Titrering – definisjon, kurve og molaritetsberegning
Know How

Titrering – Vanlige spørsmål og definisjon – Molaritetsberegning, kurve, beregning og annet

Know How

Et kunnskapssenter for titreringsrelaterte emner

Se vår video: Hva er titrering?

Titrering er en analytisk teknikk som muliggjør kvantitativ bestemmelse av et spesifikt stoff (analytt) oppløst i en prøve. Teknikken er basert på en komplett kjemisk reaksjon mellom analytten og en reagens (titrant) av kjent konsentrasjon som tilføres prøven.

Analytt + reagens (titrant) → Reaksjonsprodukter

Finn svar på dine spørsmål om titrering her!

  • Hva er titrering? Definisjonen på titrering?
  • Hva er/hvordan er en titreringskurve?
  • Hva er syre-/basetitrering?
  • Hvordan beregner man molaritet/molaritetsberegning/molaritetskonsentrasjon?
  • Hva er forskjellen mellom sluttpunkt- og ekvivalenspunkt-titrering?
  • Hva menes med tilbaketitrering?
  • Hva er fordelene med titrering?
  • Hvilke typer kjemiske reaksjoner brukes i titrering?
  • Hvilke indikasjonsmetoder brukes i titrering?
  • I hvilke industrier eller segmenter brukes titrering?
  • Hvordan kan man fremskynde tilsetningen av titrant (inkrementell eller dynamisk)?
  • Hvorfor er resultatet ved ekvivalenspunkt-titrering med en automatisk titrator et annet enn ved manuell titrering med fargeindikator?
  • Hvilken elektrode skal jeg bruke til ikke-vannholdige titreringer?
  • Hvor ofte må jeg standardisere titranten?
  • Hva er en autotitrator?
  • Hvordan fungerer en autotitrator?
  • Hvilken historisk utvikling har det vært innen autotitratorer?

Hva er titrering? Definisjonen på titrering?

Titrering er en analytisk teknikk som muliggjør kvantitativ bestemmelse av et spesifikt stoff (analytt) oppløst i en prøve. Teknikken er basert på en komplett kjemisk reaksjon mellom analytten og en reagens (titrant) av kjent konsentrasjon som tilføres prøven.

Analytt + reagens (titrant) = Reaksjonsprodukter

Et velkjent eksempel er titrering av eddiksyre (CH3COOH) i eddik med natriumhydroksid, NaOH:

CH3COOH + NaOH → CH3COO- + Na+ + H2O

Titranten tilsettes til reaksjonen er fullført. Avslutningen av titreringen må være lett observerbar for å være egnet for fastsettelse. Det betyr at reaksjonen må overvåkes (indikeres) med en egnet teknikk, f.eks. potensiometri (potensialmåling med en sensor) eller med fargeindikatorer. Målingen av dispensert titrantvolum gjør det mulig å beregne analyttinnholdet basert på den kjemiske reaksjonens støkiometri. Reaksjonen i en titrering må være rask, fullstendig, entydig og observerbar.

Hva er/hvordan er en titreringskurve?

Titreringskurver illustrerer den kvalitative fremdriften i en titrering. De gir mulighet for rask evaluering av titreringsmetoden. Det skilles mellom logaritmiske og lineære titreringskurver.

Titreringskurven har i utgangspunktet to variabler:

Titrantvolumet som den uavhengige variabelen. Oppløsningens signal, f.eks. pH for syre/base-titreringer som avhengig variabel, som avhenger av de to oppløsningenes sammensetning.

Titreringskurver kan ha 4 ulike former, og skal analyseres med egnede evalueringsalgoritmer. Disse fire formene er: symmetrisk kurve, asymmetrisk kurve, minimums-/maksimumskurve og segmentert kurve

Titreringskurve
Titreringskurve

Hva er syre-/basetitrering?

Syre-base-titrering er en kvantitativ analyse som brukes til å fastslå konsentrasjonen av en ukjent syre- eller baseoppløsning ved å tilsette målte volumer av en kjent base- eller syretitrant som nøytraliserer analytten.

