تعريف المعايرة بالتحليل الكيميائي، المنحنى، معادَلة تركيز المحلول بالمول من المذاب لكل لتر من المحلول، والمزيد
معرفة الكيفية

تعريف المعايرة بالتحليل الكيميائي والأسئلة المتداولة عنها – معادَلة تركيز المحلول بالمول من المذاب لكل لتر من المحلول، والحساب، والمزيد

معرفة الكيفية

محور المعرفة بالموضوعات ذات الصلة بالمعايرة بالتحليل الكيميائي

شاهد مقطع الفيديو خاصتنا: ما المعايرة بالتحليل الكيميائي؟

المعايرة بالتحليل الكيميائي هي أسلوب فني تحليلي يسمح بتحديد المحتوى الكمي من مادة محدَّدة (المادة المحلَّلة) مذابة في عينة. وتستند إلى تفاعل كيميائي كامل بين المادة المحلَّلة وكاشِف (محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي) بتركيز معروف يضاف إلى عينة:

المادة المحلَّلة + كاشِف (محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي) ← منتَجات التفاعل

اعثر على إجابات عن أسئلتك بخصوص المعايرة بالتحليل الكيميائي هنا!

  • ما المعايرة بالتحليل الكيميائي؟ تعريف المعايرة بالتحليل الكيميائي؟
  • ما / كيف يكون منحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي؟
  • ما المعايرة بالتحليل الكيميائي الحمضية / القاعدية؟
  • كيف يُحسَب تركيز المحلول بالمول من المذاب لكل لتر من المحلول / معادَلة تركيز المحلول بالمول من المذاب لكل لتر من المحلول / التركيز بالمول لكل لتر؟
  • ما الفَرق بين المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة النهاية ونقطة التكافؤ؟
  • ما المقصود بالمعايرة بالتحليل الكيميائي الراجعة؟
  • ما مزايا المعايرة بالتحليل الكيميائي؟
  • أي أنواع التفاعلات الكيميائية يستخدَم في المعايرة بالتحليل الكيميائي؟
  • ما أساليب الإشارة المستخدَمة في المعايرة بالتحليل الكيميائي؟
  • في أي الصناعات أو القطاعات تُستخدم المعايرة بالتحليل الكيميائي؟
  • كيف يمكن للمرء تسريع إضافة محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي (متزايدة تدريجيًا بكميات ثابتة مقابِل دائمة التغير)؟
  • لماذا، ومتى أؤدي المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة التكافؤ باستخدام جهاز معايرة بالتحليل الكيميائي آلي، وهل أحصل على نتيجة مختلفة مقارنة بما ينتج عندما أعاير بالتحليل الكيميائي يدويًا باستخدام مؤشِّر لوني؟
  • أي قطب كهربائي ينبغي أن أستخدم في المعايرات بالتحليل الكيميائي غير المائية؟
  • كم يبلغ تكرار التقييس الذي أحتاجه لمحلول المعايرة بالتحليل الكيميائي خاصتي؟
  • ما جهاز المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلي؟
  • كيف يعمل جهاز المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلي؟
  • ما التطوُّر التاريخي لأجهزة المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلية؟

ما المعايرة بالتحليل الكيميائي؟ تعريف المعايرة بالتحليل الكيميائي؟

المعايرة بالتحليل الكيميائي هي أسلوب فني تحليلي يسمح بتحديد المحتوى الكمي من مادة محدَّدة (المادة المحلَّلة) مذابة في عينة. وتستند إلى تفاعل كيميائي كامل بين المادة المحلَّلة وكاشِف (محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي) بتركيز معروف يضاف إلى عينة:

المادة المحلَّلة + كاشِف (محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي) = منتَجات التفاعل

أحد الأمثلة المعروفة هو المعايرة بالتحليل الكيميائي لحمض خلي (CH3COOH) في خل مع هيدوكسيد الصوديوم، NaOH:

CH3COOH + NaOH → CH3COO- + Na+ + H2O

محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي يضاف حتى اكتمال التفاعل. ومن أجل التلاؤم مع تحديد المحتوى، يجب أن تكون نهاية تفاعل المعايرة بالتحليل الكيميائي قابلة للملاحظة بسهولة. وهذا يعني أنه يجب مراقَبة (الإشارة إلى) التفاعل بأساليب فنية مناسبة، على سبيل المثال قياس الكُمون (قياس الكُمون باستخدام مستشعِر) أو باستخدام مؤشِّرات لونية. أما قياس كمية محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي المتصرفة فيسمح بحساب محتوى المادة المحلَّلة استنادًا إلى قياس الاتحاد العنصري في التفاعل الكيميائي. ولا بد للتفاعل المشمول في المعايرة بالتحليل الكيميائي أن يكون سريعًا، وكاملاً، وقابلاً للملاحظة، ولا لَبس فيه.

