Фаза титрования что это

Титриметрический анализ

Условия для эффективного титрования

Чтобы титрование было эффективным, должны соблюдаться определенные условия:

Условие 1: Титрант T должен иметь предпочтение для реакции только с аналитом A, а не с другими химическими веществами, которые могут присутствовать в растворе.

Примеры:

Условие 2: Должно быть известно соотношение между количеством молекул титранта, которые реагируют с каждой молекулой аналита, также известное как стехиометрия реакции.

Примеры:

Условие 3: Концентрация титранта (Т) должна быть точно известна. Объем (или иногда вес) смеси проб должен быть точно известен. Опять же, это потребуется при расчете концентрации неизвестного аналита в образце.

Условие 4: Необходим датчик для обнаружения изменений в концентрации одного из реагентов (T или A) или продукта (P), чтобы точно определить, когда к смеси было добавлено точное количество титранта (T) для реакции с аналитом (А). Это называется конечной точкой (иногда, точкой эквивалентности) титрования. В зависимости от выбранного вами метода анализа, в качестве датчика может служить глаз оператора, который обнаружит внезапное изменение цвета раствора. Для более точных измерений концентрации лучше использовать электрохимический датчик.

Условие 5: Наконец, необходимо устройство для точного измерения количества титранта (T), добавляемого к смеси образцов. Как только датчик обнаружит конечную точку, вам нужно будет обратиться к этому измерительному устройству, чтобы определить, сколько титранта было добавлено. Существуют различные типы инструментов для измерения объема титранта, от простых пипеток (метод капельного титрования: опреатор подсчитывает каждую добавленную каплю, затем расчитывается концентрация путем умножения кол-ва капель на определенный коэфициент согласно методике) до автоматических бюреток.

На нашем сайте представлен широкий асортимент необходимых приборов и реагентов HACH LANGE для проведения эффективного титриметрического анализа в соответсвии с вашим применением. В числе определяемых параметров вы найдете: pH, бромное число, диоксид серы, диоксид хлора, жесткость общая (Ca Mg), кислотность, Общее кислотное число (TAN), Общее щелочное число (TBN), содержание влаги (Карл Фишер), содержание соли, сульфит, тиол в нефтепродуктах, хлор свободный и общий, щелочность и пр. В зависимости от необходимой точности мы можем предложить вам универсальные автоматические титраторы, ручные титраторы или же тест наборы (реактивы и необходимые аксессуары):

Компания АкваАналитикс® 💧 является официальными представителем Hach Lange на территории России и стран СНГ. Для получения консультации или подбора лабораторного / промышленного оборудования и реагентов для выполнения титриметрического анализа на вашем предприятии или в лаборатории, свяжитесь с нами удобным для вас способом.

Источник

ТИТРОВАНИЕ

ТИТРОВАНИЕ. (от франц. titre – качество, характеристика) – один из методов количественного анализа, основанный на измерении количества реагента, который полностью реагирует с анализируемым веществом. Например, если точно известно, какое количество гидроксида калия (в граммах или молях) израсходовано в реакции с соляной кислотой, то по уравнению реакции KOH + HCl = KCl + H₂O легко рассчитать, сколько граммов (или молей) хлороводорода было в анализируемом растворе.

Подобные расчеты можно проводить только для стехиометрических реакций. Этот термин ввел в употребление в 1792 немецкий химик Иеремия Рихтер. Он произвел его от греческих слов, означающих «невидимый» и «измерение», что должно было означать соотношение «невидимых» химических элементов в реакциях. Рихтер впервые в истории химии начала использовать количественные уравнения реакций. Например, по его данным, из 2400 гранов CaCO₃ при сильном прокаливании получается 1342 грана CaO, т. е. реакция разложения CaCO₃ = CaO + CO₂ характеризуется соотношением CaCO₃:CaO = 2400:1342 = 1,788, что удивительно хорошо согласуется с современным расчетом, который дает отношение 1,785.

Все реакции, которые используются в количественном анализе, обязательно должны быть стехиометрическими. Для этих реакций коэффициенты, стоящие перед формулами реагентов, показывают, в каких количественных соотношениях находятся реагенты и продукты. Например, соотношение реагентов в реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия в кислой среде в точности соответствует уравнению

Поэтому эту реакцию можно использовать для точного определения концентрации перманганата в растворе, если известно количество израсходованной щавелевой кислоты (и наоборот). А вот рассчитать точно количество прореагировавшего с перманганатом калия алкена невозможно, так как эта реакция нестехиометрическая: при окислении из алкена образуется диол: R-CH=CH-R + 2[O] ® R-CH(OH)-CH(OH)-R, который может окисляться далее с разрывом углерод-углеродной связи и образованием двух молекул с карбонильной группой (кислоты или кетона). При этом разные опыты, даже проведенные в одинаковых условиях, дадут немного разное количество продуктов и их соотношение; в органической химии выход реакции очень редко бывает в точности равным 100,00%.