Ved titrering av en syre-HA med en sterk base (f.eks. NaOH) forekommer følgende to kjemiske likevekter:

Syre-base-reaksjon
Syre-base-reaksjon

Syre-base-reaksjoner er svært raske, og kjemisk likevekt oppnås ekstremt raskt. Syre-base-reaksjoner i vannholdige oppløsninger er derfor ideelle for titrering. Hvis oppløsningene som brukes ikke er for uttynnet, avhenger titreringskurvens form kun av aciditetskonstanten Ka.

Hvordan beregner man molaritet/molaritetsberegning/molaritetskonsentrasjon

Stoffmengdekonsentrasjonen i en oppløsning av en enhet X (symbol c(X)) er mengden av substansen n delt på oppløsningens volum V.

N er antall molekyler i volumet V (i liter), forholdet N/V er tallkonsentrasjonen C, og NA er Avogadro-konstanten, ca. 6,022×1023 mol−1.

Beregne molaritet
Beregne molaritet

Enhetene som vanligvis brukes i analyser er mol/L og mmol/L.

Hva er forskjellen mellom sluttpunkt- og ekvivalenspunkt-titrering?

Sluttpunkttitreringsmodus (EP - endpoint titration):

Sluttpunktsmodus representerer den klassiske titreringsprosedyren: Titranten tilsettes til slutten på reaksjonen observeres, f.eks. ved at en indikator endrer farge. Med en automatisk titrator blir prøven titrert til en forhåndsdefinert verdi nås, f.eks. pH = 8,2.

 

 

Sluttpunkttitrering
Sluttpunkttitrering

Ekvivalenspunkt-titreringsmodus (EQP):

Ekvivalenspunktet er punktet der analytten og reagensen finnes i nøyaktig like mengder. I de fleste tilfeller er punktet identisk med titreringskurven infleksjonspunkt, f.eks. titreringskurver innhentet fra syre/base-titreringer. Kurvens infleksjonspunkt defineres av den korresponderende pH- eller potensialverdien (mV) og titrantforbruket (mL). Ekvivalenspunktet beregnes ut fra forbruket av titrant med kjent konsentrasjon. Produktet av konsentrasjonen av titrant og titrantforbruket gir mengden stoff som har reagert med prøven. I en autotitrator evalueres de målte punktene ifølge spesifikke matematiske prosedyrer som fører til en evaluert titreringskurve. Ekvivalenspunktet beregnes deretter fra denne evaluerte kurven.

Ekvivalenspunkt-titrering
Ekvivalenspunkt-titrering

Hva menes med tilbaketitrering?

I en tilbaketitrering bruker vi to reagenser – én som reagerer med originalprøven (A) og en annen som reagerer med de første reagensene (B).

Først tilsettes et presist målt overskudd av reagens A til prøven. Når reaksjonen stopper, tilbaketitreres det gjenværende overskuddet av reagens A med en andre reagens B. Forskjellen mellom tilsatt mengde av første og andre reagens gir analyttens ekvivalensmengde. Tilbaketitrering brukes hovedsakelig i tilfeller der titreringsreaksjonen ved direkte titrering er for langsom, eller der direkte indikasjon av ekvivalenspunkt er utilfredsstillende. For eksempel ved fastsettelse av kalsiuminnhold med reagensene EDTA (A) og ZnSO4 (B)

Tilbaketitrering
Tilbaketitrering

Hva er fordelene med titrering?

  • En klassisk, velkjent analytisk teknikk
  • Rask
  • Svært nøyaktig og presis teknikk
  • Mulighet for høy grad av automasjon
  • Godt forhold mellom pris og ytelse sammenlignet med mer sofistikerte teknikker
  • Kan brukes av både erfarne og uerfarne operatører
  • Ikke behov for svært spesialiserte kjemikunnskaper

Hvilke typer kjemiske reaksjoner brukes i titrering?

Det finnes flere analysereaksjoner som brukes ved titrering:

Syre/base-reaksjoner:

Eksempler: Syreinnhold i vin, melk. Syreinnhold i ketsjup. Innhold av uorganiske syrer som svovelsyre.

