Wat is titratie?

Titratie is een analysetechniek waarmee een specifieke stof in een monster gekwantificeerd kan worden door toevoeging van een reagens met een bekende concentratie. Het is gebaseerd op een volledige chemische reactie tussen de stof (analyt) en een reagens (titrant).

De titrant wordt toegevoegd totdat de reactie volledig is. Om geschikt te zijn voor bepaling, moet het einde van de titratiereactie gemakkelijk waarneembaar zijn met controle (indicatie) door middel van geschikte technieken, bijvoorbeeld potentiometrie (potentiaalmeting met een sensor) of door een kleurverandering.

De meting van het afgegeven titrantvolume maakt het mogelijk het analytgehalte te berekenen op basis van de stoichiometrie van de chemische reactie. Voor nauwkeurigheid moet een titratiereactie snel, volledig, ondubbelzinnig en waarneembaar zijn.

Klassieke titratie werd uitgevoerd door handmatig titrant toe te voegen door een kraan met een glazen cilinder met schaalverdeling, ook wel een buret genoemd. Moderne geautomatiseerde titratie maakt een nauwkeurige, herhaalbare toevoeging van titrant en een robuustere plot van potentiaal versus titrantvolume mogelijk. Handmatige titratie blijft echter een hoofdactiviteit in veel laboratoria over de hele wereld (zie handmatige versus geautomatiseerde titratie hieronder). De basistheorie achter handmatige en geautomatiseerde titratie is dezelfde.

Meer informatie over wat titratie is, vindt u in de gids Grondbeginselen van titratie.

• Waarom is titratie belangrijk en hoe wordt het gebruikt in de industrie?
• Wat zijn de soorten titratie?
• Wat zijn de voordelen van titratie?
• Wat zijn de verschillen tussen handmatige en geautomatiseerde titratie?
• Wat is een titratiecurve?
• Wat is het verschil tussen eindpunt- en equivalentiepunttitratie?
• Hoe bereken ik de molariteit, een molariteitsvergelijking of molaire concentratie?
• Hoe krijgt u nauwkeurige titratieresultaten?
• Basisterminologie bij titratie

Titratie is een snelle, nauwkeurige en beproefde analysetechniek die op grote schaal wordt toegepast bij onderzoek, productontwikkeling en kwaliteitscontrole. In vergelijking met bepaalde andere analysemethoden is titratie kosteneffectief, zeer nauwkeurig en in hoge mate geautomatiseerd. Hierdoor verbetert de productiviteit van de workflow eenvoudig, aangezien titratie kan worden uitgevoerd door operators zonder specifieke kennis van chemie. Sectoren die titratiechemie gebruiken zijn landbouw, biotechnologie, chemie, cosmetica, elektronica, voedsel en drank, verf en pigmenten, papier en pulp, petrochemie en farmaceutica.

• Titratie is een gevestigde analytische techniek: Titratie is een van de oudste en meest gebruikte kwantitatieve analysemethoden. Handmatige, halfautomatische en volledig geautomatiseerde titraties zijn uitgebreid ontwikkeld en worden in een groot aantal industrieën toegepast.
  
• Het is een snelle procedure: In het geval van handmatige titraties zijn alleen een buret, titrant en een geschikte eindpuntindicator vereist. De titrant wordt aan het monster in de buret toegevoegd totdat de reactie volledig en eenvoudig waarneembaar is. De meting van het afgegeven titrantvolume maakt het mogelijk het analytgehalte te berekenen op basis van de stoichiometrie van de chemische reactie.
  Automatische titraties verlopen nog sneller en zorgen voor een aanzienlijke tijdsbesparing. Automatisering maakt een hoge verwerkingscapaciteit mogelijk met minimale inspanning van de operator. Ook ondersteunt het de gebruiker in termen van kwaliteit en gegevensbeveiliging door een betere reproduceerbaarheid en het voorkomen van transcriptiefouten.
  
• Zeer nauwkeurige en precieze techniek: Aanvankelijk werden alleen de titraties uitgevoerd die een significante kleurverandering vertoonden bij het bereiken van het eindpunt. Later werden de titraties kunstmatig gekleurd met een indicator kleurstof. De bereikte precisie hing vooral af van de vaardigheden van de chemicus en in het bijzonder van zijn vermogen om verschillende kleuren waar te nemen. Tegenwoordig heeft titratie een sterke ontwikkeling doorgemaakt: handmatige en later motorisch aangedreven zuigerburetten maken een nauwkeurige en herhaalbare toevoeging van titrant mogelijk. Elektrochemische sensoren vervangen de kleurindicatoren, waardoor een grotere precisie en nauwkeurigheid van de resultaten wordt verkregen. De grafische plot van potentiaal versus titrantvolume en wiskundige evaluatie van de resulterende titratiecurve geven een exactere uitspraak over de reactie dan de kleurverandering bij het eindpunt. Met microprocessoren kan de titratie automatisch worden gestuurd en geëvalueerd, wat een belangrijke stap naar automatisering betekent.
  