Чтобы анализ был точным, необходимо, помимо полного протекания реакции, чтобы реагент добавлялся к анализируемому веществу малыми порциями (например, по одной капле разбавленного раствора), а также чтобы можно было надежно определить момент, когда реакция закончилась. Для выполнения второго условия применяют различные индикаторы.

Индикаторы бывают самые разные. Рассмотрим реакцию питьевой соды с уксусом: NaHCO₃ + CH₃COOH = CH₃COONa + CO₂ + H₂O. Из этого уравнения следует, что 1 моль соды (84 г) полностью реагируют с 60 г уксусной кислоты. При этом выделяются пузырьки углекислого газа, которые и могут служить индикатором. Если к гидрокарбонату натрия известной массы добавлять по каплям уксус, пока не перестанет выделяться газ, то, измерив объем добавленного раствора и зная его плотность, легко рассчитать количество чистой уксусной кислоты в добавленном растворе и, следовательно, концентрацию уксуса. Например, если для полной реакции с 1,00 г соды потребовалось 10,5 г уксуса, то это значит, что в уксусе было 60/84 = 0,714 г чистой уксусной кислоты, а его крепость составляет (0,714/10,5)100% = 6,8%. При очень точных расчетах химики используют уточненные значения атомных масс элементов (в данном случае 84,01 для гидрокарбоната натрия и 60,05 для уксусной кислоты).

Конечно, описанный опыт по титрованию рассмотрен только для примера. Ведь газ выделяется далеко не во всех химических реакциях, да и заметить последний пузырек газа непросто, особенно если газ частично растворяется, а раствор имеет темную окраску. Поэтому обычно используют специальные индикаторы, изменение цвета которых свидетельствует о достижении конца реакции – так называемой точки эквивалентности.

Одни из самых распространенных индикаторов – кислотно-щелочные. Они применяются в тех случаях, когда в ходе титрования, т.е. постепенного добавления реагента к анализируемому раствору изменяется рН среды. Это происходит, например, если к анализируемому раствору щелочи добавляют раствор кислоты (или наоборот). Анализируемый раствор готовят по объему или по навеске (ее взвешивают на точных аналитических весах обычно до 0,1 мг), которую растворяют в мерной колбе точно известного объема (такие колбы могут иметь объем 10, 25, 50, 100, 200, 250, 500 или 1000 мл). Небольшой объем анализируемого раствора отбирают из мерной колбы с помощью специальных мерных пипеток (их объем также определен с высокой точностью и составляет обычно 10, 20, 25 и 50 мл) и помещают в коническую колбочку для титрования. В эту колбочку по каплям при непрерывном перемешивании добавляют раствор реагента из бюретки до достижения точки эквивалентности.

Объем израсходованного раствора реагента измеряют по делениям бюретки; ее объем может быть равен 10, 25 или 50 мл, а цена деления – 0,1 мл. Существуют и микробюретки емкостью от 1 до 5 мл с ценой деления 0,01 мл. Раствор из бюретки с помощью краника добавляют по каплям к раствору анализируемого вещества. При этом титрование всегда повторяют несколько раз и берут усредненный результат – это повышает точность и надежность анализа. Если концентрацию растворов измерять в единицах моль/л, то по объему растворов анализируемого вещества и реагента можно сразу определить неизвестную концентрацию вещества. Например, если на титрование 25,00 мл раствора KOH пошло 12,55 мл раствора HCl с концентрацией 0,0865 моль/л (ее определяют заранее), то концентрация щелочи равна 0,0865(12,55/25,00) = 0,0432 моль/л. Понятно, что если для титрования использовали раствор серной кислоты, то необходимо учитывать стехиометрический коэффициент 2 в уравнении реакции 2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O. Химики-аналитики, чтобы учесть стехиометрические коэффициенты, обычно используют вместо молярности нормальность раствора. Так, 1 н. раствор H₂SO₄ соответствует молярной концентрации 0,05 моль/л. Тогда произведение объема на нормальность раствора всегда будет одинаковым и для анализируемого вещества, и для реагента.

