Čo je titrácia?

Titrácia je analytická technika, ktorá umožňuje kvantitatívne stanovenie špecifickej látky rozpustenej vo vzorke pridaním činidla so známou koncentráciou. Je založená na úplnej chemickej reakcii medzi látkou (analytom) a činidlom (titrantom).

Titrant sa pridáva dovtedy, kým sa reakcia nedokončí. Aby bola titrácia vhodná na stanovenie, musí byť koniec titračnej reakcie ľahko pozorovateľný pri monitorovaní (indikácii) vhodnými technikami, napr. potenciometriou (meranie potenciálu pomocou senzora) alebo prostredníctvom zmeny farby.

Meranie objemu dávkovaného titrantu umožňuje výpočet obsahu analytu na základe stechiometrie chemickej reakcie. Aby bola titračná reakcia presná, mala by byť rýchla, úplná, jednoznačná a pozorovateľná.

Zatiaľ čo klasická titrácia sa vykonávala ručným pridávaním titrantu pomocou kohútika s odmerným skleneným valcom známym ako byreta, moderná automatizovaná titrácia umožňuje presné, opakovateľné pridávanie titrantu a spoľahlivejší graf závislosti potenciálu od objemu titrantu. Manuálna titrácia však zostáva základom v mnohých laboratóriách na celom svete (pozri nižšie manuálna vs. automatizovaná titrácia). Základná teória manuálnej a automatickej titrácie je rovnaká.

Viac informácií o tom, čo je titrácia, nájdete v príručke Základy titrácie.

• Prečo je titrácia dôležitá a ako sa používa v priemysle?
• Aké sú typy titrácie?
• Aké sú výhody titrácie?
• Aké sú rozdiely medzi manuálnou a automatizovanou titráciou?
• Čo je to titračná krivka?
• Aký je rozdiel medzi titráciou v koncovom bode a v bode ekvivalencie?
• Ako vypočítať molaritu / rovnicu molarity / molárnu koncentráciu
• Ako dosiahnuť presné výsledky titrácie?
• Základná terminológia pri titrácii

Titrácia je rýchla, presná a osvedčená analytická technika, ktorá sa široko uplatňuje vo výskume, vývoji produktov a kontrole kvality. V porovnaní s niektorými inými analytickými metódami je nákladovo efektívna, veľmi presná a umožňuje vysoký stupeň automatizácie. Tieto faktory môžu uľahčiť zvýšenie produktivity pracovného procesu, keďže titráciu môžu vykonávať operátori bez špecifických znalostí chémie. Medzi odvetvia, ktoré využívajú titračnú chémiu, patrí poľnohospodárstvo, biotechnológie, chemický priemysel, kozmetika, elektronika, potravinárstvo a výroba nápojov, farby a pigmenty, papier a celulóza, petrochémia a farmaceutický priemysel.

• Titrácia je osvedčená analytická technika: Titrácia je jednou z najstarších a najčastejšie používaných kvantitatívnych analytických metód. Manuálne, poloautomatizované a plne automatizované titrácie boli značne rozvinuté a používajú sa v mnohých priemyselných odvetviach.
  
  
• Je to rýchly postup: V prípade manuálnych titrácií sú jedinými potrebnými položkami byreta, titrant a vhodný indikátor koncového bodu. Titrant sa pridáva do vzorky v byrete, kým sa reakcia nedokončí a nie je ľahko pozorovateľná. Meranie objemu dávkovaného titrantu umožňuje výpočet obsahu analytu na základe stechiometrie chemickej reakcie.
  Automatické titrácie sú ešte rýchlejšie a predstavujú značnú úsporu času. Automatizácia umožňuje vysokú priepustnosť pri minimálnej námahe obsluhy a podporuje používateľa z hľadiska kvality a bezpečnosti údajov tým, že zlepšuje reprodukovateľnosť a zabraňuje chybám pri prepise. Automatizácia zvyšuje produktivitu a zvyšuje efektivitu.
  
