Поделиться статьей
В университете на практическом курсе аналитической химии мне приходилось много титровать. Я помню осторожное дозирование титранта стеклянной бюреткой, неудобный процесс повторного наполнения бюретки и постоянное опасение, что я неправильно выбрала конечную точку.
Все студенты в группе получали разные результаты, но мы так и не поняли почему. В те годы у меня было мало знаний. Сейчас, после 10 лет опыта титрования, я поняла, что результаты ручного титрования очень сильно зависят от человека, который проводит анализ. Ниже я перечислю основные источники ошибок, и как вы можете их избежать.
Правильный выбор индикатора
Значение pH конечной точки титрования зависит от константы кислотной диссоциации (Ka) используемых кислоты и основания. Если сильное основание титруют сильной кислотой, значение pH в конечной точке составляет около 7. Титрование сильного основания слабой кислотой смещает конечную точку в сторону диапазона щелочи. Титрование сильной кислоты слабым основанием – в зону кислот. Это объясняет, почему при кислотно-щелочном титровании используются несколько разных индикаторов. Какой мы выберем?
На приведенной выше диаграмме показаны самые популярные pH индикаторы. Из графика видно, что не получите правильных результатов при pH конечной точки = 7, если в качестве индикатора вы используете кристаллический фиолетовый или метиловый оранжевый. К счастью, в большинстве стандартов и в стандартных методиках работы индикатор уже указан. Если будете следовать инструкциям, все будет хорошо!
Субъективность распознавания конечной точки
Проблемы начинаются в процессе определения конечной точки. Вы когда-нибудь задумывались о тонкостях изменения цвета?
На рисунке вы видите пять стадий кислотно-щелочного титрования c(HCl) = 1 моль/л с c(NaOH) = 1 моль/л. Единственная разница между соседними фотографиями заключается в одной капле титранта. На каком из них истинная конечная точка?
Может это конечная точка на рисунке 1 с бледно-розовым оттенком? Или на картинке под номером 3 с более интенсивным цветом? Или даже на картинке 5, где розовый цвет наиболее яркий? Между 1 и 5 было добавлено всего четыре капли титранта. Одна капля – это 50 мкл, а добавленный в сумме объем составляет 200 мкл титранта или примерно 7,3 мг соляной кислоты. Для фармацевтического анализа – это колоссальная ошибка.
Считываем объем на бюретке
Вы помните, как правильно считывать значения на бюретке? Нужно убедиться, что фиксируете значение мениска четко по горизонтали. Знаете почему?
Значение объема зависит от угла, под которым вы смотрите на бюретку. На данном рисунке данные отличаются от фактического значения до 0,2 мл (200 мкл) в зависимости от угла обзора. Чем больше ваш ракурс отклоняется от горизонтали, тем более неточными будут значения и сам результат. Вы можете допустить среднюю ошибку 200 мкл. Но для титрования это недопустимо много, на предыдущем примере я рассказала почему.
Повышаем объективность и точность оценки
Как можно исключить эти ошибки? Легче всего просто обойти возможную неточность. Решением станет использование электронной бюретки. Все, что вам нужно сделать, это заполнить ее титрантом, а затем нажать кнопку. Устройство автоматически измерит объем и выдаст оцифрованный результат. Использование электронной бюретки уже обеспечит высокий уровень объективности ваших результатов.
Электронная бюретка также повысит и точность данных. Мне не нужно рассказывать вам, насколько важна точность в аналитической химии, но я приведу пример. Представьте, что вы определили чистоту золота в 90%, а на самом деле оно чистое на 99%. Вы бы потеряли много денег, продавая свое золото с этой иллюзией!
Ранее я показала, что визуальное распознавание конечной точки с цветовым индикаторам может привести к ошибкам до 200 мкл. Неточность ручной бюретки может вызвать погрешность в дополнительных 200 мкл. Хотя электронная бюретка не помогает добиться лучшей объективизации при распознавании конечной точки, она добавляет куда меньший объем титранта: вместо прежних 50 мкл на каплю, всего 0,25 мкл в зависимости от объема используемой бюретки. Это существенно снизит ошибку при распознавании конечной точки. Самые распространенные бюретки описаны ниже:
| Объем цилиндра бюретки (мл) | Мин. добавляемый объем (µл) |
| 5 | 0.25 |
| 10 | 0.50 |
| 20 | 1.00 |
| 50 | 2.50 |
Следующий шаг: автоматическое титрование
Если вы хотите закрыть все источники ошибок, про которые мы говорили, вам придется перейти на автоматическое титрование или автотитрование. В этом случае вы будете использовать электрод для анализа изменения pH в образце и математический алгоритм для детектирования конечной точки — индикатор вам больше не потребуется. Кроме того, вы получите ту же точность, что и с электронной бюреткой.
Ознакомьтесь с соответствующей записью в блоге для получения дополнительной информации.
Пять причин перейти от ручного титрования к автоматизированному
Your knowledge take-aways
Manual vs. Automated Titration: Benefits and Advantages to Switching