Кислотно-основных индикаторов известно множество (около 100), и каждый из них имеет свою область применения. Это можно показать на следующих примерах. При титровании сильной кислоты (HCl) сильной щелочью (NaOH) полная нейтрализация достигается, когда раствор, содержащий NaCl, нейтрален (рН = 7). В этом случае можно пользоваться такими индикаторами как нитразиновый желтый (окраска изменяется от желтой до сине-фиолетовой в интервале рН 6,0 – 7,0) или бромтимоловый синий, имеющий сходные характеристики. При титровании сильной кислоты сильной щелочью (или наоборот) изменение рН в точке эквивалентности бывает настолько резким, что можно использовать и многие другие индикаторы. Например, в указанном примере при концентрациях реагентов 0,1 моль/л после добавления 99,9% всей щелочи рН раствора равен 4, а после добавления 0,1% избытка щелочи рН = 10. Такое резкое изменение рН при титровании может быть вызвано всего 1–2 каплями реактива. Поэтому не будет ошибкой в данном случае воспользоваться и такими индикаторами как метиловый оранжевый (окраска изменяется от красной при рН 3,1 до оранжево-желтой при рН 4) или хорошо известным фенолфталеином (окраска изменяется от бесцветной при рН 8,2 до малиново-красной при рН 10,0).

Если же титровать раствором NaOH слабую кислоту, например, уксусную, то в конце титрования после полной нейтрализации кислоты раствор содержит ацетат натрия CH₃COONa, который, вследствие гидролиза, имеет щелочную реакцию (рН около 9). В этом случае уже нельзя пользоваться метиловым оранжевым, но можно – фенолфталеином. С другой стороны, при титровании слабой щелочи (например, раствора аммиака) сильной кислотой (HCl) в точке эквивалентности в растворе присутствует NH₄Cl, который из-за гидролиза имеет кислую реакцию (рН около 5), и здесь можно использовать метиловый оранжевый и нельзя – фенолфталеин.

Особый случай – выбор индикатора при титровании многоосновных кислот (например, Н₃РО₄), а также смесей веществ. Так, растворы NaOH обычно содержат примесь карбоната из-за реакции с углекислым газом воздуха. Если титровать раствор NaOH, содержащий Na₂CO₃, сильной кислотой в присутствии фенолфталеина, то раствор обесцветится, когда будет нейтрализована вся щелочь и частично – карбонат (это произойдет при рН около 8,5) в соответствии с уравнением

Если к такому раствору добавить метиловый оранжевый и продолжать титрование, то желтая окраска перейдет в розовую, когда прореагирует весь гидрокарбонат (этому соответствует рН около 3,5): NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂CO₃.

Таким образом, используя два кислотно-основных индикатора, можно рассчитать по отдельности содержание щелочи и карбоната в образце.

Если в ходе титрования протекает реакция окисления – восстановления, используются специальные индикаторы, изменяющие свой цвет в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала раствора. Часто окрашенный реагент сам может служить индикатором. например, при количественном анализе восстановителей путем их титрования раствором KMnO₄, точка эквивалентности определяется по исчезновению розовой окраски перманганата. Таким образом можно, например, определить содержание в растворе железа(II) в соответствии с уравнением 10FeSO₄+ 2KMnO₄+ 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O. Пока в растворе присутствуют ионы Fe2+, добавляемый KMnO₄ обесцвечивается. Как только появится малейший избыток перманганата, раствор приобретает розовую окраску. Так можно анализировать различные восстановители.

Более того, с помощью перманганатометрии можно проводить анализ и окислителей! Для этого используют так называемое обратное титрование. Для этого к известному объему окислителя (например, дихромата калия) добавляют в избытке известное количество восстановителя – железа(II). Реакция K₂Cr₂O7 + 6FeSO₄ + 7H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O проходит очень быстро. Затем с помощью титрования перманганатом определяют, сколько осталось железа(II) и простым вычитанием рассчитывают, сколько его израсходовалось в первой реакции с дихроматом.

Другой распространенный метод с использованием окислительно-восстановительных реакций – иодометрия (см. ИОД) Он применяют, например, для определения окислителей, которые, реагируя с иодидом калия, окисляют его до свободного иода, например: 10KI + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5I₂ + 6K₂SO₄ + 8H₂O. Здесь также используют принцип обратного титрования: количество выделившегося в первой реакции иода можно определяют, используя его реакцию с тиосульфатом натрия: I₂ + 2Na₂S₂O₃ = Na₂S₄O₆ + 2NaI. Конец этой реакции определяют по исчезновению окраски иода. Однако когда иода в растворе остается мало, его бледно-желтая окраска почти не видна и трудно заметить момент, когда раствор обесцвечивается полностью. Чтобы повысить точность титрования, ближе к его концу к раствору добавляют немного крахмального раствора: малейшие следы иода окрашивают его в синий цвет. Следовательно, исчезновение синей окраски свидетельствует о том, что реакция прошла полностью. Химики обычно используют очень разбавленные растворы тиосульфата (например, 0,01 моль/л), что значительно повышает точность анализа, поскольку большие объемы раствора измеряются более точно.