ما / كيف يكون منحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي؟

منحنيات المعايرة بالتحليل الكيميائي تُبيِّن التقدم النوعي في المعايرة بالتحليل الكيميائي. ذلك أنها تسمح بتقييم أسلوب المعايرة بالتحليل الكيميائي سريعًا. ويَظهَر فارِق بين منحنيات المعايرة بالتحليل الكيميائي اللوغارتمية والخطية.‏

منحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي يَتضمَّن أساسًا متغيرين:

كمية محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي بصفة المتغير المستقل. وإشارة المحلول، على سبيل المثال الأس الهيدروچيني للمعايرات بالتحليل الكيميائي الحمضية / القاعدية بصفة متغير غير مستقل، يعتمِد على تركيب المحلولين.

منحنيات المعايرة بالتحليل الكيميائي يمكن أن تأخذ 4 أشكال مختلفة، وينبغي تحليلها بخوارزميات التقدير المناسبة. وهذه الأشكال الأربعة هي: المنحنى المتماثل، والمنحنى غير المتماثل، والمنحنى الأدنى / الأقصى، والمنحنى المقطَّع

منحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي
منحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي

ما المعايرة بالتحليل الكيميائي الحمضية / القاعدية؟

المعايرة بالتحليل الكيميائي الحمضية / القاعدية هي تحليل كمي يُستخدم في تحديد محتوى تركيز غير معروف في محلول حمضي أو قاعدي بإضافة كميات مقيسة من محلول معايرة بالتحليل الكيميائي حمضي أو قاعدي يستعدِل المادة المحلَّلة.

في معايرة بالتحليل الكيميائي لحمض هيالورونيك HAباستخدام قاعدة قوية (على سبيل المثال هيدوكسيد الصوديوم NaOH) فإن التوازنين الكيميائيين التاليين يحدثان:

تفاعل حمضي قاعدي
تفاعل حمضي قاعدي

التفاعلات الحمضية القاعدية سريعة جدًا، والتوازن الكيميائي يرسى بسرعة للغاية. وبذلك فإن التفاعلات الحمضية القاعدية في محاليل مائية تكون مثالية للمعايرات بالتحليل الكيميائي. وإذا كانت المحاليل المستخدَمة غير مخفَّفة جدًا، فلا يعتمِد شكل منحنيات المعايرة بالتحليل الكيميائي إلا على ثابت الحمضية Ka.

كيف يُحسَب تركيز المحلول بالمول من المذاب لكل لتر من المحلول / معادَلة تركيز المحلول بالمول من المذاب لكل لتر من المحلول / التركيز بالمول لكل لتر

تركيز مقدار المادة في محلول من الكيان X (بالرمز c(X)‎) هو مقدار المادة n مقسومة على الكمية V من المحلول.

N هو عدد الجزيئات الموجود في الكمية V (باللتر)، والنسبة N/V هي التركيز العددي C، وNA هو ثابت أڤوجادرو، تقريبًا 6.022×1023 مول−1.

كيف يُحسَب تركيز المحلول بالمول من المذاب لكل لتر من المحلول
كيف يُحسَب تركيز المحلول بالمول من المذاب لكل لتر من المحلول

وحدات القياس العادية المستعمَلة في التحليل هي مول/لتر وملليمول/لتر.

ما الفَرق بين المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة النهاية ونقطة التكافؤ؟

وضع المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة النهاية:

وضع نقطة النهاية يمثِّل الإجراء الأصيل للمعايرة بالتحليل الكيميائي: حيث محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي يضاف حتى تلاحَظ نهاية التفاعل، على سبيل المثال بتغير لون مؤشِّر. وباستخدام جهاز معايرة بالتحليل الكيميائي آلي، فإن العينة تعايَر بالتحليل الكيميائي حتى بلوغ قيمة سابقة التحديد، على سبيل المثال الأس الهيدروچيني = 8.2.