  
  
• Veľmi presná a precízna technika: Spočiatku sa vykonávali len tie titrácie, ktoré vykazovali výraznú zmenu farby po dosiahnutí koncového bodu. Neskôr boli titrácie umelo zafarbené indikátorovým farbivom. Dosiahnutá presnosť závisela najmä od zručností chemika a najmä od jeho schopnosti vnímať rôzne farby. V súčasnosti titrácia zaznamenala silný rozvoj: manuálne a neskôr motorom poháňané piestové byrety umožňujú presné a opakovateľné pridávanie titrantov. Elektrochemické senzory nahrádzajú farebné indikátory, čím sa dosahuje vyššia presnosť a správnosť výsledkov. Grafický graf závislosti potenciálu od objemu titrantu a matematické vyhodnotenie výslednej titračnej krivky poskytuje presnejšiu výpoveď o reakcii ako zmena farby v konečnom bode. Pomocou mikroprocesorov možno titráciu riadiť a vyhodnocovať automaticky, čo predstavuje dôležitý krok smerom k automatizácii.
  
  
• Najvyšší možný stupeň automatizácie: Titrátor je prístroj, ktorý umožňuje automatizovať všetky operácie spojené s titráciou: pridávanie titrantu, monitorovanie reakcie (získavanie signálu), rozpoznávanie koncového bodu, ukladanie údajov, výpočet a ukladanie výsledkov. Jediné, čo musí operátor urobiť, je umiestniť vzorky na stojan titrátora a spustiť metódu.
  -Viac informácií o možnostiach a výhodách automatizácie nájdete v našej príručke o automatizácii titrácie.
  
  
  
• Automatizované titrácie môžu používať nízkokvalifikovaní a vyškolení operátori: V prípade manuálnych titrácií postupuje laboratórny technik podľa podrobného, štandardizovaného postupu (alebo metódy) a uplatňuje svoje zručnosti a vedomosti pri tejto úlohe. Výsledky sa potom vypočítajú a zdokumentujú.
  Automatizované titrácie sa vykonávajú jednoducho a nie sú potrebné vysoko špecializované chemické znalosti. Titračné metódy sa naprogramujú raz a každý používateľ ich môže opätovne použiť jednoduchým stlačením tlačidla. Výsledky sa potom generujú automaticky.
  
  
  
• Dobrý pomer cena/výkon v porovnaní so zložitejšími technikami.

Titrácia je kvantitatívna analytická technika, ktorá sa používa na stanovenie neznámej koncentrácie analyzovanej látky (analyzovanej látky). Vykonáva sa postupným pridávaním presne známeho množstva látky (tritrantu), ktorá reaguje s naším analytom v určitom pomere, do vzorky, ktorú chceme analyzovať. Meranie objemu dávkovaného titrantu umožňuje výpočet obsahu analytu na základe stechiometrie chemickej reakcie.

Titrant sa pridáva dovtedy, kým sa chemická reakcia neukončí a koniec titračnej reakcie sa ľahko zistí vhodnými technikami (napr. potenciometriou alebo zmenou farby vhodného indikátora). Reakcia prebiehajúca pri titrácii musí byť preto rýchla, úplná, jednoznačná a pozorovateľná.

Viac informácií a porovnanie nájdete tu:

Titračné krivky znázorňujú kvalitatívny priebeh titrácie. Umožňujú rýchle posúdenie titračnej metódy. Rozlišujú sa logaritmické a lineárne titračné krivky.

Titračná krivka má v podstate dve premenné:

• Objem titrantu ako nezávislú premennú. Signál roztoku, napr. pH pri titrácii kyselín a zásad ako závislá premenná, ktorá závisí od zloženia oboch roztokov.
• Titračné krivky môžu mať 4 rôzne podoby a mali by sa analyzovať pomocou vhodných vyhodnocovacích algoritmov. Tieto štyri formy sú: symetrická krivka, asymetrická krivka, minimálna/maximálna krivka a segmentovaná krivka.