Иод очень легко и быстро окисляет аскорбиновую кислоту (витамин С). Поэтому с помощью иодометрического анализа можно даже в домашних условиях определить (конечно, без особой точности) содержание этого витамина, например, в апельсиновом соке. (Применять здесь кислотно-основное титрование нельзя, так как в соке в значительно бoльших количествах содержатся другие органические кислоты – лимонная, яблочная, винная и другие.) Анализ основан на том, что 1 моль аскорбиновой кислоты (176 г) реагирует с 1 моль иода (254 г). Для титрования можно использовать аптечную иодную настойку, считая, что иод не выдохся и она точно 5%-ная (это соответствует концентрации около 0,2 моль/л). Количество израсходованного иода можно оценить с помощью обычной пипетки – по числу капель настойки, использованной в реакции. Так как аскорбиновой кислоты в соке обычно не очень много, на титрование его порции (например, 20 мл) может пойти всего 1–2 капли настойки, что приведет к очень большой ошибке анализа. Чтобы результат был более точным, надо либо взять много сока, либо разбавить иодную настойку; в обоих случаях число капель иода, израсходованных на титрование, увеличится, что и сделает анализ точнее. Химики предпочитают второй путь.

Если настойку разбавить кипяченой водой (химики пользуются дистиллированной) в 40 раз, то концентрация такого раствора будет около 0,005 моль/л; 1,0 мл такого раствора соответствует 0,88 мг аскорбиновой кислоты. Необходимо также определить объем капли (он зависит от типа пипетки, а также от конкретного раствора). Для этого надо с помощью медицинского шприца на 1 или 2 мл отмерить 1 мл разбавленного раствора иода, а затем посчитать, сколько в этом объеме содержится капель (это займет всего несколько минут). Методику желательно отработать вначале на стандартном растворе аскорбиновой кислоты. Его можно приготовить из таблетки с известным содержанием аскорбиновой кислоты – например, 0,1 или 0,5 г. Таблетку надо растворить в 0,5 л кипяченой воды и отобрать с помощью аптечной мензурки 25 мл этого раствора (витамина в нем будет в 20 раз меньше, чем в таблетке). К этому раствору и добавляют разбавленную иодную настойку, не забывая в конце добавить немного жидкого крахмального клейстера. И если, например, на титрование 25 мл раствора пошло 6,0 мл раствора иода, то аскорбиновой кислоты в растворе было 0,88.6 = 5,28 мг, а в исходной таблетке – в 20 раз больше, т.е. 105,6 мг. Такая небольшая ошибка свидетельствует о правильности «домашнего» анализа.

Химики, конечно, не капают из пипетки, а используют точные бюретки с делениями. Кроме того, они часто не готовят даже сами стандартные растворы, а пользуются фабричными; такие растворы в запаянных ампулах называются фиксаналами – они содержат фиксированное количество реагента (обычно 0,1 моль) для точного определения концентрации рабочего раствора. Фиксаналами служат, например, растворы KMnO₄, K₂Cr₂O₇, NaCl, H₂C₂O₄, HCl, AgNO₃, NaOH и др.

Широкое распространение получили комплексонометрические индикаторы – вещества, образующие с ионами некоторых металлов (многие из которых бесцветны) окрашенные комплексные соединения. Примером может служить эриохром черный Т; раствор этого сложного органического соединения имеет синий цвет, а в присутствии ионов магния, кальция и некоторых других образуются комплексы, окрашенные в интенсивный винно-красный цвет. Анализ ведут так: к раствору, содержащему анализируемые катионы и индикатор, добавляют по каплям более сильный, по сравнению с индикатором, комплексообразователь, чаще всего – трилон Б. Как только трилон полностью свяжет все катионы металлов, произойдет отчетливый переход от красного цвета к синему. По количеству добавленного трилона легко вычислить содержание катионов металла в растворе. С помощью комплексонометрического анализа определяют, например, общую жесткость воды.

Существуют методы титрования, основанные на образовании осадка. Так, с помощью аргентометрии можно определить содержание в растворе хлоридов и бромидов. Для этого раствор титруют раствором AgNO₃. Для более четкого установления точки эквивалентности, в анализируемый раствор добавляют 1–2 капли раствора K₂Cr₂O₄. Пока в растворе есть избыток галогенид-ионов, образуются менее растворимые AgCl или AgBr. После полного осаждения этих ионов, сразу появится красноватый осадок Ag₂CrO₄. Если же надо определить ионы серебра в растворе, его титруют раствором NaCl.

