Titreringsdefinition, titreringskurva, molaritetsekvation och mer
Know How

Titreringsfrågor och -svar samt definition – molaritetsekvation, kurva, beräkning med mera

Know How

Kunskapsnavet för titreringsrelaterade ämnen

Titta på vårt videoklipp: Vad är titrering?

Titrering är en analysmetod med vilken man kan göra en kvantitativ bestämning av ett visst ämne (analyt) som är upplöst i ett prov. Den baseras på en fullständig kemisk reaktion mellan analyten och en reagens (titrand) med känd koncentration, vilken sedan läggs till provet:

Analyt + Reagens (Titrand) → Reaktionsprodukter

Hitta svaren på dina frågor kring titrering här!

  • Vad är titrering? Definitionen av titrering?
  • Vad är en titreringskurva/Hur ser en titreringskurva ut?
  • Vad är syra/bas-titrering?
  • Hur beräknar man molaritet/molaritetsekvation/molaritetskoncentration?
  • Vilken är skillnaden mellan ändpunkts- och ekvivalenspunktstitrering?
  • Vad menas med återtitrering?
  • Vilka är fördelarna med titrering?
  • Vilka slags kemiska reaktioner används vid titrering?
  • Vilka indikationsmetoder används vid titrering?
  • Inom vilka branscher eller segment används titrering?
  • Hur kan man snabba på titrandtillskottet (inkrementellt eller dynamiskt)?
  • Varför får jag, när jag genomför en ekvivalenspunktstitrering med hjälp av en automatisk titrator, ett annat resultat jämfört med när jag titrerar manuellt med hjälp av en färgindikator?
  • Vilken elektrod ska jag använda för icke-vattenbaserade titreringar?
  • Hur ofta behöver jag standardisera min titrand?
  • Vad är en autotitrator?
  • Hur fungerar en autotitrator?
  • Vilken är den historiska utvecklingen för autotitratorer?

Vad är titrering? Definitionen av titrering?

Titrering är en analysmetod med vilken man kan göra en kvantitativ bestämning av ett visst ämne (analyt) som är upplöst i ett prov. Den baseras på en fullständig kemisk reaktion mellan analyten och en reagens (titrand) med känd koncentration, vilken sedan läggs till provet:

Analyt + Reagens (Titrant) = Reaktionsprodukter

Ett välkänt exempel är titrering av ättiksyra (CH3COOH) i vinäger med natriumhydroxid, NaOH:

CH3COOH + NaOH → CH3COO- + Na+ + H2O

Titranden tillsätts tills reaktionen är fullständig. För att det ska vara lämpligt med en analys måste slutskedet av titreringsreaktionen vara lättobserverat. Det här innebär att reaktionen måste vara övervakad (indikerad) med hjälp av lämpliga tekniker, t.ex. potentiometri (potentialmätning med en sensor) eller med färgindikatorer. Mätningen av den dispenserade titrandvolymen möjliggör beräkningen av analytinnehållet baserat på den kemiska reaktionens stökiometri. Reaktionen vid en titrering måste vara snabb, fullständig, icke-tvetydig och observerbar.

Vad är en titreringskurva/Hur ser en titreringskurva ut?

Titreringskurvor illustrerar det kvalitativa förloppet hos en titrering. De möjliggör en snabb bedömning av titreringsmetoden. Skillnad görs mellan logaritmiska och linjära titreringskurvor.

Titreringskurvan har i grunden två variabler:

Titrandens volym som den oberoende variabeln. Lösningens signal, t.ex. pH för syra/bas-titreringar som den oberoende variabeln, som är beroende av de två lösningarnas sammansättning.

Titreringskurvorna kan anta fyra former och ska analyseras med adekvata utvärderingsalgoritmer. Dessa fyra former är: symmetrisk kurva, asymmetrisk kurva, minimal/maximal kurva och segmenterad kurva

Titreringskurva
Titreringskurva

Vad är syra/bas-titrering?

Syra/bas-titrering är en kvantitativ analys som används för att bestämma koncentrationen hos en okänd syra- eller baslösning genom tillsats av en känd bas- eller syra-titrand som neutraliserar analyten.