Utfellingsreaksjoner:

Eksempler: Saltinnhold i chips, ketsjup og matvarer. Sølvinnhold i mynter, sulfatinnhold i mineralvann. Sulfatinnhold i galvaniseringsbad

Redoksreaksjoner:

Eksempler: Innhold av kobber, krom og nikkel i galvaniseringsbad

Kompleksometriske reaksjoner:

Eksempler: Total hardhet for vann (Mg og Ca). Kalsiuminnhold i melk og ost. Bindemiddelanalyse

Kolloidalutfelling-reaksjon:

Eksempler: Anionisk surfaktantinnhold i vaskemidler. Anionisk surfaktantinnhold i vaskepulver. Anionisk surfaktantinnhold i flytende rengjøringsmiddel.

Finn din prosedyre!

Hvilke indikasjonsmetoder brukes i titrering?

Titreringer kan klassifiseres i henhold til indikasjonsprinsippene og den kjemiske reaksjonen som forekommer:

Potensiometer:

Direktemåling av galvanisk potensial utviklet av en elektrodeenhet kalles potensiometri, mens resultatet av en titrering med denne metoden omtales som potensiometrisk titrering.

 

direktemåling av galvanisk potensial
direktemåling av galvanisk potensial

 

Potensialet U som utvikles skal om mulig måles ved nullstrøm med en høyimpedans-signalforsterker av følgende årsaker:

  • Grunnlaget for potensiometri er Nernst-ligningen, avledet for sensorer i kjemisk og elektrisk likevekt. En for sterk strøm over de aktuelle fasegrenseoverflatene vil forstyrre denne likevekten.
  • En annen årsak til å bruke høyimpedans-måleinput er den spesielle konstruksjonen til pH- og ionselektive-elektroder. Målekretsen omfatter den ionselektive membranen, som gjerne kan ha en elektrisk motstand på 100–1000 MΩ. Hvis eksperimentfeil som følge av spenningsdelereffekten skal holdes under 0,1 %, må input-impedansen til måleinstrumentet være minst 1000 ganger høyere. Dette kan vises med følgende ligning:

 

 

For sensorer med svært høy motstand kreves derfor signalforsterkere med en inngangsimpedans på 1012 Ω.

 

Voltametri:

Denne indikasjonsteknikken involverer måling av potensialforskjellen mellom to metallelektroder som er polarisert med en lav strøm. Som i tilfellet med potensiometri er den voltametriske titreringskurven en potensial-volum-kurve.

Følgende måleutstyr er nødvendig:

 

 

Den stabiliserte strømforsyningskilden leverer strømmen. Motstanden R som er koblet til i kretsen må velges slik at en strøm Ipol kan genereres i området 0,1 – 20 μA. Potensialet U som utvikles mellom elektrodene måles akkurat som ved potensiometri. Ett av de viktigste bruksområdene for voltametrisk indikasjon er fastsettelse av vann med Karl Fischer-metoden.

 

Fotometri:

Basisen for fotometriindikasjon er reduksjonen i intensitet ved en bestemt bølgelengde for en lysstråle som passerer gjennom en oppløsning. Overføringen er den primære målte variabelen innen fotometri, og angis med

 

overføring
overføring

 

T: Overføring

I0: Innfallende lysintensitet

I: Overført lysintensitet

Hvis alt lys absorberes, er I = 0 og dermed T = 0. Hvis intet lys absorberes, er

I = I0 og T = 1 (eller %T = 100 %).

Innen fotometri utføres arbeidet ofte med absorpsjon som den målte variabelen. Forholdet mellom overføring og absorpsjon beskrives ved Bouguer-Beer-Lamberts lov:

A = − log T = A = ε · b · c

A: Absorpsjon

ε: Ekstinksjonskoeffisient

c: Det absorberende stoffets konsentrasjon

d: Lysets banelengde gjennom oppløsningen

Av forholdet over kan man se at det er et lineært forhold mellom absorpsjon A og konsentrasjon c.

Sammenlignet med potensiometriske sensorer har fotoelektriske sensorer en rekke fordeler ved titrering:

  • de er lettere å bruke (ingen etterfylling av elektrolyttløsning, ingen tilstopping av koblingen)
  • lengre levetid (de er praktisk talt umulige å ødelegge)
  • de kan brukes til å utføre alle klassiske titreringer til en fargeendring (ingen endring i tradisjonelle prosedyrer og standarder).