Описанные приемы далеко не исчерпали существующие методы титрования. Широкое распространение получили также методы, в которых за ходом титрования следят с помощью приборов. Например, при кондуктометрическом анализе (от англ. conductivity – электропроводность) измеряют электропроводность раствора, которая меняется в ходе титрования. При потенциометрическом методе измеряют потенциал электрода, погруженного в анализируемый раствор. Фотометрический анализ основан на измерении поглощения света при изменении интенсивности окраски раствора. Разработаны приборы, которые не только определяют точку эквивалентности, но и сами автоматически добавляют по каплям рабочий раствор к анализируемому и выдают готовый результат анализа.

Титрование как метод анализа отличается простотой методики и аппаратуры, а также высокой точностью: с помощью титрования нетрудно определить концентрацию вещества в растворе с точностью до 0,1%. Поэтому титриметрические методы широко применяются в научных исследованиях и при контроле технологических процессов на производстве. Так, при изучении кинетики реакции определяют уменьшение со временем концентрации исходного реагента или рост концентрации продукта реакции; таким способом, например, были выполнены классические работы по механизму реакций замещения в органических соединениях. В промышленности широко используются титраторы – приборы для автоматического выполнения титриметрических анализов. Они очень удобны для проведения массовых однотипных анализов (например, для определения состава сплава в процессе его выплавки или содержания в нем вредных примесей). Такие приборы способны долго работать в отсутствие лаборанта, автоматически отбирать пробы и выдавать результаты анализа. Это особенно важно при необходимости работы с радиоактивными, ядовитыми или взрывчатыми веществами, в запыленных помещениях и т.п.

Источник

Часто задаваемые вопросы о титровании и определение титрования — молярное уравнение, кривая титрования, расчеты и т. д.

База знаний по титрованию

Посмотрите видеоролик: Что такое титрование?

Титрование — это аналитический метод, предназначенный для количественного определения отдельного вещества (анализируемого компонента), растворенного в образце. Метод основан на наблюдении полного прохождения химической реакции между анализируемым компонентом и добавляемым к раствору реагентом (титрующим веществом) известной концентрации.

анализируемое вещество + реагент (титрант) → продукты реакции

Найдите все ответы на вопросы о титровании!

Титрование — это аналитический метод, предназначенный для количественного определения отдельного вещества (анализируемого компонента), растворенного в образце. Метод основан на наблюдении полного прохождения химической реакции между анализируемым компонентом и добавляемым к раствору реагентом (титрующим веществом) известной концентрации.

анализируемое вещество + реагент (титрант) = продукты реакции

Хорошо известным примером является титрование уксусной кислоты (CH₃COOH) в уксусе гидроксидом натрия NaOH:

Титрант добавляется до тех пор, пока реакция не будет полностью завершена. Реакция пригодна для аналитических целей, если момент ее завершения можно легко наблюдать. Это значит, что полноту протекания реакции нужно контролировать подходящим методом, например, потенциометрическим (измерение потенциала специальным датчиком), или с помощью веществ-цветовых индикаторов. Концентрация анализируемого вещества рассчитывается по израсходованному количеству титранта на основе стехиометрии химической реакции. Реакция, используемая для титрования, должна быть быстрой, однозначной, полной и четко наблюдаемой.

Кривые титрования отображают количественный ход титрования. Они позволяют быстро оценивать метод титрования. Делается различие между логарифмическими и линейными кривыми титрования.

Кривая титрования имеет в своей основе две переменные:

объем титранта как независимая переменная; и отклик раствора, то есть значение pH для кислотно-основного титрования, как зависимая переменная, зависящая от состава двух растворов.

Кривые титрования могут принимать четыре разные формы и должны анализироваться с помощью соответствующих алгоритмов оценки. Этими четырьмя формами являются: симметричная кривая, асимметричная кривая, кривая с минимумами/максимумами и сегментированная кривая.

Кислотно-основное титрование представляет собой количественный анализ, используемый для определения концентрации раствора неизвестной кислоты или основания методом добавления измеряемых объемов известного кислого или основного титранта, которым нейтрализуется анализируемое вещество.

При титровании гиалуроновой кислоты сильным основанием (например, NaOH) имеют место два химических равновесия:

Кислотно-основные реакции протекают очень быстро, и химическое равновесие устанавливается крайне быстро. Кислотно-основные реакции в водных растворах идеально подходят для титрования. Если используемые растворы не слишком разбавлены, форма кривой титрования зависит только от константы кислотности K_a.

Концентрация количества вещества Х (символ c(X)) в растворе, или молярная концентрация, определяется как количество вещества n, разделенное на объем V раствора.

Обычные единицы измерения, используемые для анализов, — это моль/л и ммоль/л.

Режим титрования до конечной точки (EP)

Титрование до конечной точки — классический способ титрования. Титрант добавляется до наблюдаемого окончания реакции, например, до изменения цвета индикатора. В автоматическом титраторе процесс титрования образца продолжается до достижения заранее установленной величины, например, pH = 8,2.