Vid titrering av en sur HA med en stark bas (t.ex. NaOH) uppstår följande två kemiska jämviktslägen:

Syra/bas-reaktion
Syra/bas-reaktion

Syra/bas-reaktioner är mycket snabba och det kemiska jämviktsläget etableras extremt snabbt. Syra/bas-reaktioner i vattenbaserade lösningar är sålunda idealiska för titreringar. Om lösningarna inte är alltför utspädda är formen på titreringskurvorna endast betingad av surhetskonstanten Ka.

Hur man beräknar molaritet/molaritetsekvation/molaritetskoncentration

Molförhållandekoncentrationen hos en lösning X (symbol c(X)) är ämnesmängden N dividerad med lösningsvolymen V.

N är antalet befintliga molekyler i volymen V (i liter), N/V-förhållandet är mängdkoncentrationen C och NA är Avogadro-konstanten, cirka 6 022×1023 mol−1.

Hur man beräknar molaritet
Hur man beräknar molaritet

Enheterna som vanligen tillämpas vid analys är mol/L och mmol/L.

Vilken är skillnaden mellan ändpunkts- och ekvivalenspunktstitrering?

Ändpunktstitreringsläge (EP):

Ändpunktstitreringsläget representerar den klassiska titreringsmetoden: titranden tillsätts tills reaktionen observeras, t.ex. genom en indikators färgförändring. Med en automatisk titrator titreras provet tills ett i förväg bestämt värde har uppnåtts t.ex. pH = 8,2.

 

 

Ändpunktstitrering
Ändpunktstitrering

Läge Ekvivalenspunktstitrering (EQP):

Ekvivalenspunkten är den punkt vid vilken analyten och reagenten är förekommande i exakt samma kvantiteter. För det mesta är den praktiskt taget identisk med titreringskurvans inflektionspunkt, t.ex. titreringskurvor erhållna från syra/bas-titreringar. Kurvans inflektionspunkt definieras av motsvarande pH eller potentiella (mV) värde och titrandkonsumtion (mL). Ekvivalenspunkten beräknas ur titrandkonsumtionen hos känd koncentration. Titrandens koncentrationsprodukt och titrandkonsumtionen ger den mängd ämne som reagerat med provet. Hos en autotitrator utvärderas de uppmätta punkterna enligt specifika matematiska förfaranden som leder till en utvärderad titreringskurva. Ekvivalenspunkten beräknas därefter ur denna utvärderade kurva.

Ekvivalenspunktstitrering
Ekvivalenspunktstitrering

Vad menas med återtitrering?

Vid en återtitrering använder vi reagenter – en som reagerar med ursprungsprov (A) och ytterligare en som reagerar med de första reagenterna (B).

Först tillsätts ett exakt uppmätt överskott av reagent A till provet. Efter att reaktionen avslutats återtitreras det återstående överskottet av reagent A med en andra reagent B. Skillnaden mellan den tillsatta mängden av den första och andra reagenten ger sedan motsvarande mängd av analyten. Återtitrering används främst i fall där direkttitreringens titreringsreaktion är för långsam eller ekvivalenspunktens direktindikation är otillfredsställande. Till exempel för bestämning av kalciuminnehåll med hjälp av reagenter EDTA (A) och ZnSO4 (B)

Återtitrering
Återtitrering

Vilka är fördelarna med titrering?

  • Klassisk, välkänd analytisk teknik
  • Snabb
  • Mycket noggrann och precis teknik
  • Hög grad av möjlig automatisering
  • Bra pris/prestanda-förhållande vid jämförelse med mer sofistikerade tekniker
  • Kan användas av såväl utbildade som outbildade operatörer.
  • Ingen högspecialiserad kemisk kunskap är nödvändig

Vilka slags kemiska reaktioner används vid titrering?

Det finns flera analysreaktioner som används vid titrering:

Syra/bas-reaktioner:

Exempel: Surt innehåll i vin, mjölk. Surt innehåll i ketchup. Innehåll av oorganiska syror som svavelsyra.

