Kaj je titracija?

Titracija je analitična tehnika, ki omogoča kvantitativno določanje določene snovi, raztopljene v vzorcu, z dodajanjem reagenta z znano koncentracijo. Temelji na popolni kemijski reakciji med snovjo (analitom) in reagentom (titrantom).

Titrant dodajamo, dokler reakcija ni končana. Da bi bila titracija primerna za določanje, mora biti konec reakcije enostavno opazen, če se spremlja (označuje) z ustreznimi tehnikami, npr. potenciometrijo (merjenje potenciala s senzorjem) ali s spremembo barve.

Merjenje prostornine odmerjenega titranta omogoča izračun vsebnosti analita na podlagi stehiometrije kemijske reakcije. Za natančnost mora biti titracijska reakcija hitra, popolna, nedvoumna in opazna.

Klasična titracija se je izvajala z ročnim dodajanjem titranta s pipo z graduiranim steklenim valjem, znanim kot bireta, sodobna avtomatizirana titracija pa omogoča natančno, ponovljivo dodajanje titranta in bolj zanesljiv graf potenciala glede na prostornino titranta. Vendar pa je ročno titriranje še vedno temelj v številnih laboratorijih po vsem svetu (glejte ročno in avtomatizirano titriranje spodaj). Osnovna teorija za ročno in avtomatizirano titracijo je enaka.

Več informacij o tem, kaj je titracija, najdete v vodniku Osnove titracije.

• Zakaj je titracija pomembna in kako se uporablja v industriji?
• Katere so vrste titracije?
• Katere so prednosti titracije?
• Kakšne so razlike med ročnim in avtomatiziranim titriranjem?
• Kaj je titracijska krivulja?
• Kakšna je razlika med titracijo v končni in ekvivalentni točki?
• Kako izračunati molarnost / enačbo za molarnost / molarno koncentracijo
• Kako doseči natančne rezultate titracije?
• Osnovna terminologija pri titraciji

Titracija je hitra, natančna in uveljavljena analitska tehnika, ki se pogosto uporablja v raziskavah, pri razvoju izdelkov in nadzoru kakovosti. V primerjavi z nekaterimi drugimi analitskimi metodami je stroškovno učinkovita, zelo natančna in omogoča visoko stopnjo avtomatizacije. Ti dejavniki lahko olajšajo izboljšanje produktivnosti delovnega procesa, saj lahko titracijo izvajajo operaterji brez posebnega kemijskega znanja. Panoge, ki uporabljajo titracijsko kemijo, so kmetijstvo, biotehnologija, kemikalije, kozmetika, elektronika, hrana in pijača, barve in pigmenti, papir in celuloza, petrokemija ter farmacija.

• Titracija je uveljavljena analitska tehnika: Titracija je ena najstarejših in najpogosteje uporabljenih kvantitativnih analiznih metod. Ročna, polavtomatska in popolnoma avtomatizirana titracija je bila obsežno razvita in se uporablja v številnih industrijskih panogah.
  
  
• Je hiter postopek: Pri ročnih titracijah so potrebni le bireta, titrant in ustrezen indikator končne točke. Titrant dodajamo vzorcu v bireti, dokler ni reakcija popolna in lahko opazna. Merjenje prostornine odmerjenega titranta omogoča izračun vsebnosti analita na podlagi stehiometrije kemijske reakcije.
  Samodejne titracije so še hitrejše in pomenijo velik prihranek časa. Avtomatizacija omogoča visoko zmogljivost ob minimalnem naporu operaterja ter podpira uporabnika v smislu kakovosti in varnosti podatkov, saj izboljšuje ponovljivost in preprečuje napake pri prepisovanju. Avtomatizacija povečuje produktivnost in povečuje učinkovitost.
  
  
  
• Zelo natančna in natančna tehnika: Sprva so se izvajale le titracije, ki so pokazale znatno spremembo barve ob doseganju končne točke. Kasneje so bile titracije umetno obarvane z indikatorskim barvilom. Dosežena natančnost je bila odvisna predvsem od znanja kemika in zlasti od njegove sposobnosti zaznavanja različnih barv. Danes je titracija doživela močan razvoj: ročne in pozneje batne birete na motorni pogon omogočajo natančno in ponovljivo dodajanje titranta. Elektrokemični senzorji nadomeščajo barvne indikatorje, s čimer se dosegata večja natančnost in točnost rezultatov. Grafični prikaz potenciala v odvisnosti od količine titranta in matematična ocena nastale titracijske krivulje zagotavljata natančnejšo izjavo o reakciji kot sprememba barve v končni točki. Z mikroprocesorji je mogoče titracijo nadzorovati in vrednotiti samodejno, kar predstavlja pomemben korak k avtomatizaciji.
  