Режим титрования до точки эквивалентности (EQP)

Точка эквивалентности — это момент титрования, в котором определяемое вещество и реагент присутствуют в растворе в абсолютно одинаковых количествах. В большинстве случаев точка эквивалентности практически совпадает с точкой перегиба кривой титрования, например, в случае кривых, полученных кислотно-основным титрованием. Точка перегиба кривой определяется соответствующим значением pH или величиной потенциала (мВ) и значением расхода титранта (мл). Точка эквивалентности рассчитывается исходя из значения расхода титранта с известной концентрацией. Произведение концентрации титранта и расхода титранта дает количество вещества, которое прореагировало с образцом. В автоматическом титраторе измеренные точки оцениваются в соответствии со специальными математическими методами, что позволяет построить расчетную кривую титрования. Затем на основе этой расчетной кривой вычисляют точку эквивалентности.

При обратном титровании используются два реагента: один реагирует с исходным образцом (А), а второй реагирует с первым реагентом (В).

Сначала к образцу добавляется точно измеренный избыток реагента А. После окончания реакции оставшийся избыток реагента А подвергается обратному титрованию вторым реагентом В. Разность между добавленными количествами первого и второго реагентов дает эквивалентное количество анализируемого вещества. Обратное титрование используется в основном, когда реакция при прямом титровании идет слишком медленно, или при неудовлетворительной прямой индикации точки эквивалентности. Например, для определения содержания кальция используются реагенты EDTA (A) и ZnSO₄ (B).

В титровании используются реакции нескольких видов.

Реакции нейтрализации (кислота-щелочь)

Примеры: кислотность вина, молочных продуктов; содержание кислоты в кетчупе; концентрация неорганических кислот, в том числе серной.

Реакции осаждения

Примеры: содержание соли в пищевых продуктах, в том числе в чипсах и кетчупе; содержание серебра в монетах; содержание сульфатов в минеральной воде; содержание сульфатов в гальванической ванне.

Окислительно-восстановительные реакции

Примеры: содержание меди, хрома и никеля в гальванической ванне.

Комплексометрические реакции

Примеры: общая жесткость воды (Mg и Ca); содержание кальция в молоке и сыре; анализ цемента.

Реакции осаждения из коллоидных растворов

Примеры: содержание анионного ПАВ в моющих средствах; содержание анионного ПАВ в стиральных порошках; содержание анионного ПАВ в жидких чистящих средствах.

Найдите нужный метод!

Титрование подразделяется на разные виды в зависимости от принципа индикации и протекающих химических реакций.

Потенциометрия

Прямое измерение гальванического потенциала, образующегося в системе электродов, называется потенциометрией, тогда как выполнение титрования с помощью этого метода называется потенциометрическим титрованием.

Образующийся потенциал U должен измеряться, если это возможно, при нулевом токе усилителем сигнала с высоким импедансом по следующим причинам:

Для очень высокоомных датчиков, таким образом, необходимы усилители сигналов с входным сопротивлением 10 12 Ом.

Вольтаметрия

Эта методика индикации включает измерение разности потенциалов между двумя металлическими электродами, поляризуемыми слабым током. Как и в случае потенциометрии, кривая полярографического титрования представляет собой кривую потенциал-объем.

Требуется следующее измерительное оборудование:

Источник стабилизированного тока. Включаемое в цепь сопротивление R, которое необходимо выбрать таким образом, чтобы мог генерироваться ток поляризации Ipol в диапазоне 0,1-20 мкА. Потенциал U, появляющийся между электродами, измеряется точно так же, как при потенциометрии. Одним из главных применений полярографии является определение содержания воды по методу Карла Фишера.

Фотометрия

Основой фотометрического метода является уменьшение интенсивности на определенной длине волны светового пучка, проходящего через раствор. Светопропускание — первичная измеряемая переменная в фотометрии и дается как:

I₀: Интенсивность падающего света

I: Интенсивность прошедшего света

В случае поглощения всего света I = 0 и, следовательно, T = 0. Если нет никакого поглощения света,

I = I₀ и T = 1 (или %T = 100%).

При фотометрии работа часто выполняется с использованием поглощения как измеряемой переменной. Отношение между светопропусканием и поглощением описывается законом Бугера-Бера-Ламберта:

A = − log T = A = ε · b · c

ε: Коэффициент экстинкции

c: Концентрация поглощающего вещества

d: Длина пути света через раствор

Из отношения выше можно видеть, что имеется линейное соотношение между поглощением А и концентрацией с.