Fotometrisk indikasjon er mulig for mange analytiske reaksjoner:

  • Syre-base-titreringer (vannholdige og ikke-vannholdige)
  • Kompleksometri
  • Redokstitreringer
  • Utfellingstitreringer
  • Turbimetriske titreringer

Ved fototitrering skal det velges en bølgelengde som gir størst mulig forskjell i overføringen før og etter ekvivalenspunktet. I det synlige området er slike bølgelengder vanligvis i området 500 til 700 nm.

Eksempler på bruk: Kompleksometriske og turbidimetriske reaksjoner.

 

Konduktivitet:

Konduktivitet er en oppløsnings evne til å la en strøm passere gjennom. Måleenheten for konduktivitet er µS/cm (mikrosiemens/centimeter) eller mS/cm (millisiemens/centimeter). En høy verdi indikerer et høyt antall ioner. Mengden strøm som går gjennom oppløsningen er proporsjonal med mengden ioner. Hvis vi kjenner konduktiviteten til en oppløsning, kan vi få en antydning av det totale ioneinnholdet. Hvis ionene også er kjent, kan vi også si noe om konsentrasjonen.

Konduktivitet måles ved å sette på en spenning over to plater som er nedsenket i oppløsningen. Platene er av metall. Grafittstenger kan også brukes. Mens de oppløste ionene begynner å bevege seg mot platene, går det elektrisk strøm mellom platene.

elektrisk strøm
elektrisk strøm

Prinsippet bak konduktometrisk titrering.

Under titrering blir ett av ionene erstattet av et annet, og disse to ionene varierer alltid i ionisk konduktivitet med det resultat at oppløsningens konduktivitet varierer mens titreringen pågår. Hvis du tilsetter en oppløsning med én elektrode til en annen, vil derfor den endelige konduktansen avhenge av forekomsten av reaksjon. Hvis det ikke er noen kjemisk reaksjon i elektrolyttoppløsningen, blir det imidlertid en økning i konduktansnivået. Ekvivalenspunktet kan lokaliseres grafisk ved å plotte endringen i konduktans som en funksjon av det tilsatte titrantvolumet.

prinsippet bak konduktometrisk titrering.
prinsippet bak konduktometrisk titrering.

Termometrisk titrering:

Den elementære påstanden at alle kjemiske reaksjoner ledsages av en endring i energi er nøyaktig det som utgjør grunnlaget for termometrisk titrering. Under endotermiske reaksjoner blir energi absorbert, og et temperaturfall kan observeres. Det motsatte gjelder for eksotermiske reaksjoner, der det frigjøres energi. Ekvivalenspunktet (EQP) for en titrering kan detekteres ved å overvåke temperaturendringen (Illustrasjon 1). I løpet av en eksotermisk titrering vil temperaturen øke til EQP er nådd. Deretter stabiliseres først temperaturen, etterfulgt av et temperaturfall. Det motsatte skjer ved endotermisk titrering

Skjematisk visning av en eksotermisk titrering og en endotermisk titrering
Skjematisk visning av en eksotermisk titrering og en endotermisk titrering

Som beskrevet over, observeres et temperaturfall i løpet av den endotermiske titreringsreaksjonen. Temperaturen stabiliseres så snart ekvivalenspunktet er nådd. Sluttpunktet fastsettes ved å beregne det andre derivatet i kurven (segmentert evaluering).

De eneste kravene til en termometrisk titrering er følgende: en kjemisk reaksjon med en stor energiendring, et presist og raskt termometer og en titrator som kan utføre segmentert evaluering av titreringskurven.

 

Coulometrisk titrering

Teknikken med coulometrisk titrering ble opprinnelig utviklet av Szebelledy og Somogy [1] i 1938. Metoden avviker fra volumetrisk titrering ved at titranten genereres in situ med elektrolyse, og reagerer deretter støkiometrisk med stoffet som fastsettes. Mengden reagert stoff beregnes ut fra den totale elektriske ladingen som har passert, Q i coulomb, og ikke som ved volumetrisk titrering ut fra det forbrukte titrantvolumet.

 

I hvilke industrier eller segmenter brukes titrering?