Kristallisationsreaktioner:

Exempel: Saltinnehåll i pommes frites, ketchup och livsmedel; Silverinnehåll i mynt, sulfatinnehåll i mineralvatten; Sulfatinnehåll i elektropläteringsbad

Redox-reaktioner:

Exempel: Koppar-, krom- och nickelinnehåll i elektropläteringsbad

Komplexometriska reaktioner:

Exempel: Total hårdhet hos vatten (Mg och Ca); Kalciuminnehåll i mjölk och ost; Cementanalys

Kolloidalkristallisationsreaktion:

Exempel: Anjoniska ytaktiva ämnen i rengöringsmedel; Anjoniska ytaktiva ämnen i tvättmedel; Anjoniska ytaktiva ämnen i flytande rengöringsmedel.

Hitta din applikation!

Vilka indikationsmetoder används vid titrering?

Titreringar kan klassificeras enligt indikationsprinciperna och de kemiska reaktioner som inträffar:

Potentiometri:

Den direkta mätningen av den galvaniska potential som utvecklas av en elektrodanordning kallas potentiometri, medan genomförandet av titrering med hjälp av denna metod kallas en potentiometrisk titrering.

 

direkt mätning av den galvaniska potentialen
direkt mätning av den galvaniska potentialen

 

U-potentialen som utvecklas ska mätas, om möjligt, vid nollström med en hög impedanssignalförstärkare av följande orsaker:

  • Grunden för potentiometri är Nernst-ekvationen, härledd för sensorer i kemisk och elektrisk jämvikt. Ett överskottsströmflöde över fasens berörda gränsytor skulle störa denna jämvikt
  • Ytterligare ett skäl för att använda en högimpedansmätingång är specialkonstruktionen med pH och jonselektiva elektroder. Mätkretsen inkluderar det jonselektiva membranet, vars elektriska motstånd utan problem kan vara 100–1 000 MΩ. Om det experimentella felet orsakat av spänningsavdelareffekten ska hållas under 0,1 % ska inimpedansen för mätinstrumentet vara minst 1 000 gånger högre. Detta kan avläsas genom följande ekvation:

 

 

För sensorer med mycket hög resistans är därför signalförstärkare med en inimpedans på 1012 Ω nödvändiga.

 

Voltametri:

Denna indikationsteknik inbegriper mätning av den potentiella skillnaden mellan två metallelektroder som är polariserade genom en liten ström. Precis som vid potentiometri är den voltametriska titreringskurvan en potential-volymkurva.

Följande mätutrustning behövs:

 

 

Den stabiliserade strömförsörjningskällan tillhandahåller strömmen. Resistansen R, som är inkopplad i kretsen, måste vara utvald så att en aktuell Ipol kan genereras inom intervallet 0,1 – 20 μA. Potentialen U som utvecklas mellan elektroderna mäts precis som i potentiometri. En av huvudtillämpningarna för voltametrisk bestämning av vatten genom Karl Fischer-metoden.

 

Fotometri:

Grunden för fotometrisk indikation är den intensitetsminskning som inträffar vid en specifik våglängd hos en ljusstråle som passerar genom en lösning. Överföringen är den primära uppmätta variabeln i fotometri och den erhålls genom

 

överföring
överföring

 

T: Överföring

I0: Incidentljusintensitet

I: Överförd ljusintensitet

Om allt ljus absorberas är I = 0 och följaktligen är T = 0. Om inget ljus absorberas är

I = I0 och T = 1 (eller %T = 100 %).

Vid fotometri utförs ofta arbete med hjälp av absorption som den uppmätta variabeln. Relationen mellan överföring och absorption beskrivs genom Bouguer-Beer-Lambert-lagen:

A = − log T = A = ε · b · c

A: Absorption

ε: Extinktionskoefficient

c: Koncentration hos det absorberande ämnet

d: Ljusets banlängd genom lösningen

Från förhållandet ovan kan avläsas att det finns ett linjärt förhållande mellan absorption A och koncentration c.

Jämfört med potentiometriska sensorer har fotoelektriska sensorer ett antal fördelar vid titrering:

  • de är enklare att använda (ingen påfyllning av elektrolytlösning, ingen igensättning av förgreningen)
  • längre livslängd (de är praktiskt taget oförstörbara)
  • de kan användas för att genomföra alla traditionella titreringar och uppnå färgförändring (ingen förändring vid traditionella förfaranden och standarder).