По сравнению с потециометрическими датчиками фотоэлектрические датчики имеют ряд преимуществ при титровании:

Фотометрическая индикация доступна для многих аналитических реакций:

При фотометрическом титровании должна выбираться такая длина волны, которая дает наибольшую разницу светопропускания перед точкой эквивалентности и после нее. В видимой области спектра такие длины волн обычно находятся в диапазоне 500-700 нм.

Примеры использования: комплексометрические и турбидиметрические реакции.

Электропроводность

Электропроводность — это способность раствора пропускать через себя электрический ток. Единица измерения электропроводности — мкСм/см (микросименс/сантиметр) или мСм/см (миллисименс/сантиметр). Высокое значение означает большое количество ионов. Сила тока, проходящего через раствор, пропорциональна количеству ионов. Если известна электропроводность раствора, можно определить суммарное содержание ионов. Кроме того, если известны ионы, можно даже сделать заключение об их концентрации.

Для измерения электропроводности прикладывается напряжение между двумя пластинами, погруженными в раствор. Можно использовать металлические пластины или графитовые стержни. Когда растворенные ионы начнут перемещаться к пластинам, между ними потечет электрический ток.

Принцип кондуктометрического титрования.

В процессе титрования одни ионы заменяются другими, и в любом случае эти два иона отличаются по ионной проводимости, в результате чего электропроводность раствора в ходе титрования изменяется. Поэтому, если добавить раствор одного электрода к другому, окончательная электропроводность будет зависеть от происходящей реакции. Однако если в растворах электролита не происходит никаких химических реакций, это приведет к повышению уровня электропроводности. Точку эквивалентности можно найти графически, изобразив изменение электропроводности как функцию объема добавленного титранта.

Термометрическое титрование

В основе термометрического титрования лежит элементарный принцип, что любая химическая реакция сопровождается изменением энергии. В процессе эндотермических реакций поглощается энергия и наблюдается падение температуры. Обратное верно для экзотермических реакций, когда энергия выделяется. Точку эквивалентности (EQP) титрования можно найти, проследив за изменением температуры (рис. 1). В ходе экзотермического титрования температура повышается, пока не достигается точка эквивалентности EQP. После этого температура первоначально стабилизируется и затем падает. При эндотермическом титровании происходит противоположное явление.

Как описано выше, в ходе реакции эндотермического титрования температура уменьшается. Сразу при достижении точки эквивалентности температура стабилизируется. Конечная точка определяется расчетом второй производной кривой (сегментированная оценка).

Минимальные требования к термометрическому титрованию: химическая реакция с большим выделением энергии, точный и быстродействующий термометр и титратор, способный выполнять сегментированную оценку кривой титрования.

Кулонометрическое титрование

Методика кулонометрического титрования первоначально была разработана Szebelledy и Somogy [1] в 1938 году. Этот метод отличается от волюмометрического титрования тем, что титрант образуется на месте за счет электролиза, а затем стехиометрически реагирует с анализируемым веществом. Количество прореагировавшего вещества рассчитывается по суммарному прошедшему электрическому заряду Q (в кулонах), а не по объему израсходованного титранта, как при волюмометрическом титровании.

Примерный список отраслей, в которых применяется титрование:

Инкрементное добавление титранта (INC)

Титрант добавляется равными по объему частями, dV. Инкрементное добавление титранта применяется при неводном титровании, в ходе которого сигнал может быть нестабильным, а также при окислительно-восстановительном и фотометрическом титровании, в которых происходит резкое изменение потенциала в точке эквивалентности. Обратите внимание: на участок кривой с наибольшей крутизной приходится сравнительно небольшое число измерений.

Динамическое добавление титранта (DYN)

Если при каждом добавлении титранта величина изменения pH или потенциала постоянна, появляется возможность изменять добавляемый объем в заданных пределах.
Анализ можно ускорить, применяя больший объем титранта на пологих участках кривой титрования. При этом количество измерений на участке с наибольшей крутизной увеличивается, что повышает точность оценки.

Такое расхождение в результатах наиболее заметно при проведении кислотно-основного титрования с использованием одного из индикаторов pH. Первая причина заключается в том, что индикаторы pH изменяют свой цвет в интервале значений pH, а не при каком-то фиксированном значении. Момент изменения цвета в значительной степени зависит от образца и может не совпадать с химической точкой эквивалентности. Это может привести к небольшому расхождению в результатах, которое легко исключается стандартизацией титранта с помощью метода, аналогичного используемому для образцов.