  
• Najvišja možna stopnja avtomatizacije: Titrator je instrument, ki omogoča avtomatizacijo vseh operacij pri titraciji: dodajanje titranta, spremljanje reakcije (zajem signala), prepoznavanje končne točke, shranjevanje podatkov, izračun in shranjevanje rezultatov. Vse, kar mora upravljavec storiti, je, da postavi vzorce na stojalo titratorja in začne izvajati metodo.
  -Več o možnostih in prednostih avtomatizacije si preberite v Vodniku po avtomatizaciji titracije.
  
  
  
• Avtomatizirane titracije lahko uporabljajo nizkokvalificirani in usposobljeni operaterji: Pri ročnih titracijah laboratorijski tehnik sledi podrobnemu, standardiziranemu postopku (ali metodi) ter pri nalogi uporablja svoje spretnosti in znanje. Rezultate nato izračuna in dokumentira.
  Avtomatizirane titracije so enostavne za izvedbo in pri njih ni potrebno visoko specializirano kemijsko znanje. Titracijske metode so programirane enkrat in jih lahko vsak uporabnik ponovno uporabi s preprostim pritiskom na gumb. Rezultati se nato ustvarijo samodejno.
  
  
  
• Dobro razmerje med ceno in zmogljivostjo v primerjavi z zahtevnejšimi tehnikami.

Titracija je kvantitativna analitska tehnika, ki se uporablja za določanje neznane koncentracije analita (snovi, ki jo analiziramo). Izvedemo jo tako, da vzorcu, ki ga želimo analizirati, postopoma dodajamo natančno znano količino snovi (titranta), ki v določenem razmerju reagira z našim analitom. Merjenje prostornine odmerjenega titranta omogoča izračun vsebnosti analita na podlagi stehiometrije kemijske reakcije.

Titrant dodajamo, dokler kemijska reakcija ni končana, konec titracijske reakcije pa zlahka zaznamo z ustreznimi tehnikami (npr. potenciometrijo ali spremembo barve ustreznega indikatorja). Reakcija pri titraciji mora biti torej hitra, popolna, nedvoumna in opazna.

Za več informacij in primerjavo glejte tukaj:

Titracijske krivulje ponazarjajo kakovostni potek titracije. Omogočajo hitro oceno titracijske metode. Razlikujemo med logaritemskimi in linearnimi titracijskimi krivuljami.

Titracijska krivulja ima v osnovi dve spremenljivki:

• volumen titranta kot neodvisno spremenljivko. signal raztopine, npr. pH pri kislinskih/bazičnih titracijah kot odvisno spremenljivko, ki je odvisna od sestave obeh raztopin.
• Titracijske krivulje imajo lahko štiri različne oblike, ki jih je treba analizirati z ustreznimi algoritmi vrednotenja. Te štiri oblike so: simetrična krivulja, asimetrična krivulja, krivulja minimum/maximum in segmentna krivulja.

Način titracije končne točke (EP):

Način končne točke predstavlja klasični postopek titracije: titrant se dodaja, dokler ni opazen konec reakcije, npr. s spremembo barve indikatorja. Z avtomatskim titratorjem vzorec titriramo, dokler ne dosežemo vnaprej določene vrednosti, npr. pH = 8,2.

Način titracije z ekvivalentno točko (EQP):

Točka ekvivalence je točka, v kateri sta analit in reagent prisotna v popolnoma enakih količinah. V večini primerov je praktično enaka inflekcijski točki titracijske krivulje, npr. titracijske krivulje, dobljene pri titraciji kisline/baze. Inflekcijska točka krivulje je opredeljena z ustrezno vrednostjo pH ali potenciala (mV) in porabo titranta (ml). Ekvivalentna točka se izračuna iz porabe titranta znane koncentracije. Produkt koncentracije titranta in porabe titranta daje količino snovi, ki je reagirala z vzorcem. V avtotitratorju se izmerjene točke ovrednotijo v skladu s posebnimi matematičnimi postopki, ki privedejo do ovrednotene titracijske krivulje. Iz te ovrednotene krivulje se nato izračuna ekvivalentna točka.

Koncentracija količine snovi v raztopini entitete X (simbol c(X)) je količina snovi n, deljena s prostornino V raztopine.

N je število molekul v prostornini V (v litrih), razmerje N/V je številčna koncentracija C, N_A pa je Avogadrova konstanta, približno 6,022×10²³ mol⁻¹.