 

 

المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة النهاية
المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة النهاية

وضع المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة التكافؤ:

نقطة التكافؤ هي النقطة التي عندها المادة المحلَّلة والكاشِف يوجَدان بالكميات ذاتها بالضبط. وفي أغلب الحالات تتطابق تقريبًا مع نقطة انحناء منحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي، على سبيل المثال منحنيات المعايرة بالتحليل الكيميائي المحصَّلة من معايرات بالتحليل الكيميائي حمضية / قاعدية. وتُعيَّن نقطة انحناء المنحنى بما يناظرها من الأس الهيدروچيني أو قيمة الكُمون (mV) واستهلاك محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي (mL). وتُحسَب نقطة التكافؤ من استهلاك محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي معروف التركيز. فمنتَج تركيز محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي واستهلاك محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي يعطي مقدار المادة الذي تفاعل مع العينة. وفي جهاز معايرة بالتحليل الكيميائي آلي تُقدَّر النقاط المقيسة وفقًا لإجراءات رياضيات محدَّدة تؤدي إلى منحنى معايرة بالتحليل الكيميائي مقدَّر. وبعدئذٍ تُحسَب نقطة التكافؤ من هذا المنحنى المقدَّر.

المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة التكافؤ
المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة التكافؤ

ما المقصود بالمعايرة بالتحليل الكيميائي الراجعة؟

في المعايرة بالتحليل الكيميائي الراجعة، نستخدِم كاشِفين – الأول يتفاعل مع العينة الأصلية (A) والثاني يتفاعل مع كواشِف الأول (B).

أولاً، زيادة مُحكَمة القياس من الكاشِف A تضاف إلى العينة. وبعد انتهاء التفاعل، الزيادة المتبقية من الكاشِف A تعايَر من ثَم بالتحليل الكيميائي رجوعًا باستخدام كاشِف ثانٍ B. ومن ثَم، الفَرق بين المقدار المضاف من الكاشِف الأول والثاني يعطي مقدار تكافؤ المادة المحلَّلة. وتُستخدم المعايرة بالتحليل الكيميائي الراجعة رئيسيًا في الحالات حيث تفاعل المعايرة بالتحليل الكيميائي المباشرة يكون بطيئًا جدًا أو حيث الإشارة المباشرة إلى نقطة التكافؤ تكون غير مُرضية. على سبيل المثال، في تحديد محتوى الكالسيوم باستخدام كواشِف رباعي خلات ثنائي أمين الإيثيلين EDTA ‏(A) وZnSO4 (B)‎

المعايرة بالتحليل الكيميائي الراجعة
المعايرة بالتحليل الكيميائي الراجعة

ما مزايا المعايرة بالتحليل الكيميائي؟

  • أسلوب فني تحليلي أصيل ومعروف
  • سريعة
  • أسلوب فني مُحكَم ودقيق جدًا
  • درجة عالية من إمكانية التشغيل الآلي
  • نسبة سعر/أداء جيدة مقارنة بالأساليب الفنية معقدة التطور أكثر
  • يمكن أن يستخدِمها المشغِّلون متدنو المهارات والمدرَّبون
  • ليست هناك أي حاجة إلى معرفة كيميائية عالية التخصص

أي أنواع التفاعلات الكيميائية يُستخدم في المعايرة بالتحليل الكيميائي؟

هناك العديد من تفاعلات تحديد المحتوى أو النوعية يُستخدم في المعايرة بالتحليل الكيميائي:

التفاعلات الحمضية / القاعدية:

أمثلة: المحتوى الحمضي في النبيذ، والحليب. المحتوى الحمضي في الكاتشپ. محتوى الأحماض غير العضوية مثل حمض الكبريتيك.

تفاعلات الترسيب:

أمثلة: محتوى الملح في رقائق البطاطس، والكاتشپ، والأغذية؛ ومحتوى الفضة في العملات المعدنية، ومحتوى الكبريتات في المياه المعدنية، ومحتوى الكبريتات في حوض طلاء كهربائي

تفاعلات الاختزال والأكسدة:

أمثلة: محتوى النحاس، والكروم، والنيكل في أحواض الطلاء الكهربائي

تفاعلات معايرة بالتحليل الكيميائي محلولها عامل تعقيد:

أمثلة: إجمالي عسر الماء (المغنيسيوم Mg والكالسيوم Ca)؛ ومحتوى الكالسيوم في الحليب والجبن؛ وتحليل الإسمنت

تفاعلات الترسيب الغرواني:

أمثلة: محتوى خافض توتر سطحي أنيوني في مطهِّرات؛ محتوى خافض توتر سطحي أنيوني في مساحيق الغسيل؛ محتوى خافض توتر سطحي أنيوني في منظِّف سائل.

اعثر على استعمالك!

ما أساليب الإشارة المستخدَمة في المعايرة بالتحليل الكيميائي؟

المعايرات بالتحليل الكيميائي يمكن تصنيفها وفقًا لمبادئ الإشارة والتفاعل الكيميائي الذي يحدث:

قياس الكُمون:

القياس المباشر للكُمون الجلفاني الذي يطوره تركيب قطب كهربائي يسمَّى قياس الكُمون، بينما أداء المعايرة بالتحليل الكيميائي باستخدام هذا الأسلوب يُطلَق عليه المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الكُمون.

