Hva er titrering?

Titrering er en analytisk teknikk som tillater kvantitativ bestemmelse av et spesifikt stoff oppløst i en prøve ved tilsetning av et reagens med en kjent konsentrasjon. Den er basert på en fullstendig kjemisk reaksjon mellom stoffet (analytten) og et reagens (titrant).

Titrant tilsettes inntil reaksjonen er fullført. For å være egnet for bestemmelse, må slutten av titreringsreaksjonen være lett observerbar når den overvåkes (indikert) med passende teknikker, f.eks. potensiometri (potensialmåling med en sensor) eller gjennom en fargeendring.

Målingen av det dispenserte titrantvolumet tillater beregning av analyttinnholdet basert på støkiometrien til den kjemiske reaksjonen. For nøyaktighet bør en titreringsreaksjon være rask, fullstendig, entydig og observerbar.

Mens klassisk titrering ble utført ved å manuelt tilsette titrant ved hjelp av en kran med en gradert glassylinder kjent som en byrett, muliggjør moderne automatisert titrering nøyaktig, repeterbar titranttilsetning og et mer robust plott av potensielt vs. titrantvolum. Manuell titrering er imidlertid fortsatt en bærebjelke i mange laboratorier rundt om i verden (se manuell vs. automatisert titrering nedenfor). Den grunnleggende teorien bak manuell og automatisert titrering er den samme.

Mer informasjon om hva titrering er, kan du finne i Grunnleggende om titrering .

• Hvorfor er titrering viktig og hvordan brukes den i industrien?
• Hva er typene titrering?
• Hva er fordelene med titrering?
• Hva er forskjellene mellom manuell og automatisert titrering?
• Hva er en titreringskurve?
• Hva er forskjellen mellom endepunkt og ekvivalenspunkttitrering?
• Hvordan beregne molaritet / molaritetsligning / molar konsentrasjon
• Hvordan oppnå nøyaktige titreringsresultater?
• Grunnleggende terminologi i titrering

Titrering er en rask, nøyaktig og etablert analytisk teknikk som er mye brukt i forskning, produktutvikling og kvalitetskontroll. Sammenlignet med visse andre analytiske metoder er den kostnadseffektiv, svært nøyaktig og aksepterer en høy grad av automatisering. Disse faktorene kan gjøre det enkelt å forbedre arbeidsflytproduktiviteten, ettersom titrering kan utføres av operatører uten spesifikk kjemikunnskap. Bransjer som bruker titreringskjemi inkluderer landbruk, bioteknologi, kjemikalier, kosmetikk, elektronikk, mat og drikke, maling og pigmenter, papir og masse, petrokjemikalier og farmasøytiske produkter.

• Titrering er en veletablert analyseteknikk: Titrering er en av de eldste og mest brukte kvantitative analysemetodene. Manuelle, semi-automatiserte og helautomatiske titreringer har blitt omfattende utviklet og brukes i et bredt spekter av bransjer.
  
• Det er en rask prosedyre: Ved manuelle titreringer er en byret, en titrant og en passende endepunktsindikator de eneste nødvendige elementene. Titranten tilsettes prøven i buretten til reaksjonen er fullstendig og lett observerbar. Målingen av det dispenserte titrantvolumet tillater beregning av analyttinnholdet basert på støkiometrien til den kjemiske reaksjonen.
  Automatiske titreringer er enda raskere og står for en betydelig tidsbesparelse. Automatisering tillater høy gjennomstrømning med minimal operatørinnsats, og støtter brukeren når det gjelder kvalitet og datasikkerhet ved å forbedre reproduserbarheten og unngå transkripsjonsfeil. Automatisering øker produktiviteten og øker effektiviteten.
  
  
• Veldig nøyaktig og presis teknikk: Til å begynne med ble bare de titreringene som viste en signifikant fargeendring ved nådd endepunktet utført. Senere titreringer ble farget kunstig med et indikatorfargestoff. Den oppnådde presisjonen var hovedsakelig avhengig av kjemikerens ferdigheter og spesielt av hans evne til å oppfatte forskjellige farger. I dag har titrering opplevd en sterk utvikling: manuelle og senere motordrevne stempelbyretter tillater nøyaktig og repeterbar titranttilsetning. Elektrokjemiske sensorer erstatter fargeindikatorene, og oppnår dermed høyere presisjon og nøyaktighet av resultatene. Det grafiske plottet av potensial versus titrantvolum og matematisk evaluering av den resulterende titreringskurven gir en mer nøyaktig uttalelse om reaksjonen enn fargeendringen ved endepunktet. Med mikroprosessorer kan titreringen kontrolleres og evalueres automatisk, noe som representerer et viktig skritt mot automatisering.
  