Fotometrisk indikation är möjligt för många analytiska reaktioner:

  • Syra/bas-titreringar (vattenbaserade och icke-vattenbaserade)
  • Komplexometri
  • Redox-titreringar
  • Kristallisationstitreringar
  • Turbimetriska titreringar

Vid fototitreringen ska en våglängd väljas ut som ger störst överföringsdifferens före och efter ekvivalenspunkten. I det synliga området finns sådana våglängder inom intervallet 500 till 700 nm.

Exempel på användning: Komplexometriska och turbidimetriska reaktioner.

 

Konduktivitet:

Konduktivitet är en lösnings förmåga att släppa igenom en ström. Måttenheten för konduktivitet är µS/cm (mikrosiemens/centimeter) eller mS/cm (millisiemens/centimeter). Ett högt värde innebär ett stort antal joner. Strömmängden som genomströmmar lösningen står i proportion till mängden joner. Om vi känner till en lösnings konduktivitet kan vi få en uppfattning om det totala joninnehållet. Om jonerna vidare är kända kan ett uttalande om deras koncentration göras.

För att mäta konduktivitet anbringas en spänning över två plattor nedsänkta i lösningen. Plattorna är av metall, eller också kan man använda sig av grafitpoler. Medan de lösta jonerna kommer att börja röra sig mot plattorna kommer den elektriska strömmen att flöda mellan plattorna.

elström
elström

Principen för konduktometrisk titrering.

Under titreringen ersätts en av jonerna av den andra och dessa två joner skiljer sig ständigt åt i fråga om jonisk konduktivitet, varför lösningens konduktivitet varierar under titreringens förlopp. Följaktligen, om du tillsätter en elektrodlösning till en annan kommer den slutliga konduktiviteten att vara betingad av att en reaktion inträffar. Men om det inte sker någon kemisk reaktion i elektrolytlösningarna kommer konduktivitetsnivån att öka. Ekvivalenspunkten kan lokaliseras grafiskt genom kartläggning av konduktivitetsförändringen som en funktion av den tillsatta titrandvolymen.

principen för konduktometrisk titrering
principen för konduktometrisk titrering

Termometrisk titrering:

Det elementära påståendet att varje kemisk reaktion åtföljs av en förändring av energin är exakt vad som utgör grunden för termometrisk titrering. Vid endotermiska reaktioner absorberas energi och en temperatursänkning observeras. Motsatt förhållande gäller för exotermiska reaktioner där energi frigörs. Ekvivalenspunkten (EQP) vid en titrering kan detekteras genom övervakning av temperaturförändringen (Bild 1). Under loppet av en exotermisk titrering stiger temperaturen tills EQP har nåtts. Efter det stabiliseras temperaturen initialt, varefter temperaturen börjar sjunka. Motsatt sker vid endotermisk titrering

Schematisk vy av en exotermisk titrering och av en endotermisk titrering
Schematisk vy av en exotermisk titrering och av en endotermisk titrering

Som beskrevs ovan observeras en sänkning av temperaturen under förloppet av den endotermiska titreringsreaktionen. När ekvivalenspunkten har nåtts stabiliseras temperaturen. Ändpunkten bestäms genom beräkning av kurvans andra derivata (segmenterad utvärdering).

De enda förutsättningarna för en termometrisk titrering är: en kemisk reaktion med en stor energiförändring, en exakt och snabb termometer och en titrator som klarar av att utföra en segmenterad utvärdering av titreringskurvan.

 

Coulometrisk titrering

Tekniken för coulometrisk titrering utvecklades ursprungligen av Szebelledy och Somogy [1] år 1938. Metoden skiljer sig från volymetrisk titrering genom att titranden genereras in situ genom elektrolys varefter den reagerar stökiometriskt med det ämne som håller på att fastställas. Mängden av ämne som reagerat beräknas ur den totala elektriska laddningen som passerat, Q, i coulomb, och inte, som vid volymetrisk titrering, ur den konsumerade titrandens volym.

 

Inom vilka branscher eller segment används titrering?