 

القياس المباشر للكُمون الجلفاني
القياس المباشر للكُمون الجلفاني

 

الكُمون U الذي يتطور ينبغي قياسه، إذا أمكن على الإطلاق، عند تيار صفري باستخدام مكبِّر إشارات معاوَقة عالٍ للأسباب التالية:

  • أساس قياس الكُمون هو معادَلة Nernst "نرنست"، المشتقة من أجل المستشعِرات في التوازن الكيميائي والكهربائي. ذلك أن تدفق تيار زائد عبر أسطح الحدود الطورية المعنية من شأنه الإخلال بهذا التوازن.
  • سبب آخر لاستخدام دَخل قياس معاوَقة عالٍ ينتج عن بنية الأس الهيدروچيني الخاصة والأقطاب الكهربائية انتقائية الأيون. دائرة القياس تَتضمَّن غشاء انتقائي الأيون، مقاومته الكهربائية يمكن بسهولة أن تكون 100 إلى 1000 مللي أوم. وإذا أُبقِيَ الخطأ التجريبي بسبب تأثير مقسِّم الجهد الكهربائي أدنى من 0.1%، فإن دَخل معاوَقة أداة القياس ينبغي أن يكون أعلى بما لا يقل عن 1000 مرة. وتمكِن رؤية هذا من المعادَلة التالية:

 

 

بالنسبة إلى مستشعِرات المقاومة العالية جدًا، تَلزَم من ثم مكبِّرات دَخل معوَقتها يبلغ 1012 أوم.

 

قياس الجهد الكهربائي:

هذا الأسلوب الفني في الإشارة يَشمَل قياس فَرق الكُمون بين قطبين كهربائيين معدنيين مستقطَبين بتيار صغير. وكما هو الحال في قياس الكُمون، منحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الجهد الكهربائي هو منحنى كُموني كمي.

هناك حاجة إلى مُعدة القياس التالية:

 

 

مصدر توريد القدرة المستقِر يوفر التيار. فالمقاومة R المتصلة بالدائرة الكهربائية لا بد من انتقائها بحيث يمكن توليد تيار مستقطَب Ipol في النطاق من 0.1 إلى 20 ميكرو أمبير. أما الكُمون U الذي يتطور بين القطبين الكهربائيين فيقاس بالضبط كما في قياس الكُمون. وأحد الاستعمالات الرئيسية للإشارة بقياس الجهد الكهربائي هو تحديد محتوى الماء بأسلوب Karl Fischer "كارل فيشر".

 

القياس الضوئي:

أساس الإشارة بالقياس الضوئي هو تقليل الشِّدة عند طول موجي بعينه لشعاع ضوئي يمر عبر محلول. فالنفاذية هي المتغير الرئيسي المقيس في القياس الضوئي وتوصف كما يلي

 

النفاذية
النفاذية

 

T: النفاذية

I0: شِدة الضوء الساقط

I: شِدة الضوء النافذ

إذا امتُص الضوء جميعه، فإن I =‏ 0 وإذَن T =‏ 0. أما إذا لم يُمتص أي ضوء، فإن

I =‏ I‏0 وT =‏ 1 (أو %T =‏ 100%).

في القياس الضوئي، يتكرر أداء العمل باستخدام الامتصاص بصفته المتغير المقيس. وتوصف العلاقة بين النفاذية والامتصاص بقانون Bouguer- Beer-Lambert "بوجير بيير لامبرت":

A = − log T = A = ε · b · c

A: الامتصاص

ε: معامل الاندثار

c: تركيز المادة الممتصة

d: طول مسار الضوء عبر المحلول

من العلاقة أعلاه، تمكِن رؤية أن هناك علاقة خطية بين الامتصاص A والتركيز c.

مقارنة بمستشعِرات قياس الكُمون، فإن المستشعِرات الكهروضوئية لديها عدد من المزايا في المعايرة بالتحليل الكيميائي:

  • فهي أسهل في الاستخدام (دون أي إعادة مَلء محاليل موصلة للكهرباء، ودون أي إعاقة لنقطة الاتصال)
  • وعُمرها الافتراضي أطول (فهي تقريبًا غير قابلة للكسر)
  • ويمكن استخدامها في تأدية جميع المعايرات بالتحليل الكيميائي الأصيلة لتغير لون (دون أي تغيير في المقاييس والإجراءات التقليدية).

