ.
• A titrálási görbék 4 különböző formát ölthetnek, és azokat a megfelelő kiértékelő algoritmusokkal kell elemezni. Ez a négy forma a következő: a szimmetrikus görbe, az aszimmetrikus görbe, a minimum/maximum görbe és a szegmentált görbe.

Végpont-titrálási módszer (EP):

A végpontos üzemmód a klasszikus titrálási eljárást képviseli: a titrálószert addig adagoljuk, amíg a reakció végét nem észleljük, pl. egy indikátor színváltozásával. Automatikus titrátorral a mintát egy előre meghatározott érték eléréséig titráljuk, pl. pH = 8,2.

Ekvivalenciapontos titrálási módszer (EQP):

Az ekvivalenciapont az a pont, ahol az analit és a reagens pontosan azonos mennyiségben van jelen. A legtöbb esetben gyakorlatilag megegyezik a titrálási görbe inflexiós pontjával, pl. sav/bázis titrálásból kapott titrálási görbék esetében. A görbe inflexiós pontját a megfelelő pH- vagy potenciál (mV) érték és a titrálószer-fogyasztás (mL) határozza meg. Az ekvivalenciapontot az ismert koncentrációjú titrálószer fogyasztásából számítjuk ki. A titrálószer koncentrációjának és a titrálószer-fogyasztásnak a szorzata adja meg a mintával reagált anyag mennyiségét. Az autotitrátorban a mért pontokat speciális matematikai eljárások szerint értékelik, amelyek egy kiértékelt titrálási görbét eredményeznek. Az ekvivalenciapontot ezután ebből a kiértékelt görbéből számítják ki.

Egy X anyagú oldat anyagmennyiségi koncentrációja (c(X) szimbólum) az n anyag mennyisége osztva az oldat V térfogatával.

N a V térfogatban (literben) jelenlévő molekulák száma, az N/V arány a C számkoncentráció, N_A pedig az Avogadro-állandó, körülbelül 6,022×10²³ mol⁻¹.

Az analízis során alkalmazott szokásos mértékegységek a mol/L és a mmol/L.

A precíz titrálási eredmények elérése megköveteli a pontosságot negatívan befolyásoló tényezők minimalizálását, valamint a megfelelő titrálási módszer kiválasztását.

Az eredmények pontosságát negatívan befolyásoló tényezők csökkentése megköveteli a hibák típusainak ismeretét, amelyek minden mérési tevékenység során előfordulhatnak: szisztematikus hibák, véletlenszerű hibák és munkafolyamat hibák.

Szisztematikus hibák

A szisztematikus hiba olyan hiba, amely az elemzés során elkövetett következetes hiba miatt állandó vagy sodródó. Tipikus szisztematikus hibák a titrálás során a következők:

• Hibás analitikai módszer vagy titrálási képlet
• Mintavételi hibák vagy helytelen mintaméretek egy következetes, fel nem ismert mérési hiba miatt
• Hamis vagy hiányzó vakértékek, helytelen szenzorbeállítás
• A reakcióhoz vagy az elektródválaszhoz képest túl magas sebesség

Ha a szisztematikus hiba forrását azonosították a titrálási folyamatban, általában könnyen korrigálható.

Véletlenszerű hibák

A véletlenszerű hiba az általános hiba olyan összetevője, amely kiszámíthatatlan módon változik, és általában nehezebb azonosítani. A véletlen hibák tipikus forrásai a titrálás során a következők:

• A minta rossz kezelése
• Nem megfelelő felszerelés (alacsony mérlegfelbontás, rossz minőségű üvegedények stb.)
• Helytelen módszerparaméterek (túl nagy inkrementumok, elégtelen várakozási idő)
• Buborékok a bürettacsövekben vagy nem hatékony öblítés a minták között.
• A kezelői képzés hiánya vagy következetlen környezeti feltételek.