Režim titrácie koncového bodu (EP):

Režim koncového bodu predstavuje klasický postup titrácie: titrant sa pridáva dovtedy, kým sa nepozoruje koniec reakcie, napr. zmenou farby indikátora. Pri automatickom titrátore sa vzorka titruje, kým sa nedosiahne vopred definovaná hodnota, napr. pH = 8,2.

Režim titrácie v bode ekvivalencie (EQP):

Bod ekvivalencie je bod, v ktorom sú analyt a činidlo prítomné v presne rovnakom množstve. Vo väčšine prípadov je prakticky totožný s inflexným bodom titračnej krivky, napr. titračné krivky získané z titrácie kyselín a zásad. Inflexný bod krivky je definovaný príslušnou hodnotou pH alebo potenciálu (mV) a spotrebou titrantu (ml). Bod ekvivalencie sa vypočíta zo spotreby titrantu so známou koncentráciou. Súčin koncentrácie titrantu a spotreby titrantu udáva množstvo látky, ktorá reagovala so vzorkou. V autotitrátore sa namerané body vyhodnocujú podľa špecifických matematických postupov, ktoré vedú k vyhodnotenej titračnej krivke. Bod ekvivalencie sa potom vypočíta z tejto vyhodnotenej krivky.

Koncentrácia látkového množstva roztoku entity X (symbol c(X)) je množstvo látky n delené objemom V roztoku.

N je počet molekúl prítomných v objeme V (v litroch), pomer N/V je početná koncentrácia C a N_A je Avogadrova konštanta, približne 6,022 × 10²³ mol⁻¹.

Obvyklé jednotky používané pri analýze sú mol/l a mmol/l.

Získanie presných a správnych výsledkov titrácie si vyžaduje pochopenie toho, ako minimalizovať faktory, ktoré môžu negatívne ovplyvniť presnosť, ako aj výber správnej titračnej metódy.

Zníženie faktorov, ktoré negatívne ovplyvňujú presnosť výsledkov, si vyžaduje pochopenie typov chýb, ktoré sa môžu vyskytnúť pri všetkých meracích činnostiach: systematické chyby, náhodné chyby a chyby pracovného postupu.

Systematické chyby

Systematická chyba je chyba, ktorá je konštantná alebo driftová v dôsledku dôslednej chyby urobenej počas analýzy. K typickým systematickým chybám pri titrácii patria:

• Nesprávna analytická metóda alebo titračný vzorec
• Chyby pri odbere vzoriek alebo nesprávne veľkosti vzoriek v dôsledku sústavnej, nerozpoznanej chyby pri vážení
• Falošné alebo chýbajúce prázdne hodnoty, nesprávne nastavenie snímača
• Príliš vysoká rýchlosť reakcie alebo reakcie elektródy

Po identifikácii zdroja systematickej chyby v procese titrácie je zvyčajne ľahké ju odstrániť.

Náhodné chyby

Náhodná chyba je zložka celkovej chyby, ktorá sa mení nepredvídateľným spôsobom a zvyčajne sa ťažšie identifikuje. Medzi typické zdroje náhodných chýb pri titrácii patria:

• Zlá manipulácia so vzorkou
• Nevhodné vybavenie (nízka rozlišovacia schopnosť váh, nesprávna trieda skla atď.)
• Nesprávne parametre metódy (príliš veľké prírastky, nedostatočný čas čakania)
• Bublinky v byrete alebo neúčinné oplachovanie medzi vzorkami
• Nedostatočné školenie obsluhy alebo nevyhovujúce podmienky prostredia

Ak sa nedá identifikovať zdroj náhodnej chyby, musí sa zvýšiť počet opakovaní, aby sa získala dôveryhodnejšia stredná hodnota. To vo všeobecnosti vedie k plytvaniu vzorkou, činidlami a časom.