En icke-uttömmande lista över branscher som använder sig av titrering:

  • biltillverkning, keramisk industri, kemisk industri, kolprodukter, beläggningar, kosmetik
  • Rengöringsmedel
  • elektronik, elektroplätering, energi, sprängämnen
  • Livsmedel och dryck
  • Glas, stat
  • Hälsa
  • Läder
  • Maskinindustri
  • förpackningsmaterial, målerier, pigment, papper och pappersmassa, petrolium, läkemedel, foto, plastprodukter, tryckeri- och publicering
  • järnväg, gummi
  • sten (lera, cement)
  • textil, tobak
  • Vatten
  • Zeolit

Hur kan man snabba på titrandtillskottet (inkrementellt eller dynamiskt)?

Inkrementellt titrandtillskott (INC)

Titranden tillsätts med hjälp av konstant volymökning dV. Stegvis titrand-tillskott används vid icke-vattenbaserade titreringar, vilka ibland har en instabil signal, samt dessutom i redox- och fotometriska titreringar, där det potentiella hoppet vid ekvivalenspunkten inträffar plötsligt. Observera att i kurvans brantaste område finns det relativt få mätpunkter.

Dynamiskt titrand-tillskott (DYN)

En konstant pH- eller potentiell stegvis förändring möjliggör variation av volymstegningen mellan minsta och största volymstegning.
På det viset kan analysen snabbas upp genom tillämpning av stora steg i titreringskurvans plana områden. Dessutom erhålls fler mätpunkter i kurvans brantaste område vilket leder till en mer korrekt utvärdering.

Ändpunktstitrering jämfört med Ekvivalenspunkt
Ändpunktstitrering jämfört med Ekvivalenspunkt

Varför får jag, när jag genomför en ekvivalenspunktstitrering med hjälp av en automatisk titrator, ett annat resultat jämfört med när jag titrerar manuellt med hjälp av en färgindikator?

Den här diskrepansen hos resultaten är främst märkbar när man utför syra/bas-titreringar med hjälp av en av pH-indikatorerna. Den första orsaken till det är att dessa pH-indikatorer ändrar färg över ett pH-intervall snarare än ett fast värde. Den faktiska punkt vid vilken färgskiftningen sker är i hög grad provberoende och kanske inte sammanfaller med den kemiska ekvivalenspunkten. Detta kan leda till en liten diskrepans hos resultaten vilken enkelt elimineras genom att man standardiserar titranden med hjälp av en liknande metod som den som används för proven.

Den andra orsaken till denna skillnad kan framför allt tillskrivas det mänskliga ögats känslighet inför färgskiftning. Trots att en färgskiftning redan har börjat ske har det mänskliga ögat ännu inte detekterat någon förändring. Detta kan demonstreras genom att man använder en fotometrisk sensor som METTLER TOLEDO DP5 phototrode. Med hjälp av en sådan sensor går det att avläsa en tydlig förändring hos ljusöverföringen långt innan det mänskliga ögat detekterar någon färgförändring. I den typiska syra/bas-titreringen som använder potentiometrisk indikation med en pH-sensor inträffar den skarpa signalförändringen vid första spår av överskottssyra (eller -bas) och är därför en sannare ändpunktsindikation.

Vilken elektrod ska jag använda för icke-vattenbaserade titreringar?

Generellt finns det tre huvudsakliga elektrodproblem vid genomförande av en icke-vattenbaserad titrering. Det första är problemet är kombinationen vattenbaserad elektrolyt och en icke-vattenbaserad lösning. Genom att byta ut elektrolyten i elektroden kan man enkelt avhjälpa detta. Det andra problemet hänför sig till det faktum att provet är icke-ledande, vilket leder till en undermålig elektrisk krets mellan mätningen och referenshalvcellerna eller delar av elektroden om kombinerad. Detta leder till en bullrig signal, speciellt vid användning av en sensor med en keramisk standarddiafragma i referensen. En partiell lösning på detta problem är att använda en sensor med en hylsdiafragma, som DG113-elektroden. Denna sensor har LiCl i etanol som standardelektrolyt och, i stället för en keramisk diafragma, en polymerhylsa som ger en större kontaktyta mellan arbetande delar och referensdelar och därför bullrar mindre.