Običajne enote, ki se uporabljajo pri analizi, so mol/L in mmol/L.

Za pridobitev natančnih in točnih rezultatov titracije je treba razumeti, kako zmanjšati dejavnike, ki lahko negativno vplivajo na natančnost, in izbrati pravo metodo titracije.

Zmanjšanje dejavnikov, ki negativno vplivajo na natančnost rezultatov, zahteva razumevanje vrst napak, ki so lahko prisotne pri vseh merilnih dejavnostih: sistematične napake, naključne napake in napake v delovnem procesu.

Sistematične napake

Sistematična napaka je napaka, ki je stalna ali drseča zaradi dosledne napake, storjene med analizo. Tipične sistematične napake pri titraciji vključujejo:

• napačna analitska metoda ali formula za titracijo
• Napake pri vzorčenju ali napačne velikosti vzorcev zaradi stalne, neprepoznane napake pri tehtanju
• Napačne ali manjkajoče prazne vrednosti, nepravilna nastavitev senzorja
• prevelika hitrost za reakcijo ali odziv elektrode

Ko v postopku titracije ugotovimo vir sistematične napake, jo je običajno enostavno odpraviti.

Naključne napake

Naključna napaka je sestavni del celotne napake, ki se spreminja na nepredvidljiv način in jo je običajno težje ugotoviti. Tipični viri naključnih napak pri titraciji so:

• slabo ravnanje z vzorcem
• neustrezna oprema (nizka ločljivost tehtnice, napačen razred stekla itd.)
• nepravilni parametri metode (preveliki prirastki, premajhen čakalni čas)
• mehurčki v biretah ali neučinkovito izpiranje med vzorci
• Pomanjkanje usposabljanja upravljavca ali nedosledni okoljski pogoji

Če vira naključne napake ni mogoče ugotoviti, je treba povečati število ponovitev, da dobimo bolj zanesljivo srednjo vrednost. To običajno vodi v izgubo vzorca, reagentov in časa.

Napake v delovnem procesu

Sledenje tem vrstam napak je pogosto zamudno in občasno zelo drago, zlasti kadar so prisotni časovni ali stroškovni pritiski. Tipične napake v delovnem procesu vključujejo:

• napake pri zapisovanju/prepisovanju (npr. kopiranje podatkov, napačno označevanje vzorcev)
• napake pri izračunu
• mešanje vzorcev in/ali reagentov
• napačne velikosti vzorcev
• napake pri nastavitvi sistema, delovanju instrumenta ali čiščenju (na primer ne odstranjevanje mehurčkov iz linij)

Kombinacija usposabljanja uporabnikov, upoštevanja SOP ter naprednih ukrepov za sledljivost in celovitost podatkov bo drastično zmanjšala napake v delovnem procesu.

Ravnanje z vzorci

Napake pri ravnanju z vzorci so morda največji vir napak v delovnem procesu titracije. Primeri so homogenost vzorca, težave pri shranjevanju, nepravilna velikost vzorca in napake pri tehtanju.

Glede velikosti mora biti vzorec dovolj velik, da je reprezentativen, vendar ne tako velik, da bi bilo med titracijo potrebno večkratno polnjenje birete. Idealna titracija bi morala zagotoviti porabo titranta med 30 in 80 % prostornine ene birete. Če je zaradi nehomogenosti vzorec večji, je treba uporabiti bolj koncentriran titrant.

Vzorec mora biti tudi dovolj velik, da so napake pri merjenju vzorca čim manjše. Za to je običajno potrebna ustrezna tehtnica in zagotovitev, da velikost vzorca presega zahteve tehtnice glede najmanjše neto teže vzorca. Najmanjša teža je običajno faktor želene ali dane procesne tolerance pri tehtanju. USP41 na primer določa največjo dopustno napako 0,1 % pri rezultatih tehtanja. Da bi zagotovili natančno tehtanje, morajo biti vaše individualne procesne tolerance od 2- do 4-krat manjše, da zagotovite ustrezno varnostno rezervo. Za panoge, ki jih ne ureja USP, je značilna procesna toleranca 1 %.