Вторая причина разницы связана, главным образом, с чувствительностью человеческого глаза к изменению цвета. Человеческий глаз не в состоянии мгновенно уловить уже начавшееся изменение цвета. Это можно продемонстрировать с помощью фотометрического датчика, например, фототродов DP5 МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. При использовании таких датчиков ясно обнаруживается изменение светопропускания задолго до того, как человеческий глаз обнаружит любое изменение цвета. В типичном случае кислотно-основного потенциометрического титрования с использованием датчика pH образование малейшего избытка кислоты (или щелочи) приводит к резкому изменению сигнала, что позволяет более точно определять конечную точку.

Обычно существуют три основные проблемы с электродами при выполнении неводного титрования. Первая проблема — необходимость в водном электролите с неводным растворителем. Замена электролита в электроде легко решает эту проблему. Вторая проблема связана с тем обстоятельством, что образец не токопроводящий. Это приводит к плохой электрической связи между измерительной и эталонной частями ячейки или частями электрода при комбинированной конструкции. В результате возникает сильный шумовой сигнал, особенно при использовании в эталонном электроде датчика со стандартной керамической мембраной. Частичное решение этой проблемы — использование датчика с муфтой, такого как электрод DG113. Этот датчик имеет раствор LiCl в этаноле в качестве стандартного электролита и, в отличие от керамической мембраны, полимерную муфту, образующую большую по размеру площадь контакта между рабочей и эталонной частями и, как следствие, меньший шумовой сигнал.

Третья проблема заключается не в самом электроде, а в работе с датчиком. Для правильной работы стеклянного датчика pH необходимо, чтобы стеклянная мембрана (колбочка или электрод) была гидратирована. Это достигается кондиционированием электрода в деионизованной воде. В ходе неводного титрования такая мембрана постепенно дегидратируется, что снижает отклик электрода. Для предотвращения или решения этой проблемы электрод необходимо регулярно приводить в рабочее состояние при помощи смачивания в воде.

Это зависит от стабильности титранта и от мер, принятых для его защиты от типичных загрязнений, которые могут вызвать снижение концентрации. Наиболее распространенные приемы защиты титранта включают хранение светочувствительного раствора (например, содержащего йод) в темной посуде, использование молекулярных сит или силикагеля для защиты от влаги титрантов, применяемых в титровании по методу Карла Фишера, и предотвращение абсорбции углекислого газа сильными щелочами, например, гидроксидом натрия.

Автоматические титраторы — это приборы, управляемые с помощью микропроцессоров, которые обеспечивают автоматизацию всех операций, относящихся к титрованию, а именно:

Автоматические титраторы выполняют операции в определенной последовательности. Эта последовательность практически не отличается в титраторах разных моделей и производителей. Она выполняется и повторяется несколько раз до достижения конечной точки или точки эквивалентности (цикл титрования). Цикл титрования состоит из четырех основных этапов:

Каждый этап титрования характеризуется особыми параметрами (например, шаг титрования), которые задаются в программе. В более сложных программах титрования предусмотрены дополнительные этапы, например, добавление специального реагента для обратного титрования, разбавление, корректировка значения рН. Все эти этапы и соответствующие параметры составляют метод титрования.

Классический способ

Титрование — широко распространенный классический метод анализа. Изначально его выполняли, добавляя титрант из стеклянного цилиндра с делениями (бюретки). Количество добавляемого титранта регулировалось вручную с помощью крана. Момент завершения реакции титрования (конечную точку) определяли по изменению цвета индикатора. Сначала использовались только такие реакции титрования, которые сопровождались заметным изменением цвета. Позже стали добавлять специальные вещества-индикаторы, изменяющие свой цвет. Достижимый уровень точности определялся в основном квалификацией исполнителя и, в частности, его способностью различать цветовые оттенки.

Современный способ

Со временем процесс титрования значительно усовершенствовался: ручные бюретки с поршнем были снабжены электроприводом, который обеспечивает точность и воспроизводимость при добавлении титранта. Вместо цветовых индикаторов используются электроды для измерения потенциала, за счет чего повысилась точность результатов. По кривой изменения потенциала при добавлении титранта можно гораздо точнее определить конечную точку, чем по изменению цвета. С помощью микропроцессоров можно управлять титрованием и полученными данными в автоматическом режиме. Это большой шаг на пути к полной автоматизации.

Сегодня и в перспективе

Совершенствование продолжается. Современные автоматические титраторы поддерживают программирование полной аналитической процедуры, обеспечивая максимальную гибкость в разработке методов. Комбинируя простые рабочие функции, такие как «Дозирование», «Перемешивание», «Титрование», «Расчет», можно создать специальный метод для каждого анализа. Нагрузка на лаборантов снижается благодаря дополнительным устройствам (автосемплеры, насосы). Еще одно новшество — подключение к компьютерам и лабораторным информационным системам (LIMS).

Источник

• ← самая лучшая стирально сушильная машина
• как определяется размер шин на авто и что означают цифры →