Det tredje problemet är inte ett problem hos elektroden i sig, utan gäller snarare hanteringen av sensorn. För att en glassensor (pH) ska fungera korrekt måste glasmembranet (elektrodlampan) vara hydratiserat. Detta åstadkoms genom konditionering av elektroden i avjoniserat vatten. Under den icke-vattenbaserade titreringen avhydratiseras detta membran gradvis vilket minskar responsen hos elektroden. För att förhindra detta eller rätta till detta problem ska elektroden omkonditioneras regelbundet genom nedsänkning i vatten.

Hur ofta behöver jag standardisera min titrand?

Naturligtvis beror detta på stabiliteten hos titranden och på vilka åtgärder som har vidtagits för att skydda titranden från de typiska föroreningar som kan orsaka en minskning hos koncentrationen. De vanligaste exemplen på sådant titrandskydd är förvaring av ljuskänsliga titrander i mörka flaskor, t.ex. jodlösningar, skyddande av Karl Fischer-titrander från fukt med hjälp av t.ex. molekylär sil eller kiselgel, och skydd av vissa starka baser, t.ex natriumhydroxid, från absorption av koldioxid.

Vad är en autotitrator?

Automatiserade titratorer är mikroprocessor-styrda instrument som möjliggör automatisering av alla titreringsstegen:

  1. Titrand-tillsättning
  2. Övervakning av reaktionen (signalinsamling)
  3. Ändlägesidentifiering
  4. Datalagring
  5. Beräkning
  6. Lagring av resultat
  7. Överföring av data till skrivare eller dator/externt system

Hur fungerar en autotitrator?

Automatiserade titratorer följer en definierad sekvens av åtgärder. Denna sekvens är i grund och botten samma för alla olika modeller och märken. Den utförs och upprepas flera gånger tills ändpunktsvärdet eller ekvivalenspunkten för titreringsreaktionen har nåtts (titreringscykel). Titreringscykeln består i huvudsak av fyra steg:

  1. Titrand-tillsättning
  2. Titreringsreaktion
  3. Signalinsamling
  4. Utvärdering

Varje steg har olika specifika parametrar (t.ex. stegstorlek) vilka måste definieras enligt den specifika titreringstillämpningen. Mer komplexa tillämpningar kräver fler steg, t.ex. dosering av en ytterligare reagent för återtitreringar, utspädning, justering av pH-värdet. Dessa steg och motsvarande parametrar återupptas vid en titreringsmetod.

Vilken är den historiska utvecklingen för autotitratorer?

Det traditionella sättet:

Titrering är en traditionell analysmetod som är brett tillämpad. Ursprungligen genomfördes det genom tillsättning av titranden med hjälp av en graderad glascylinder (byrett). Med en kran reglerades titrandtillskottet manuellt. En färgförändring indikerade slutet på en titreringsreaktion (ändpunkt). I början genomfördes endast titreringar som uppvisade en signifikant färgförändring vid uppnåendet av ändpunkten. Sedan färgades titreringar på artificiell väg med en indikatorfärg. Den uppnådda precisionen berodde huvudsakligen på kemistens skicklighet och, i synnerhet, på hens färgperception.

Det moderna sättet:

Titrering har genomgått en genomgripande förändring: manuella och - senare - motordrivna kolvbyretter möjliggör reproducerbart och korrekt titrand-tillskott. Elektroder för potentialmätning ersätter färgindikatorerna och uppnår högre precision och exakthet hos resultaten. Grafisk kartläggning av potential jämfört med titrandvolym ger en mer exakt utsaga om reaktionen än färgförändringen vid ändpunkten. Med mikroprocessorer kan titreringen kontrolleras och övervakas manuellt. Detta representerar ett relevant steg mot fullständig automatisering.

Idag och imorgon:

Utvecklingen är ännu inte fullständig. Med moderna autotitratorer går det att definiera fullständiga analyssekvenser genom uppnående av maximal flexibilitet i metodutveckling. För varje applikation kan den specifika metoden definieras genom en kombination av enkla operativa funktioner som ”Dosera”, ”Rör”, ”Titrera”, ”Beräkna” i en bestämd ordning. Extrainstrument (provväxlare, pumpar) hjälper till att minska och förenkla arbetsbelastningen i laboratorier. Ytterligare en trend är anslutningen till datorer och informationshanteringssystem för laboratorier (LIMS).

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.