En ikke-utfyllende liste over bransjer som bruker titrering:

  • Bilproduksjon, keramikk, kjemisk industri, kullproduksjon, overflatebehandling, kosmetikk
  • Rengjøringsmidler
  • Elektronikk, galvanisering, energi, eksplosiver
  • Næringsmidler
  • Glass, offentlige myndigheter
  • Helse
  • Skinn
  • Maskiner
  • Pakkematerialer, maling, pigmenter, papir og papirmasse, petroleum, farmasøytisk, foto, plastprodukter, trykk og forlagsvirksomhet
  • skinner, gummi
  • Stein (Leire, sement)
  • Tekstil, tobakk
  • Vann
  • Zeolite

Hvordan kan man fremskynde tilsetningen av titrant (inkrementell eller dynamisk)?

Inkrementell tilsetning av titrant (INC)

Titranten tilsettes i konstante voluminkrementer dV. Inkrementell tilsetning av titrant brukes i ikke-vannholdige titreringer, som noen ganger har ustabilt signal, samt i redoks- og fotometriske titreringer, der potensialspranget ved ekvivalenspunktet skjer plutselig. Legg merke til at det er relativt få målte punkter i den bratteste delen av kurven.

Dynamisk tilsetning av titrant (DYN)

En konstant pH- eller potensialendring per inkrement gir mulighet for å variere voluminkrementene mellom minimum og maksimum voluminkrement.
Dermed kan analysen fremskyndes ved å bruke store inkrementer i de flate delene av titreringskurven. I tillegg innhentes flere målepunkter i den bratteste delen av kurven, noe som gir mer nøyaktig evaluering.

Enkel endepunkttitrering sammenlignet med ekvivalenspunkt-titrering
Enkel endepunkttitrering sammenlignet med ekvivalenspunkt-titrering

Hvorfor er resultatet ved ekvivalenspunkt-titrering med en automatisk titrator et annet enn ved manuell titrering med fargeindikator?

Dette avviket i resultatet er primært merkbart når man utfører syre/base-titreringer med én av pH-indikatorene. Den første årsaken til dette er at disse pH-indikatorene skifter farge over et pH-område, i stedet for ved en fast verdi. Det faktiske punktet der fargeendringer forekommer er svært prøveavhengig, og samsvarer ikke nødvendigvis med det kjemiske ekvivalenspunktet. Dette kan føre til et lite avvik i resultatet, som enkelt kan oppveies ved å standardisere titranten med en metode som ligner den man bruker for prøver.

Den andre årsaken til avviket har primært med menneskeøyets følsomhet for fargeendring å gjøre. Selv om en fargeendring allerede kan ha begynt å finne sted, har menneskeøyet ennå ikke oppfattet endringen. Dette kan demonstreres ved å bruke en fotometrisk sensor, for eksempel METTLER TOLEDO DP5 fototroder. Med disse sensorene oppfattes en tydelig endring i lysoverføringen lenge før menneskeøyet registrerer noen fargeendring. Ved typisk syre/base-titrering med potensiometrisk indikasjon med en pH-sensor forekommer den skarpe signalendringen ved første spor av overskytende syre (eller base), og er derfor en riktigere indikasjon på sluttpunktet.

Hvilken elektrode skal jeg bruke til ikke-vannholdige titreringer?

Det finnes generelt tre hovedproblemer med elektroder når man utfører en ikke-vannholdig titrering. Det første er problemet med å ha en vannholdig elektrolytt med et ikke-vannholdig løsemiddel. Dette kan enkelt løses ved å skifte elektrolytten i elektroden. Det andre problemet har å gjøre med det faktum at prøven er ikke-ledende, noe som gir en dårlig elektrisk krets mellom måle- og referansehalvcellene eller delene av elektroden hvis den kombineres. Dette fører til støy i signalet, spesielt når man bruker en sensor med en standard keramisk kobling i referansen. En delvis løsning på dette problemet er å bruke en sensor med hylsekobling, for eksempel DG113 elektrode. Denne sensoren har LiCl i etanol som standardelektrolytt, og i stedet for en keramisk kobling har den en polymerhylse som gir større kontaktområde mellom arbeids- og referansedelene, og dermed mindre støy.

Det tredje problemet er ikke et problem med selve elektroden, men med håndteringen av sensoren. For at en glassensor (åH) skal fungere riktig, må glassmembranen (elektrodepæren) være hydrert. Dette oppnås ved å kondisjonere elektroden i avionisert vann. Under ikke-vannholdig titrering blir denne membranen gradvis dehydrert, og reduserer dermed elektrodens respons. Elektroden bør kondisjoneres regelmessig ved å bløtlegge den i vann for å forebygge eller utbedre dette problemet.