Na primer, pri standardizaciji titranta KF z dinatrijevim tartratom dehidratom je zaradi težav s topnostjo v metanolu običajno potreben vzorec 50 mg. Za zagotovitev negotovosti tehtanja, manjše od 0,1 %, je potrebna tehtnica z odčitljivostjo vsaj 0,01 mg. Če pa za standardizacijo reagenta KF in zagotovitev ustrezne porabe titranta uporabljamo čisto vodo, je treba uporabiti od 7,5 do 20 mg vode. V tem primeru tehtnica z odčitljivostjo 0,01 mg morda ne bo izpolnjevala smernic USP za natančno tehtanje za vzorce z maso nad 14 mg. V primeru tekočih vzorcev je treba uporabiti tudi ustrezno kakovostno steklovino ali volumetrični aparat, pri čemer je treba paziti, da ne pride do napak pri ravnanju. Če želite zmanjšati vire napak, ki se jim je mogoče izogniti pri metodah titriranja, si prenesite naš brezplačni plakat in se naučite, kako prepoznati napake pri titriranju in se jim izogniti.

Z naslednjimi definicijami titracije boste morda lažje izvedeli vse, kar morate vedeti o titraciji.

Analit: V vzorcu, katerega vsebnost ali količina se določa s titracijo, je določena kemijska vrsta.

Konec titracije: V tem primeru se titracija zaključi in se oceni poraba titranta. Med isto titracijo se lahko pojavi več kot ena ekvivalentna točka.

Končna točka: Točka, na kateri opazimo konec titracijske reakcije (običajno s spremembo barve ali drugim indikatorjem titracije). Opredelitev titracije skupaj z njeno končno točko predstavlja klasično tehniko.

Ekvivalentna točka: Točka titracije: točka, v kateri je število enot (ekvivalentov) dodanega titranta enako številu enot analita v vzorcu.

Indikacija: Postopek za spremljanje reakcije in ugotavljanje konca titracije. Na splošno se indikacija izvaja s potenciometrijo (elektrodami) ali barvnimi indikatorji.

Paralaksa: Razlika v navideznem položaju predmeta glede na opazovalčevo vidno linijo. Pri titraciji je treba ta pojav upoštevati pri vizualnem opazovanju tekoče menzure v bireti.

Primarni standard: Certificirana, zelo čista snov, ki se uporablja za natančno določanje koncentracije titranta.

Pridobivanje signala: Pridobivanje signalov je spremljanje fizikalnih pojavov za pridobitev digitalnih ali numeričnih vrednosti na določenih točkah (kot je končna točka titracijskega poskusa ali ekvivalentna točka).

Standardizacija: Standardizacija: uporaba zelo čiste referenčne kemične snovi (standarda) za določanje koncentracije titranta.

Stehiometrija: Pri titraciji se uporabljajo razmerja mol/masa med reagenti in produkti. Reagenti pri titraciji reagirajo v skladu s fiksnimi razmerji, zato lahko, če je znana količina ločenih reaktantov, izračunamo količino produkta. Če je znana količina enega reaktanta in lahko določimo količino produktov, lahko izračunamo tudi količino drugih reaktantov.

Titrant: Raztopina določenega kemijskega reagenta, ki je standardizirana glede na koncentracijo, tako da jo lahko uporabimo za natančno titracijo.

Titracija: Titracija: kvantitativna kemijska analiza, pri kateri določena količina titranta kvantitativno reagira z vzorčno spojino, ki jo analiziramo. Iz količine porabljenega titranta se izračuna količina vzorčne spojine na podlagi stehiometrije reakcije analize. Znana tudi kot volumetrija ali titrimetrija.

Titracijska krivulja: Titracijske krivulje ponazarjajo kakovostni potek titracije. Krivulja običajno uporablja prostornino titranta kot neodvisno spremenljivko in raztopino kot odvisno spremenljivko. Krivulja omogoča hitro oceno titracijske metode. Krivulje imajo štiri oblike: simetrično, asimetrično, minimalno/ maksimalno in segmentno.

Titracijski cikel: Cikel, ki se izvaja in ponavlja, dokler ni dosežena končna točka ali točka ekvivalence titracijske reakcije. Titracijski cikel je sestavljen predvsem iz štirih korakov: dodajanje titranta, titracijska reakcija, zajem signala in vrednotenje.

Titracijska enačba: Enačba titracije: niz titracijskih formul, ki omogočajo izračun masne molarnosti trdnih vzorcev, koncentracije raztopin kislin in baz, koncentracije razredčenih raztopin in porabe titranta po neposredni titraciji. Za enostaven izračun rezultatov titracije obiščite naš titracijski kalkulator.

Teorija titracije: Teorija titracije raziskuje določanje produkta, povezano z njegovo koncentracijo, z opazovanjem reakcije titracije z uporabo fizikalnih ali elektrokemičnih metod. Poznavanje natančne koncentracije vrste, izdelka ali kemijske funkcije pomaga zagotoviti učinkovitost procesa in/ali kakovost izdelka.