Ha a véletlenszerű hiba forrása nem azonosítható, az ismétlések számát növelni kell a megbízhatóbb átlagérték elérése érdekében. Ez általában minta-, reagens- és időpazarláshoz vezet.

Munkafolyamat hibái

Az ilyen típusú hibák nyomon követése gyakran időigényes és esetenként nagyon költséges, különösen, ha idő- vagy költségnyomás áll fenn. A munkafolyamatok tipikus hibái a következők:

• Jegyzetelési/átírási hibák (pl. adatok másolása, minták helytelen címkézése).
• Számítási hibák
• minták és/vagy reagensek összekeverése
• Rossz mintaméret
• Hibák a rendszer beállításában, a műszer működtetésében vagy a tisztításban (például a buborékok nem tisztítása a vezetékekből).

A felhasználói képzés, a SOP betartása és az adatok nyomon követhetőségét és integritását szolgáló fejlett intézkedések kombinációja drasztikusan csökkenti a munkafolyamat hibáit.

A minta kezelése

A mintakezelési hibák talán a legnagyobb hibaforrások a titrálási munkafolyamatban. Például a minta homogenitása, a tárolási problémák, a helytelen mintaméret és a mérési hibák.

A méret tekintetében a mintának elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy reprezentatív legyen, de nem olyan nagynak, hogy a titrálás során ismételt bürettatöltésre legyen szükség. Az ideális titrálás során a titrálószer-fogyasztásnak az egyszeri büretta térfogatának 30-80%-át kell elérnie. Ha az inhomogenitás miatt nagyobb mintát kell venni, akkor koncentráltabb titrálószer használata szükséges.

A mintának elég nagynak kell lennie ahhoz is, hogy a minta-mérési hibák minimálisra csökkenjenek. Ehhez általában megfelelő mérlegre van szükség, és biztosítani kell, hogy a minta mérete meghaladja a mérleg minimális nettó mintasúly követelményeit. A minimális tömeg általában a kívánt vagy adott folyamatra vonatkozó mérési tűréshatár tényezője. Az USP41 például 0,1%-os maximálisan megengedett hibát ír elő a mérési eredményekben. A pontos tömegmérés biztosítása érdekében az Ön egyedi folyamat-tűréshatárainak 2-4-szer kisebbnek kell lenniük a megfelelő biztonsági tartalék biztosítása érdekében. A nem USP által szabályozott iparágakban az 1% a tipikus folyamat-tolerancia.

Például egy KF-titrálószer dinátrium-tartarát-dehidráttal történő standardizálásakor a metanolban való oldhatósági problémák miatt általában 50 mg-os mintára van szükség. A 0,1%-nál kisebb mérési bizonytalanság biztosításához legalább 0,01 mg-os leolvashatóságú mérlegre van szükség. Ha azonban tiszta vizet használunk a KF-reagens standardizálására és a megfelelő titrálószer-fogyasztás biztosítására, akkor 7,5-20 mg vizet kell használni. Ebben az esetben a 0,01 mg-os leolvashatóságú mérleg nem biztos, hogy megfelel az USP 14 mg-nál nagyobb mintasúly esetén a pontos tömegmérésre vonatkozó irányelveknek. Folyékony minták esetén szintén a megfelelő minőségű üvegedényt vagy térfogatmérő készüléket kell használni, és ügyelni kell a kezelési hibák elkerülésére. A titrálási módszerek során elkerülhető hibaforrások minimalizálása érdekében töltse le ingyenes poszterünket, hogy megtudja, hogyan lehet azonosítani és elkerülni a titrálási hibákat.

A következő titrálási definíciók megkönnyíthetik a titrálásról szóló tudnivalók elsajátítását.

Analit: Egy mintában lévő specifikus kémiai faj, amelynek tartalmát vagy mennyiségét titrálással határozzák meg.

A titrálás vége: Az a kívánt végpont vagy ekvivalenciapont, amelynél a titrálást befejezik és a titrálószer-fogyasztást értékelik. Egynél több ekvivalenciapont is előfordulhat ugyanazon titrálás során.