Chyby pracovného postupu

Tieto typy chýb sú často časovo náročné a ich sledovanie je občas veľmi nákladné, najmä ak je prítomný časový alebo nákladový tlak. Medzi typické chyby pracovného postupu patria:

• Chyby zápisu/prepisu (napr. kopírovanie údajov, nesprávne označovanie vzoriek).
• chyby vo výpočtoch
• Zmiešanie vzoriek a/alebo činidiel
• nesprávne veľkosti vzoriek
• Chyby v nastavení systému, prevádzke prístroja alebo čistení (napríklad neodstránenie bubliniek z liniek)

Kombinácia školenia používateľov, dodržiavania SOP a pokročilých opatrení na sledovateľnosť a integritu údajov výrazne zníži chyby pracovného postupu.

Manipulácia so vzorkami

Chyby pri manipulácii so vzorkami sú pravdepodobne najväčším zdrojom chýb v titračnom pracovnom postupe. Príkladom je homogenita vzorky, problémy so skladovaním, nesprávna veľkosť vzorky a chyby pri vážení.

Pokiaľ ide o veľkosť, vzorka by mala byť dostatočne veľká, aby bola reprezentatívna, nie však taká veľká, aby bolo počas titrácie potrebné opakované plnenie byrety. Ideálna titrácia by mala poskytnúť spotrebu titrantu v rozmedzí 30 až 80 % objemu jednej byrety. Ak si nehomogenita vyžaduje väčšiu vzorku, mal by sa použiť koncentrovanejší titrant.

Vzorka by mala byť tiež dostatočne veľká, aby sa minimalizovali chyby merania vzorky. To si zvyčajne vyžaduje vhodné váhy a zabezpečenie toho, aby veľkosť vzorky prekročila požiadavky na minimálnu čistú hmotnosť vzorky na váhach. Minimálna hmotnosť je zvyčajne faktorom vašej požadovanej alebo danej tolerancie procesu váženia. Napríklad USP41 stanovuje maximálnu prípustnú chybu 0,1 % vo výsledkoch váženia. Na zabezpečenie presného váženia by mala byť tolerancia vášho individuálneho procesu 2 až 4-krát menšia, aby sa zabezpečila primeraná bezpečnostná rezerva. Pre priemyselné odvetvia, ktoré nie sú regulované podľa USP, je typická procesná tolerancia 1 %.

Napríklad pri štandardizácii titrantu KF s dehydrátom vínanu disodného sa zvyčajne vyžaduje vzorka 50 mg kvôli problémom s rozpustnosťou v metanole. Na zabezpečenie neistoty váženia menšej ako 0,1 % je potrebná váha s čitateľnosťou aspoň 0,01 mg. Ak sa však na štandardizáciu KF činidla a zabezpečenie primeranej spotreby titrantu používa čistá voda, musí sa použiť 7,5 až 20 mg vody. V tomto prípade váha s čitateľnosťou 0,01 mg nemusí spĺňať pokyny USP pre presné váženie vzoriek s hmotnosťou nad 14 mg. V prípade kvapalných vzoriek sa musí použiť aj príslušná trieda skleneného riadu alebo volumetrická aparatúra a treba dbať na to, aby sa predišlo chybám pri manipulácii. Ak chcete pomôcť minimalizovať zdroje chýb, ktorým sa dá vyhnúť počas titračných metód, stiahnite si náš bezplatný plagát, na ktorom sa dozviete, ako identifikovať chyby pri titrácii a vyhnúť sa im.

Nasledujúce definície titrácie vám môžu uľahčiť naučiť sa všetko, čo potrebujete vedieť o titrácii.

Analyt: Špecifický chemický druh vo vzorke, ktorého obsah alebo množstvo sa určuje titráciou.