• Høyest mulig grad av automatisering: En titrator er et instrument som tillater automatisering av alle operasjoner involvert i titrering: titranttilsetning, overvåking av reaksjonen (signalinnsamling), gjenkjennelse av endepunktet, datalagring, beregning og lagring av resultater. Alt operatøren trenger å gjøre er å plassere prøvene på stativet til titratoren og starte metoden.
  -Lær mer om muligheter og fordeler med automatisering med vår titreringsautomatiseringsveiledning
  
  
• Automatiserte titreringer kan brukes av lavkvalifiserte og trente operatører: Ved manuelle titreringer følger en laboratorietekniker en detaljert, standardisert prosedyre (eller metode) og bruker sine ferdigheter og kunnskaper til oppgaven. Resultatene blir deretter beregnet og dokumentert.
  Automatiserte titreringer er enkle å utføre og det er ikke behov for høyspesialisert kjemisk kunnskap. Titreringsmetoder programmeres én gang og kan gjenbrukes av enhver bruker ved å trykke på en knapp. Resultatene genereres deretter automatisk.
  
  
• Godt pris/ytelsesforhold sammenlignet med mer sofistikerte teknikker.

Titrering er en kvantitativ analyseteknikk som brukes til å bestemme den ukjente konsentrasjonen av en analytt av interesse (stoffet som skal analyseres). Det utføres ved å gradvis tilsette en nøyaktig kjent mengde av et stoff (tritranten), som reagerer med analytten vår i en bestemt proporsjon, til prøven vi ønsker å analysere. Målingen av det dispenserte titrantvolumet tillater beregning av analyttinnholdet basert på støkiometrien til den kjemiske reaksjonen.

Titranten tilsettes til den kjemiske reaksjonen er fullført og slutten av titreringsreaksjonen lett kan oppdages ved hjelp av passende teknikker (f.eks. potensiometri eller fargeendring av en passende indikator). Reaksjonen involvert i en titrering må derfor være rask, fullstendig, entydig og observerbar.

For mer informasjon og sammenligning, se her:

Titreringskurver illustrerer den kvalitative fremgangen til en titrering. De tillater en rask vurdering av titreringsmetoden. Det skilles mellom logaritmiske og lineære titreringskurver.

Titreringskurven har i hovedsak to variabler:

• Volumet av titranten som den uavhengige variabelen. Løsningens signal, f.eks. pH for syre/base titreringer som avhengig variabel, som avhenger av sammensetningen av de to løsningene.
• Titreringskurvene kan ha 4 forskjellige former, og bør analyseres med passende evalueringsalgoritmer. Disse fire formene er: den symmetriske kurven, den asymmetriske kurven, den minimale/maksimale kurven og den segmenterte kurven.

Sluttpunkttitreringsmodus (EP):

Endepunktmodusen representerer den klassiske titreringsprosedyren: titreringsmidlet tilsettes til slutten av reaksjonen observeres, f.eks. ved en fargeendring av en indikator. Med en automatisk titrator titreres prøven til en forhåndsdefinert verdi er nådd, f.eks. pH = 8,2.

Ekvivalenspunkttitreringsmodus (EQP):

Ekvivalenspunktet er punktet der analytten og reagenset er tilstede i nøyaktig samme mengder. I de fleste tilfeller er det praktisk talt identisk med bøyningspunktet til titreringskurven, f.eks. titreringskurver hentet fra syre/base titreringer. Kurvens bøyningspunkt er definert av den tilsvarende pH- eller potensialverdien (mV) og titrantforbruket (mL). Ekvivalenspunktet beregnes fra forbruket av titrant med kjent konsentrasjon. Produktet av konsentrasjon av titrant og titrantforbruk gir mengden stoff som har reagert med prøven. I en autotitrator blir de målte punktene evaluert i henhold til spesifikke matematiske prosedyrer som fører til en evaluert titreringskurve. Ekvivalenspunktet beregnes deretter fra denne evaluerte kurven.

Mengden av stoffkonsentrasjonen av en løsning av en enhet X (symbol c(X)) er mengden av stoffet n delt på volumet V av løsningen.

N er antall molekyler som er tilstede i volumet V (i liter), forholdet N/V er tallkonsentrasjonen C, og N _A er Avogadro-konstanten, omtrent 6,022×10 ²³ mol ⁻¹ .