Végpont: Az a pont, ahol a titrálási reakció végét megfigyeljük (általában színváltozás vagy más titrálási indikátor segítségével). A titrálás meghatározása a végponttal együtt a klasszikus technikát képviseli.

Ekvivalenciapont: Az a pont, ahol a hozzáadott titrálószer egységeinek (ekvivalenseinek) száma megegyezik a minta analit egységeinek számával.

Indikáció: A reakció követésére és a titrálás végének kimutatására szolgáló eljárás. Az indikáció általában potenciometria (elektródák) vagy színindikátorok segítségével történik.

Parallaxis: Egy tárgy látszólagos helyzetének különbsége a megfigyelő látószöge alapján. A titrálásnál ezt a jelenséget figyelembe kell venni, amikor vizuálisan megfigyeljük a bürettában lévő folyékony meniszkuszokat.

Elsődleges standard: A titrálószer koncentrációjának pontos meghatározására használt hitelesített, nagy tisztaságú anyag.

Jelfelvétel: A jelgyűjtés a fizikai jelenségek megfigyelése, hogy bizonyos pontokon (például a titrálási kísérlet végpontján vagy az ekvivalenciaponton) digitális vagy numerikus értékeket kapjunk.

Szabványosítás: Nagy tisztaságú kémiai referenciaanyag (standard) használata a titrálószer koncentrációjának meghatározásához.

Sztichiometria: A reagensek és a termékek közötti mól/tömeg viszonyok a titrálás során. A titrálási reagensek rögzített összefüggések szerint reagálnak, így ha a különálló reagensek mennyisége ismert, a termék mennyisége kiszámítható. Ha az egyik reaktáns mennyisége ismert, és a termékek mennyisége meghatározható, akkor a többi reaktáns mennyisége is kiszámítható.

Titrálószer: Egy bizonyos kémiai reagens oldata, amely koncentrációját tekintve szabványosított, így pontos titráláshoz használható.

Titrálás: Kvantitatív kémiai analízis, amelynek során egy meghatározott mennyiségű titrálószer mennyiségi reakcióba lép az elemzett mintakeverékkel. Az elfogyasztott titrálószer mennyiségéből a minta vegyület mennyiségét a vizsgálati reakció sztöchiometriája alapján számítják ki. Más néven volumetria vagy titrimetria.

Titrálási görbe: A titrálási görbék a titrálás minőségi előrehaladását szemléltetik. A görbe általában a titrálószer térfogatát használja független változóként, az oldatot pedig függő változóként. A görbe lehetővé teszi a titrálási módszer gyors értékelését. A görbéknek négy formája van: szimmetrikus, aszimmetrikus, minimum/maximum és szegmentált.

Titrálási ciklus: Az a ciklus, amelyet addig végeznek és ismételnek, amíg a titrálási reakció végpontját vagy ekvivalenciapontját el nem érik. A titrálási ciklus elsősorban négy lépésből áll: titrálószer hozzáadása, titrálási reakció, jelfelvétel és kiértékelés.

Titrálási egyenlet: Titrálási képletsorozat, amely lehetővé teszi a szilárd minták tömegmolaritásának, a sav és bázis oldatok koncentrációjának, a hígított oldatok koncentrációjának és a közvetlen titrálást követő titrálószer-fogyasztásnak a kiszámítását. A titrálási eredmények egyszerű kiszámításához látogasson el Titrálási kalkulátorunkba.

Titrálás elmélete: A titráláselmélet egy termék koncentrációjával kapcsolatos meghatározását vizsgálja egy titrálási reakció megfigyelésével, fizikai vagy elektrokémiai módszerekkel. Egy faj, termék vagy kémiai funkció pontos koncentrációjának ismerete segít a folyamat hatékonyságának és/vagy a termékminőségnek a biztosításában.