الإشارة بالقياس الضوئي ممكِنة لتفاعلات تحليلية كثيرة:

  • المعايرات بالتحليل الكيميائي الحمضية / القاعدية (المائية وغير المائية)
  • معايرة بالتحليل الكيميائي محلولها عامل تعقيد
  • المعايرات بالتحليل الكيميائي بالاختزال والأكسدة
  • المعايرات بالتحليل الكيميائي بالترسيب
  • المعايرات بالتحليل الكيميائي بقياس العكر

في المعايرة بالتحليل الكيميائي بالقياس الضوئي ينبغي انتقاء طولي موجي يعطي أكبر فَرق في النفاذية قبل نقطة التكافؤ وبعدها. وفي المنطقة المرئية، تلك الأطوال الموجية تكون عادة في النطاق من 500 إلى 700 نانومتر.

أمثلة على الاستخدام: تفاعلات المعايرة بالتحليل الكيميائي محلولها عامل تعقيد وتفاعلات قياس العكر.

 

التوصيلية:

التوصيلية هي قابلية سماح محلول بمرور تيار عبره. أما وحدة قياس التوصيلية فهي µS/cm (ميكرو سيمنز/سنتيمتر) أو mS/cm (مللي سيمنز/سنتيمتر). وتشير قيمة عالية إلى عدد عالٍ من الأيونات. فمقدار التيار المتدفق في المحلول يتناسب مع مقدار الأيونات. وإذا كنا نعلم توصيلية محلول، فيمكننا الحصول على فكرة عن إجمالي محتوى الأيونات. علاوة على ذلك، إذا كانت الأيونات معلومة، فيمكن عمل بيان عن تركيزها.

لقياس التوصيلية، يستعمل جهد كهربائي عبر لوحين مغمورين في المحلول. وتكون الألواح معدنية، أو يمكن استخدام أقطاب جرافيت كذلك. بينما الأيونات المذابة ستبدأ التحرك صوب الألواح، سيتدفق التيار الكهربائي بين الألواح.

تيار كهربائي
تيار كهربائي

مبدأ المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس التوصيلية.

أثناء المعايرة بالتحليل الكيميائي، أحد الأيونات يحل محله آخر وبلا أي تباين يختلف هذان الأيونان في التوصيلية الأيونية والنتيجة أن توصيلية المحلول تتباين أثناء سياق المعايرة بالتحليل الكيميائي. ومن ثَم، إذا أضفتَ محلولاً من قطب كهربائي إلى آخر، فإن الموصلية النهائية ستتوقف على حدوث تفاعل. لكن إذا لم يكن هناك أي تفاعل كيميائي في المحاليل الموصلة للكهرباء، فستكون هناك زيادة في مستوى الموصلية. وقد يتحدد موقع نقطة التكافؤ بيانيًا برسم التغير في الموصلية بصفة دالة كمية محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي المضافة.

مبدأ المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس التوصيلية
مبدأ المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس التوصيلية

المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الحرارة:

البيان البدائي بأن كل تفاعل كيميائي يصاحبه تغير في الطاقة، هو بإحكام ما يشكِّل أساس المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الحرارة. أثناء التفاعلات الماصة للحرارة، تُمتص الطاقة ويلاحَظ انخفاض في درجة الحرارة. والعكس حقيقي في التفاعلات الطاردة للحرارة حيث تتحرر الطاقة. أما نقطة تكافؤ معايرة بالتحليل الكيميائي فيمكن استبيانها بمراقَبة التغير في درجة الحرارة (الشكل 1). وفي سياق معايرة بالتحليل الكيميائي بطرد الحرارة، تزيد درجة الحرارة حتى بلوغ نقطة التكافؤ. وبعدئذٍ، تستقِر درجة الحرارة مبدئيًا، ويلي ذلك انخفاض لاحِق في درجة الحرارة. ويحدث العكس في المعايرة بالتحليل الكيميائي بامتصاص الحرارة

عرض مخطَّط معايرة بالتحليل الكيميائي بطرد الحرارة ومعايرة بالتحليل الكيميائي بامتصاص الحرارة
عرض مخطَّط معايرة بالتحليل الكيميائي بطرد الحرارة ومعايرة بالتحليل الكيميائي بامتصاص الحرارة

كما وصِف أعلاه، يلاحَظ انخفاض في درجة الحرارة أثناء سياق تفاعل المعايرة بالتحليل الكيميائي بامتصاص الحرارة. وفور بلوغ نقطة التكافؤ، تستقِر درجة الحرارة. وتتحدد نقطة النهاية بحساب المشتق الثاني من المنحنى (التقدير المقطَّع).