Koniec titrácie: Požadovaný koncový bod alebo bod ekvivalencie, pri ktorom sa titrácia ukončí a vyhodnotí sa spotreba titrantu. Počas tej istej titrácie môže nastať viac ako jeden bod ekvivalencie.

Koncový bod: Bod, v ktorom sa pozoruje koniec titračnej reakcie (zvyčajne zmenou farby alebo iným indikátorom titrácie). Definovanie titrácie spolu s jej koncovým bodom predstavuje klasickú techniku.

Bod ekvivalencie: Bod titrácie: Bod, v ktorom je počet jednotiek (ekvivalentov) pridaného titrantu rovnaký ako počet jednotiek analytu vzorky.

Indikácia: Postup na sledovanie reakcie a zistenie konca titrácie. Všeobecne sa indikácia vykonáva pomocou potenciometrie (elektródy) alebo farebných indikátorov.

Paralaxa: Rozdiel v zdanlivej polohe objektu na základe zorného poľa pozorovateľa. Pri titrácii sa tento jav musí brať do úvahy pri vizuálnom pozorovaní kvapalných meniskov v byrete.

Primárny štandard: Certifikovaná, vysoko čistá látka používaná na presné stanovenie koncentrácie titrantu.

Získavanie signálu: Získanie signálu je monitorovanie fyzikálnych javov s cieľom získať digitálne alebo číselné hodnoty v určitých bodoch (ako je koncový bod titračného experimentu alebo bod ekvivalencie).

Štandardizácia: Použitie vysoko čistej referenčnej chemickej látky (štandardu) na stanovenie koncentrácie titrantu.

Stechiometria: Vzťahy mol/hmotnosť medzi činidlami a produktmi pri titrácii. Titračné činidlá reagujú podľa pevne stanovených vzťahov, takže ak je známe množstvo jednotlivých reaktantov, možno vypočítať množstvo produktu. Ak je známe množstvo jedného reaktantu a možno určiť množstvo produktov, možno vypočítať aj množstvo ostatných reaktantov.

Titrant: Roztok určitého chemického činidla, ktorý je štandardizovaný z hľadiska koncentrácie, aby sa mohol použiť na presnú titráciu.

Titrácia: Kvantitatívna chemická analýza, pri ktorej definované množstvo titrantu kvantitatívne reaguje s analyzovanou zlúčeninou vzorky. Z objemu spotrebovaného titrantu sa vypočíta množstvo zlúčeniny vzorky na základe stechiometrie reakcie analýzy. Známa aj ako volumetria alebo titrácia.

Titračná krivka: Titračné krivky znázorňujú kvalitatívny priebeh titrácie. Krivka vo všeobecnosti používa objem titrantu ako nezávislú premennú a roztok ako závislú premennú. Krivka umožňuje rýchle posúdenie titračnej metódy. Krivky majú štyri formy: symetrickú, asymetrickú, minimálnu/maximálnu a segmentovú.

Titračný cyklus: Titračný cyklus: cyklus, ktorý sa vykonáva a opakuje, kým sa nedosiahne koncový bod alebo bod ekvivalencie titračnej reakcie. Titračný cyklus pozostáva predovšetkým zo štyroch krokov: pridanie titrantu, titračná reakcia, získanie signálu a vyhodnotenie.

Titračná rovnica: Séria titračných vzorcov, ktoré umožňujú výpočet hmotnostnej molarity pevných vzoriek, koncentrácie roztokov kyselín a zásad, koncentrácie zriedených roztokov a spotreby titrantu po priamej titrácii. Pre jednoduchý výpočet výsledkov titrácie navštívte našu titračnú kalkulačku.

Teória titrácie: Teória titrácie skúma stanovenie produktu v súvislosti s jeho koncentráciou pozorovaním titračnej reakcie pomocou fyzikálnych alebo elektrochemických metód. Znalosť presnej koncentrácie druhu, produktu alebo chemickej funkcie pomáha zabezpečiť účinnosť procesu a/alebo kvalitu produktu.