De vanlige enhetene som brukes i analyse er mol/L og mmol/L.

Å oppnå presise og nøyaktige titreringsresultater krever forståelse for hvordan man kan minimere faktorer som kan påvirke nøyaktigheten negativt, samt velge riktig titreringsmetode.

Å redusere faktorer som negativt påvirker nøyaktigheten av resultatene krever en forståelse av hvilke typer feil som kan være tilstede i alle måleaktiviteter: systematiske feil, tilfeldige feil og arbeidsflytfeil.

Systematiske feil

En systematisk feil er en feil som er konstant eller driftende på grunn av en konsistent feil gjort under analyse. Typiske systematiske feil i titrering inkluderer:

• Feil analysemetode eller titreringsformel
• Prøvetakingsfeil eller feil prøvestørrelse på grunn av en konsistent, ukjent veiefeil
• Falske eller manglende blanke verdier, feil sensorjustering
• For høy hastighet for reaksjonen eller elektroderesponsen

Når kilden til en systematisk feil er identifisert i en titreringsprosess, er den vanligvis lett å korrigere.

Tilfeldige feil

En tilfeldig feil er en komponent av den generelle feilen som varierer på en uforutsigbar måte og som vanligvis er vanskeligere å identifisere. Typiske kilder til tilfeldige feil i titrering inkluderer:

• Dårlig prøvehåndtering
• Utilstrekkelig utstyr (lav balanseoppløsning, feil glasskvalitet osv.)
• Feil metodeparametere (økninger for store, utilstrekkelig ventetid)
• Bobler i byrettrør eller ineffektiv skylling mellom prøvene
• Mangel på operatøropplæring eller inkonsekvente miljøforhold

Hvis kilden til en tilfeldig feil ikke kan identifiseres, må antallet replikater økes for å oppnå en mer pålitelig middelverdi. Dette fører vanligvis til bortkastet prøve, reagenser og tid.

Arbeidsflytfeil

Denne typen feil er ofte tidkrevende og tidvis svært kostbare å spore, spesielt når tids- eller kostnadspress er tilstede. Typiske arbeidsflytfeil inkluderer:

• Notasjons-/transkripsjonsfeil (f.eks. kopiering av data, feilmerking av prøver)
• Beregningsfeil
• Blanding av prøver og/eller reagenser
• Feil prøvestørrelser
• Feil i systemoppsett, instrumentdrift eller rengjøring (ikke fjerning av bobler fra linjene, for eksempel)

En kombinasjon av brukeropplæring, SOP-overholdelse og avanserte tiltak for datasporbarhet og integritet vil drastisk redusere arbeidsflytfeil.

Prøvehåndtering

Prøvehåndteringsfeil er kanskje den største feilkilden i en titreringsarbeidsflyt. Prøvens homogenitet, lagringsproblemer, feil prøvestørrelse og veiefeil er eksempler.

Størrelsesmessig bør prøven være stor nok til å være representativ, dog ikke så stor at gjentatte byrettfyllinger blir nødvendig under titreringen. Den ideelle titreringen bør gi et titrantforbruk på mellom 30 og 80 % av et enkelt byrettvolum. Hvis inhomogenitet krever at prøven er større, bør en mer konsentrert titrant brukes.

Utvalget bør også være stort nok slik at prøvemålingsfeil minimeres. Dette krever typisk en passende balanse og sikring av at prøvestørrelsen overstiger balansens minimumskrav til netto prøvevekt. Minimumsvekten er vanligvis en faktor av ønsket eller gitt prosesstoleranse for veiing. For eksempel spesifiserer USP41 en maksimal tillatt feil på 0,1 % i veieresultater. For å sikre nøyaktig veiing, bør dine individuelle prosesstoleranser være 2 til 4 ganger mindre for å sikre en tilstrekkelig sikkerhetsmargin. For ikke-USP-regulerte bransjer er 1 % en typisk prosesstoleranse.