ليس هناك أي متطلبات للمعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الحرارة إلا: تفاعل كيميائي ذو تغير كبير في الطاقة، ومقياس درجة حرارة مُحكَم وسريع، جهاز معايرة بالتحليل الكيميائي قادر على أداء التقدير المقطَّع لمنحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي.

 

المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الكولوم

الأسلوب الفني للمعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الكولوم طورها أصلاً Szebelledy وSomogy ‏[1] في عام 1938. وهذا الأسلوب يختلف عن المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الكمية في أن محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي يتولد في المحَل من التحليل الكهربائي ثم يتفاعل حسب قياس الاتحاد العنصري مع المادة التي يحدَّد محتواها. بينما مقدار المادة المتفاعلة يُحسَب من إجمالي الشحنة الكهربائية المارة "Q" بالكولوم؛ وليس كما في المعايرة بالتحليل الكيميائي بقياس الكمية حيث يُحسَب من كمية محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي المستهلَكة.

 

في أي الصناعات أو القطاعات تُستخدم المعايرة بالتحليل الكيميائي؟

فيما يلي قائمة غير شاملة بصناعات تستخدِم المعايرة بالتحليل الكيميائي:

  • تصنيع السيارات، الخزف، صناعة الكيماويات، منتَجات الفحم، الطلاء، مستحضَرات التجميل
  • المطهِّرات
  • الإلكترونيات، الطلاء الكهربائي، الطاقة، المتفجرات
  • الأغذية والمشروبات
  • الزجاج، القطاع الحكومي
  • الصحة
  • الجلود
  • الآلات
  • مواد التغليف، الدهانات، الأصباغ، الورق والعجينة الورقية، النفط، المستحضرات الصيدلانية، الصور الفوتوغرافية، منتَجات اللدائن، الطباعة والنشر
  • السكك الحديدية، المطاط
  • الحجر (الطيني، الإسمنتي)
  • النسيج، التبغ
  • الماء
  • الزيوليت

كيف يمكن للمرء تسريع إضافة محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي (متزايدة تدريجيًا بكميات ثابتة مقابِل دائمة التغير)؟

إضافة محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي متزايدة تدريجيًا بكميات ثابتة

يضاف محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي بزيادات تدريجية بكميات ثابتة dV. وإضافة محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي متزايدة تدريجيًا بكميات ثابتة تُستخدم في المعايرات بالتحليل الكيميائي غير المائية، التي تَتضمَّن أحيانًا إشارة غير مستقِرة، وأيضًا في المعايرات بالتحليل الكيميائي بالقياس الضوئي وبالاختزال والأكسدة، حيث قفزة الكُمون عند نقطة التكافؤ تحدث فجأة. ولاحظ أنه في المنطقة الأشد انحدارًا من المنحنى هناك نقاط مقيسة قليلة نسبيًا.

إضافة محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي دائمة التغير

أس هيدروچيني ثابت أو تغير كُمون لكل زيادة تدريجية ثابتة يسمح بتباين زيادة الكمية التدريجية الثابتة بين أدناها وأقصاها.
ومن ثم، يمكن تسريع التحليل باستخدام زيادات تدريجية ثابتة كبيرة في المناطق المستوية من منحنى المعايرة بالتحليل الكيميائي. إضافة إلى الحصول على مزيد من النقاط المقيسة في المنطقة الأشد انحدارًا من المنحنى مما يؤدي إلى تقدير أدق.

المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة النهاية مقابِل نقطة التكافؤ
المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة النهاية مقابِل نقطة التكافؤ

لماذا، ومتى أؤدي المعايرة بالتحليل الكيميائي بنقطة التكافؤ باستخدام جهاز معايرة بالتحليل الكيميائي آلي، وهل أحصل على نتيجة مختلفة مقارنة بما ينتج عندما أعاير بالتحليل الكيميائي يدويًا باستخدام مؤشِّر لوني؟

هذا التضارب في النتائج يكون في المقام الأول ملحوظًا عند أداء معايرات بالتحليل الكيميائي حمضية / قاعدية باستخدام أحد مؤشِّرات الأس الهيدروچيني. والسبب الأول في هذا أن مؤشِّرات الأس الهيدروچيني هذه يتغير لونها عبر نطاق أس هيدروچيني وليس عند قيمة ثابتة. وتكون النقطة الفعلية التي عندها يتغير اللون معتمِدة كثيرًا جدًا على العينة وقد لا تتزامن مع نقطة التكافؤ الكيميائية. وهذا يمكن أن ينتج عنه تضارب صغير في النتيجة سهل إبطاله بتقييس محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي باستخدام أسلوب مشابه كالمستخدَم في العينات.