Hvor ofte må jeg standardisere titranten?

Dette avhenger naturligvis av titrantens stabilitet og hvilke tiltak som er satt i verk for å beskytte titranten mot typiske forurensninger som kan forårsake reduksjon i konsentrasjonen. De vanligste eksemplene på slik titrantbeskyttelse er oppbevaring av lyssensitive titranter i mørke flasker, f.eks. jodoppløsninger, beskyttelse av Karl Fischer-titranter mot fuktighet ved å bruke f.eks. molekylærhylse eller silikagel, samt beskyttelse av enkelte sterke baser, f.eks. natriumhydroksid mot absorpsjon av karbondioksid.

Hva er en autotitrator?

Automatiserte titratorer er mikroprosessorstyrte instrumenter som gir mulighet for automasjon av alle titreringsoperasjoner:

  1. Tilsetning av titrant
  2. Overvåking av reaksjonen (signalinnhenting)
  3. Registrering av sluttpunktet
  4. Datalagring
  5. Beregning
  6. Resultatlagring
  7. Overføring av data til skriver eller datamaskin/eksternt system

Hvordan fungerer en autotitrator?

Automatiserte titratorer følger en definert rekkefølge av operasjoner. Denne sekvensen er i utgangspunktet den samme for alle ulike modeller og merker. Den utføres og gjentas flere ganger, til sluttpunktet eller ekvivalenspunktet for titreringsreaksjonen er nådd (titreringssyklus). Titreringssyklusen består hovedsakelig av 4 trinn:

  1. Tilsetning av titrant
  2. Titreringsreaksjon
  3. Signalinnhenting
  4. Evaluering

Hvert trinn har ulike spesifikke parametre (f.eks. inkrementstørrelse) som må defineres i henhold til den spesifikke titreringsbruken. Mer komplekse bruksområder krever flere trinn, f.eks. dispensering av ytterligere en reagens for tilbaketitreringer, fortynning, justering av pH-verdien. Disse trinnene og de korresponderende parametrene er oppsummert i en titreringsmetode.

Hvilken historisk utvikling har det vært innen autotitratorer?

Den klassiske måten:

Titrering er en klassisk og mye brukt analyseteknikk. Opprinnelig ble den utført ved å tilsette titranten med en gradert glassylinder (byrette). Tilsetningen av titrant ble regulert manuelt med en kran. En fargeendring indikerte slutten på titreringsreaksjonen (sluttpunktet). Først ble det bare foretatt titreringer som viste en vesentlig fargeendring når sluttpunktet ble nådd. Senere titreringer ble kunstig farget med et indikatorfargestoff. Presisjonen man oppnådde var først og fremst avhengig av kjemikerens dyktighet, og særlig av kjemikerens fargeoppfatning.

Den moderne måten:

Det har vært stor utvikling innen titrering: Manuelle og senere motoriserte stempelbyretter gir mulighet for reproduserbar og nøyaktig tilsetning av titrant. Elektroder for potensialmåling erstatter fargeindikatorene, og gir høyere presisjon og nøyaktighet i resultatene. Grafisk plotting av potensial versus titrantvolum gir mulighet for mer eksakte konklusjoner for reaksjonen enn fargeendringen ved sluttpunktet. Med mikroprosessorer kan titreringen kontrolleres og evalueres automatisk. Dette representerer et relevant trinn fremover mot fullstendig automasjon.

I dag og i morgen.

Utviklingen er ikke slutt. Moderne autotitratorer gir mulighet for å definere komplette analysesekvenser og oppnå maksimal fleksibilitet i metodeutviklingen. Den spesifikke metoden kan defineres for hvert bruksområde ved å kombinere enkle operasjoner som «Doser», «Rør om», «Titrer» og «Beregn» i en definert sekvens. Hjelpeinstrumenter (prøveskiftere, pumper) bidrar til å redusere og forenkle arbeidsbelastningen i laboratoriene. En annen trend er tilkobling til datamaskiner og informasjonsstyringssystemer for laboratorier (LIMS – Laboratory Information Management Systems).

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.