For eksempel, når man standardiserer en KF-titrant med dinatriumtartratdehydrat, er det vanligvis nødvendig med en prøve på 50 mg på grunn av problemer med metanolløselighet. For å sikre en veieusikkerhet på mindre enn 0,1 %, er det nødvendig med en vekt med en lesbarhet på minst 0,01 mg. Imidlertid, hvis rent vann brukes for å standardisere en KF-reagens og sikre tilstrekkelig titrantforbruk, må 7,5 til 20 mg vann brukes. I dette tilfellet kan det hende at en vekt med 0,01 mg lesbarhet ikke oppfyller USP-retningslinjene for nøyaktig veiing for prøvevekter over 14 mg. Når det gjelder væskeprøver, må det også brukes passende glassvarer eller volumetrisk utstyr, og det må utvises forsiktighet for å unngå håndteringsfeil. For å bidra til å minimere unngåelige feilkilder under titreringsmetoder, last ned vår gratis plakat for å lære hvordan du identifiserer og unngår titreringsfeil.

Følgende titreringsdefinisjoner kan gjøre det lettere for deg å lære alt du trenger å vite om titrering.

Analytt: Spesifikke kjemiske arter i en prøve hvor innholdet eller mengden bestemmes ved titrering.

Slutt på titrering: Ønsket endepunkt eller ekvivalenspunkt der titreringen avsluttes og titrantforbruket evalueres. Mer enn ett ekvivalenspunkt kan forekomme under samme titrering.

Endepunkt: Punktet der slutten av titreringsreaksjonen observeres (vanligvis ved fargeendring eller en annen titreringsindikator). Å definere titrering sammen med endepunktet representerer den klassiske teknikken.

Ekvivalenspunkt: Punktet hvor antallet enheter (ekvivalenter) av den tilsatte titranten er det samme som antallet enheter av prøveanalytten.

Indikasjon: Prosedyren for å følge reaksjonen og oppdage slutten av titreringen. Vanligvis gjøres indikasjon ved hjelp av potensiometri (elektroder) eller fargeindikatorer.

Parallax: Forskjellen i den tilsynelatende posisjonen til et objekt basert på observatørens siktlinje. Ved titrering må dette fenomenet vurderes når man visuelt observerer flytende menisker i en byrett.

Primærstandard: Et sertifisert, høyrent stoff som brukes for nøyaktig bestemmelse av titrantkonsentrasjon.

Signalinnsamling: Signalinnhenting er overvåking av fysiske fenomener for å oppnå digitale eller numeriske verdier på bestemte punkter (for eksempel et titreringseksperiment-endepunkt eller ekvivalenspunkt).

Standardisering: Bruk av et svært rent kjemisk referansestoff (standard) for å bestemme titrantkonsentrasjon.

Støkiometri: Mol/masse-forholdet mellom reagenser og produkter i titrering. Titreringsreagenser reagerer i henhold til faste forhold, så hvis mengden av separate reaktanter er kjent, kan mengden av produktet beregnes. Hvis mengden av en reaktant er kjent og mengden av produkter kan bestemmes, kan mengden av andre reaktanter også beregnes.

Titrant: En løsning av et bestemt kjemisk reagens som er standardisert når det gjelder konsentrasjon slik at den kan brukes til nøyaktig titrering.

Titrering: En kvantitativ kjemisk analyse der en definert mengde titrant reagerer kvantitativt med prøveforbindelsen som analyseres. Fra volumet av titrant som forbrukes, beregnes mengden prøveforbindelse basert på støkiometrien til analysereaksjonen. Også kjent som volumetri eller titrimetri.

Titreringskurve: Titreringskurver illustrerer den kvalitative fremdriften av en titrering. Kurven bruker vanligvis volumet av titranten som den uavhengige variabelen og løsningen som den avhengige variabelen. En kurve gir rask vurdering av titreringsmetoden. Kurver har fire former: symmetrisk, asymmetrisk, minimum/maksimum og segmentert.

Titreringssyklus: Syklusen som utføres og gjentas til endepunktet eller ekvivalenspunktet for titreringsreaksjonen er nådd. Titreringssyklusen består primært av fire trinn: titranttilsetning, titreringsreaksjon, signalinnsamling og evaluering.

Titreringsligning: En serie titreringsformler som tillater beregning av massemolariteten til faste prøver, konsentrasjonen av syre- og baseløsninger, konsentrasjonen av fortynnede løsninger og titreringsforbruket etter en direkte titrering. For enkel beregning av titreringsresultater, besøk vår titreringskalkulator .

Titreringsteori: Titreringsteori utforsker bestemmelsen av et produkt relatert til dets konsentrasjon ved å observere en titreringsreaksjon ved bruk av enten fysiske eller elektrokjemiske metoder. Å kjenne den nøyaktige konsentrasjonen til en art, et produkt eller en kjemisk funksjon bidrar til å sikre prosesseffektivitet og/eller produktkvalitet.