السبب الثاني في هذا الفَرق هو في المقام الأول إحدى حساسيات العين البشرية لتغير اللون. بينما تغير اللون قد يكون بدأ بالفعل حدوثه، إلا أن العين البشرية لم تستبِن بعد أي تغير. وهذا تمكِن البرهنة عليه باستخدام مستشعِر قياس ضوئي مثل METTLER TOLEDO DP5 Phototrodes. وباستخدام أحد هذه المستشعِرات يكون هناك تغير واضح في نفاذ الضوء قبل وقت طويل من استبيان العين البشرية أي تغير في اللون. وفي المعايرات بالتحليل الكيميائي الحمضية / القاعدية النموذجية باستخدام الإشارة بقياس الكُمون باستخدام مستشعِر الأس الهيدروچيني، فإن التغير الحاد في الإشارة يحدث عند أول أثر حمضي (أو قاعدي) زائد ومن ثَم إشارة حقيقية أكثر إلى نقطة النهاية.

أي قطب كهربائي ينبغي أن أستخدم في المعايرات بالتحليل الكيميائي غير المائية؟

هناك عامة ثلاث مشكلات رئيسية في الأقطاب الكهربائية عند أداء معايرة بالتحليل الكيميائي غير مائية. والمشكلة الأولى هي حيازة موصل كهرباء مائي مع مذيب غير مائي. وهذا يحله بسهولة استبدال المحلول الموصل للكهرباء في القطب الكهربائي. أما المشكلة الثانية فذات صلة بحقيقة أن العينة غير توصيلية، مما ينتج عنه دائرة كهربائية ضعيفة بين نصفي خلية القياس والمرجع أو جزئي القطب الكهربائي إذا كانا مجتمعين. وهذا يُنتج إشارة ضوضاء، خاصة عند استخدام مستشعِر ذي نقطة اتصال خزفية في المرجع. وأحد الحلول الجزئية لهذه المشكلة هو استخدام مستشعِر ذي نقطة اتصال مغلَّفة، من شاكلة القطب الكهربائي DG113. وهذا المستشعِر فيه كلوريد ليثيوم في إيثانول بصفته موصل الكهرباء القياسي، وبدلاً من نقطة اتصال خزفية فيه غلاف مكوثَر تنتج عنه منطقة اتصال أكبر بين جزئي العمل والمرجع ومن ثَم ضوضاء أدنى.

المشكلة الثالثة ليست مشكلة القطب الكهربائي ذاته، بل تناوُل المستشعِر. ومن أجل أن يؤدي مستشعر زجاجي (أس هيدروچيني) وظائفه صحيحة، يَلزَم تمييه الغشاء الزجاجي (بصيلة القطب الكهربائي). وهذا يتحقق بتكييف القطب الكهربائي في ماء منزوع الأيونات. وأثناء المعايرة بالتحليل الكيميائي غير المائية، يُنزَع تميه هذا الغشاء تدريجيًا مما يقلل استجابة القطب الكهربائي. ولمنع هذا أو تدارُك هذه المشكلة، تنبغي إعادة تكييف القطب الكهربائي بانتظام بنقعه في الماء.

كم يبلغ تكرار التقييس الذي أحتاجه لمحلول المعايرة بالتحليل الكيميائي خاصتي؟

بالطبع، هذا يعتمِد على استقرار محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي وعلى القياسات التي أُخذت لحماية محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي من الملوِّثات النموذجية التي يمكنها التسبب في تقليل التركيز. والأمثلة الأكثر شيوعًا على هذه الحماية لمحلول المعايرة بالتحليل الكيميائي هي تخزين محاليل المعايرة بالتحليل الكيميائي الحساسة للضوء في زجاجات قاتمة، على سبيل المثال محاليل اليود، وحماية محاليل المعايرة بالتحليل الكيميائي بأسلوب Karl Fischer "كارل فيشر" من النداوة باستخدام على سبيل المثال منخل جزيئي أو هلام سيليكا، وحماية قواعد قوية بعينها، على سبيل المثال هيدوكسيد الصوديوم، من امتصاص ثاني أكسيد الكربون.