• Hoogste graad van automatisering mogelijk: Een titrator is een instrument waarmee alle handelingen bij titratie kunnen worden geautomatiseerd: toevoeging van titrant, bewaking van de reactie (signaalacquisitie), herkenning van het eindpunt, gegevensopslag, berekening en de opslag van resultaten. De operator hoeft alleen maar de monsters op het rekje van de titrator te plaatsen en de methode te starten.
  -Leer meer over de mogelijkheden en voordelen van automatisering met onze brochure voor titratieautomatisering
  
• Geautomatiseerde titraties kunnen worden gebruikt door iedere operator, getraind of ongetraind: In het geval van handmatige titraties volgt een laborant een gedetailleerde, gestandaardiseerde procedure (of methode) en past hij of zij geleerde vaardigheden en kennis toe op de taak. De resultaten worden vervolgens berekend en gedocumenteerd.
  Geautomatiseerde titraties zijn eenvoudig uit te voeren en vereisen geen specialistische chemische kennis. Titratiemethoden worden eenmaal geprogrammeerd en kunnen door elke gebruiker opnieuw worden gebruikt met een druk op de knop. De resultaten worden vervolgens automatisch gegenereerd.
  
• Goede prijs/prestatieverhouding in vergelijking met meer geavanceerde technieken.

Titratie is een kwantitatieve analysetechniek die wordt gebruikt om de onbekende concentratie van een interessante analyt (de te analyseren stof) te bepalen. Zij wordt uitgevoerd door geleidelijk een exact bekende hoeveelheid van een stof (de titrant), die in een bepaalde verhouding reageert met de analyt, toe te voegen aan het monster dat men wil analyseren. De meting van het gedoseerde titrantvolume maakt het mogelijk het analytgehalte te berekenen op basis van de stoichiometrie van de chemische reactie.

De titrant wordt toegevoegd totdat de chemische reactie is voltooid en het einde van de titratiereactie gemakkelijk kan worden gedetecteerd door middel van geschikte technieken, bijvoorbeeld potentiometrie of kleurverandering van een geschikte indicator. De reactie bij een titratie moet dus snel, volledig, ondubbelzinnig en waarneembaar zijn.

Voor meer informatie en vergelijking bekijk:

Titratiecurven illustreren het kwalitatieve verloop van een titratie. Zo beoordeelt u snel de titratiemethode. Er wordt onderscheid gemaakt tussen logaritmische en lineaire titratiecurven.

De titratiecurve heeft in principe twee variabelen:

• Het volume van de titrant als onafhankelijke variabele. Het signaal van de oplossing, bijvoorbeeld de pH voor zuur/base titraties als de afhankelijke variabele, die afhangt van de samenstelling van de twee oplossingen.
• De titratiecurven kunnen 4 verschillende vormen aannemen, en moeten worden geanalyseerd met de juiste evaluatiealgoritmen. Deze vier vormen zijn: de symmetrische curve, de asymmetrische curve, de minimum/maximum-curve en de gesegmenteerde curve.

Eindpunttitratiemodus (EP):

De eindpuntmodus vertegenwoordigt de klassieke titratieprocedure: de titrant wordt toegevoegd totdat het einde van de reactie wordt waargenomen, bijvoorbeeld door een kleurverandering van een indicator. Met een automatische titrator wordt het monster getitreerd totdat een vooraf gedefinieerde waarde is bereikt, bijvoorbeeld pH = 8,2.

Equivalentiepunttitratiemodus (EQP):

Het equivalentiepunt is het punt waarop de analyt en het reagens in exact dezelfde hoeveelheden aanwezig zijn. In de meeste gevallen is het vrijwel identiek aan het buigpunt van de titratiecurve, zoals titratiecurves verkregen uit zuur/base titraties. Het buigpunt van de curve wordt bepaald door de overeenkomstige pH- of potentiaalwaarde (mV) en het titrantverbruik (mL). Het equivalentiepunt wordt berekend uit het verbruik van titrant met een bekende concentratie. Het product van de titrantconcentratie en het titrantverbruik geeft de hoeveelheid stof aan die met het monster heeft gereageerd. In een autotitrator worden de gemeten punten geëvalueerd volgens specifieke wiskundige procedures die leiden tot een geëvalueerde titratiecurve. Uit deze curve wordt dan het equivalentiepunt berekend.

De stofconcentratie van een oplossing van een entiteit X (symbool c(X)) is de hoeveelheid stof n gedeeld door het volume V van de oplossing.

N is het aantal moleculen aanwezig in het volume V (in liter), de verhouding N/V is de concentratie C, en N_A is de constante van Avogadro, ongeveer 6,022×10²³ mol⁻¹.