ما جهاز المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلي؟

أجهزة المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلية هي أدوات قيد ضبط معالِجات مجهرية تسمح بالتشغيل الآلي لجميع العمليات المشمولة في المعايرة بالتحليل الكيميائي:

  1. إضافة محلول معايرة بالتحليل الكيميائي
  2. مراقَبة التفاعل (اكتساب الإشارة)
  3. إدراك نقطة النهاية
  4. تخزين البيانات
  5. الحساب
  6. تخزين النتائج
  7. نقل البيانات إلى طابعة أو كمبيوتر / نظام خارجي

كيف يعمل جهاز المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلي؟

أجهزة المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلية تتبع تسلسل عمليات معيَّنًا. وهذا التسلسل أساسًا متطابق في جميع الطرز والعلامات التجارية المختلفة. ويؤدَّى ويكرَّر مرات عديدة حتى بلوغ نقطة نهاية تفاعل المعايرة بالتحليل الكيميائي أو نقطة تكافئه (دورة المعايرة بالتحليل الكيميائي). وتتكون دورة المعايرة بالتحليل الكيميائي رئيسيًا من 4 خطوات:

  1. إضافة محلول معايرة بالتحليل الكيميائي
  2. تفاعل المعايرة بالتحليل الكيميائي
  3. اكتساب الإشارة
  4. التقدير

كل خطوة لها معلمات محدَّدة (على سبيل المثال حجم الزيادة التدريجية الثابتة) التي يجب أن تتعين وفقًا للاستعمال المحدَّد للمعايرة بالتحليل الكيميائي. بينما الاستعمالات الأعقد تَتطلب خطوات أكثر، على سبيل المثال صرف كاشِف إضافي لمعايرات بالتحليل الكيميائي راجعة، وتخفيف، وتعديل قيمة الأس الهيدروچيني. وهذه الخطوات والمعلمات المناظِرة لها تُستأنف في أسلوب معايرة بالتحليل الكيميائي.

ما التطوُّر التاريخي لأجهزة المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلية؟

الطريقة الأصيلة:

المعايرة بالتحليل الكيميائي هي أسلوب فني تحليلي أصيل واسع الاستخدام. وفي الأصل كان أداؤه بإضافة محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي باستخدام أسطوانة زجاجية مدرَّجة (سحاحة). وباستخدام صنبور كانت تُنظَّم يدويًا إضافة محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي. وكان تغير في اللون يشير إلى نهاية تفاعل المعايرة بالتحليل الكيميائي (نقطة النهاية). وفي البداية، لم يكن يؤدَّى إلا المعايرات بالتحليل الكيميائي التي تُظهِر تغيرًا كبيرًا في اللون عند بلوغ نقطة النهاية. إلا أن المعايرات بالتحليل الكيميائي لاحقًا كانت تلوَّن اصطناعيًا بصِبغ مؤشِّر. وكان الإحكام المحقَّق يعتمِد رئيسيًا على مهارات الكيميائي، وخاصة على إدراكه الحسي للألوان المختلفة.

الطريقة الحديثة:

المعايرة بالتحليل الكيميائي شهِدَت تطورًا قويًا: ذلك أن السحاحات اليدوية وفيما بعد التي تعمل بموتور مزوَّد بمكابس تسمح بإضافة قابلة لإعادة الإنتاج ودقيقة من محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي. وتحل الأقطاب الكهربائية لقياس الكُمون محل مؤشِّرات اللون، محقِّقةً درجة أعلى في إحكام النتائج ودقتها. ويسمح رسم الكُمون بيانيًا مقابِل كمية محلول المعايرة بالتحليل الكيميائي ببيان أكثر انضباطًا عن التفاعل من تغير اللون عند نقطة النهاية. وباستخدام معالِجات مجهرية يمكن ضبط المعايرة بالتحليل الكيميائي وتقديرها آليًا. وهذا يمثل خطوة وثيقة الصلة نحو الآلية الكاملة.

الآن وفي المستقبل:

التطور لم يكتمل بعد. فأجهزة المعايرة بالتحليل الكيميائي الآلية تسمح بتعيين تسلسلات تحليلات كاملة محقِّقةً أقصى مرونة في تطوير الأسلوب. ولكل استعمال يمكن تعيين الأسلوب المحدَّد بجمع وظائف عمليات بسيطة مثل "جرعة"، و"تقليب"، و"معايرة بالتحليل الكيميائي"، و"حساب" بتسلسل معيَّن. أما الأدوات المساعدة (مغيِّرات العينات، والمضخات) فتساعد في تقليل عبء العمل وتبسيطه في المختبَرات. وهناك اتجاه آخر إلى الاتصال بأجهزة الكمبيوتر ونظم إدارة معلومات المختبَرات.

Know How
المعايرة بالتحليل الحجمي بطريقةKarl Fischer لقياس المحتوى المائي
Thank you for visiting www.mt.com. We have tried to optimize your experience while on the site, but we noticed that you are using an older version of a web browser. We would like to let you know that some features on the site may not be available or may not work as nicely as they would on a newer browser version. If you would like to take full advantage of the site, please update your web browser to help improve your experience while browsing www.mt.com.