De gebruikelijke eenheden die bij de analyse worden gebruikt zijn mol/L en mmol/L.

Voor nauwkeurige en betrouwbare titratieresultaten moet u weten hoe u factoren die de nauwkeurigheid negatief kunnen beïnvloeden kan minimaliseren en hoe u de juiste titratiemethode kiest.

Het beperken van deze factoren vereist inzicht in de soorten fouten die zich bij alle meetactiviteiten kunnen voordoen: systematische fouten, willekeurige fouten en workflowfouten.

Systematische fouten

Een systematische fout is een fout die constant of afwijkend is als gevolg van een consequente fout tijdens de analyse. Typische systematische fouten bij titratie zijn onder meer:

• Verkeerde analysemethode of titratieformule
• Bemonsteringsfouten of verkeerde monsterafmetingen als gevolg van een consistente, niet herkende weegfout
• Valse of ontbrekende blancowaarden, onjuiste sensorafstelling
• Te hoge snelheid voor de reactie of elektrode-respons

Zodra de bron van een systematische fout in een titratieproces is geïdentificeerd, is deze meestal gemakkelijk te corrigeren.

Willekeurige fouten

Een willekeurige fout is een component van de totale fout die op onvoorspelbare wijze varieert en meestal moeilijker te identificeren is. Typische bronnen van willekeurige fouten bij titratie zijn onder meer:

• Slechte monsterverwerking
• Inadequate apparatuur (lage resolutie van de balans, verkeerd glaswerk, etc.)
• Onjuiste methodeparameters (te grote stappen, onvoldoende wachttijd)
• Bubbels in buretbuisjes of ineffectief spoelen tussen monsters
• Gebrek aan opleiding van de operator of inconsistente omgevingsomstandigheden

Als de bron van een willekeurige fout niet kan worden geïdentificeerd, moet het aantal herhalingen worden verhoogd om een betrouwbaarder gemiddelde te verkrijgen. Dit leidt doorgaans tot verspilling van monsters, reagentia en tijd.

Workflowfouten

Dit soort fouten zijn vaak tijdrovend en soms erg duur om op te sporen, vooral wanneer er sprake is van tijds- of kostendruk. Typische workflowfouten zijn onder meer:

• Notatie-/transcriptiefouten (bijvoorbeeld het kopiëren van gegevens of het verkeerd labelen van monsters);
• Rekenfouten;
• Het verwisselen van monsters en/of reagentia;
• Verkeerde monsterafmetingen;
• En fouten bij de configuratie van het systeem, de bediening van het instrument of de reiniging (bijvoorbeeld het niet verwijderen van luchtbellen uit de leidingen)

Een combinatie van gebruikersopleiding, naleving van SOP's en geavanceerde maatregelen voor de traceerbaarheid en integriteit van gegevens zal het aantal workflowfouten drastisch verminderen.

Monsterbehandeling

Fouten bij de monsterverwerking zijn misschien wel de grootste bron van fouten in een titratieworkflow. Voorbeelden hiervan zijn de homogeniteit van het monster, opslagproblemen, een onjuiste monstergrootte en weegfouten.

Qua omvang moet het monster groot genoeg zijn om representatief te zijn zodat er tijdens de titratie niet herhaaldelijk buretvullingen nodig zijn. De ideale titratie zou een titrantverbruik van 30 tot 80% van een enkel buretvolume moeten opleveren. Als door inhomogeniteit het monster groter moet zijn, moet een meer geconcentreerde titrant worden gebruikt.

Het monster moet ook groot genoeg zijn om meetfouten door het monster tot een minimum te beperken. Dit vereist doorgaans een geschikte balans en de garantie dat het monster groter is dan het minimum nettogewicht van de balans. Het minimumgewicht is meestal een factor van uw gewenste of gegeven procestolerantie voor het wegen. USP41 specificeert bijvoorbeeld een maximaal toegestane fout van 0,1% in de weegresultaten. Voor een nauwkeurige weging moeten uw individuele procestoleranties 2 tot 4 keer kleiner zijn om een adequate veiligheidsmarge te garanderen. Voor niet-USP gereglementeerde industrieën is 1% een typische procestolerantie.

Bijvoorbeeld, bij het standaardiseren van een KF-titrant met dinatriumtartraatdehydraat is doorgaans een monster van 50 mg nodig vanwege problemen met de oplosbaarheid in methanol. Voor een weegonzekerheid van minder dan 0,1% is een balans nodig met een afleesbaarheid van ten minste 0,01 mg. Als echter zuiver water wordt gebruikt om een KF-reagens te standaardiseren en te zorgen voor voldoende titrantverbruik, moet 7,5 tot 20 mg water worden gebruikt. In dat geval voldoet een balans met een afleesbaarheid van 0,01 mg mogelijk niet aan de USP richtlijnen voor nauwkeurig wegen voor monstergewichten van meer dan 14 mg.

In het geval van vloeibare monsters moet ook de juiste kwaliteit glaswerk of volumetrische apparatuur worden gebruikt, en er moet voor worden gezorgd dat er geen hanteringsfouten optreden. Om vermijdbare foutbronnen tijdens titratiemethoden te helpen minimaliseren, kunt u onze gratis poster downloaden om te leren hoe u titratiefouten kunt identificeren en vermijden.

De volgende begrippen en definities vergemakkelijken het voor u om alles te weten te komen over titratie:

Analyt: Specifieke chemische stof in een monster waarvan het gehalte of de hoeveelheid wordt bepaald door titratie.

Einde van de titratie: Het gewenste eindpunt of equivalentiepunt waarop de titratie wordt beëindigd en het verbruik van de titrant wordt geëvalueerd. Tijdens dezelfde titratie kan meer dan één equivalentiepunt optreden.

Eindpunt: Het punt waarop het einde van de titratiereactie wordt waargenomen (doorgaans door kleurverandering of een andere titratie-indicator). Het definiëren van een titratie samen met het eindpunt ervan vertegenwoordigt de klassieke techniek.

Equivalentiepunt: Het punt waarop het aantal entiteiten (equivalenten) van de toegevoegde titrant gelijk is aan het aantal entiteiten van de analyt van het monster.

Aanwijzing: De procedure om de reactie te volgen en het einde van de titratie te detecteren. In het algemeen wordt indicatie gedaan met behulp van potentiometrie (elektroden) of kleurindicatoren.

Parallax: Het verschil in de schijnbare positie van een voorwerp op basis van de gezichtslijn van de waarnemer. Bij titratie moet met dit fenomeen rekening worden gehouden bij het visueel waarnemen van vloeibare menisci in een buret.

Primaire standaard: Een gecertificeerde, zeer zuivere stof die wordt gebruikt voor de nauwkeurige bepaling van de titrantconcentratie.

Signaalacquisitie: Signaalacquisitie is het volgen van fysische verschijnselen om digitale of numerieke waarden te verkrijgen op bepaalde punten (zoals een eindpunt van een titratie-experiment of een equivalentiepunt).

Standaardisatie: Het gebruik van een zeer zuivere chemische referentiestof (standaard) om de titrantconcentratie te bepalen.

Stoichiometrie: De mol/massaverhoudingen tussen reagentia en producten bij titratie. Titratiereagentia reageren volgens vaste verhoudingen, dus als de hoeveelheid afzonderlijke reactanten bekend is, kan de hoeveelheid product worden berekend. Als de hoeveelheid van één reactant bekend is en de hoeveelheid producten kan worden bepaald, kan ook de hoeveelheid andere reactanten worden berekend.

Titrant: Een oplossing van een bepaalde chemische reagens die qua concentratie is gestandaardiseerd, zodat deze kan worden gebruikt voor een nauwkeurige titratie.

Titratie: Een kwantitatieve chemische analyse waarbij een bepaalde hoeveelheid titrant kwantitatief reageert met de te analyseren monsterverbinding. Uit het verbruikte volume titrant wordt de hoeveelheid monsterverbinding berekend op basis van de stoichiometrie van de assayreactie. Dit wordt ook wel volumetrie of titrimetrie genoemd.

Titratiecurve: Titratiecurven illustreren het kwalitatieve verloop van een titratie. De curve gebruikt meestal het volume van de titrant als onafhankelijke variabele en de oplossing als afhankelijke variabele. Een curve maakt een snelle beoordeling van de titratiemethode mogelijk. Er zijn vier vormen: symmetrisch, asymmetrisch, minimum/maximum en gesegmenteerd.

Titratiecyclus: De cyclus die wordt uitgevoerd en herhaald totdat het eindpunt of het equivalentiepunt van de titratiereactie is bereikt. De titratiecyclus bestaat hoofdzakelijk uit vier stappen: toevoeging van titrant, titratiereactie, signaalverwerving en evaluatie.

Titratievergelijking: Een reeks titratieformules waarmee de massamolariteit van vaste monsters, de concentratie van zure en basische oplossingen, de concentratie van verdunde oplossingen en het titrantverbruik na een directe titratie kunnen worden berekend. Voor een eenvoudige berekening van titratieresultaten, bezoek onze titratiecalculator.

Titratietheorie: Titratietheorie onderzoekt de bepaling van een product in relatie tot zijn concentratie door het observeren van een titratiereactie met behulp van fysische of elektrochemische methoden. Kennis van de exacte concentratie van een soort, product of chemische functie helpt om de procesefficiëntie en/of productkwaliteit te waarborgen.