Règles de titrage – Préparation des échantillons

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Le succès est à portée de main.

Que vous titriez avec une burette manuelle et un colorant indicateur, ou que vous utilisiez un système de titrage automatique à grande échelle, il existe 10 règles principales que les scientifiques qui réussissent testent. Ces 10 règles se répartissent en quatre catégories: préparation des échantillons, analyse, examen des résultats et maintenance et entretien.

Qu’est-ce que le titrage? Pourquoi automatiser?

Le titrage est une technique analytique utilisée pour quantifier un certain nombre de produits chimiques dans de nombreuses industries. Les titrages manuels peuvent être inexacts et les résultats peuvent varier entre les opérateurs en fonction de la subjectivité des indicateurs de couleur. Investir dans un système de titrage automatique comme le Hanna Instruments, HI932, est une étape pour améliorer considérablement la précision et la répétabilité des résultats de titrage. Cependant, l’instrument lui-même n’est qu’une partie du puzzle de la précision. La réflexion critique et l’application des meilleures pratiques tout au long du processus d’analyse des échantillons amélioreront encore la précision lors de l’utilisation d’un système automatisé. Ce blog sert de guide général pour maximiser la précision des résultats de titrage en couvrant les meilleures pratiques pour la préparation des échantillons, l’analyse, l’examen des résultats, la maintenance et l’entretien.

La préparation des échantillons

# 1 Choisir la bonne taille d’échantillon

Le choix de la taille d’échantillon correcte est l’un des critères les plus importants pour garantir que les résultats de titrage seront précis, efficaces et rentables. L’utilisation d’un échantillon trop petit peut donner des résultats inexacts car il offre une très mauvaise résolution en termes de données. Lorsque les données sont limitées, il est très difficile d’interpoler où se trouve le véritable point équivalent. Il en résulte une répétabilité et une précision médiocres. Inversement, l’utilisation d’une trop grande quantité d’échantillon entraînera des coûts chimiques plus élevés en raison d’une utilisation excessive de titrant, ainsi que de l’excès de déchets chimiques produits.La taille idéale de l’échantillon consommera un volume de titrant compris entre 25 et 75% du volume total de la burette.

Vous pensez peut-être – mais comment savoir quelle quantité d’échantillon utiliser pour consommer cette quantité de titrant? Heureusement, si nous connaissons la concentration estimée de notre échantillon, il existe un moyen simple de déterminer la taille d’échantillon appropriée en fonction de la consommation de réactif en utilisant l’équation de titrage!

Pour passer rapidement en revue, l’équation de titrage est la suivante:

CA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF
SA
Où:
CA est la concentration de l’analyte (l’inconnu que vous essayez de mesurer)
VT est le volume de titrant utilisé pour atteindre le point final
CT est la concentration de titrant
RR est le rapport de réaction stoechiométrique de notre analyte: réactif, dans cet ordre
MM est la masse molaire de notre analyte
CF est un facteur de conversion pour ajuster les résultats aux unités de résultats de votre choix (si nécessaire)
SA est la taille de l’échantillon de notre analyte, et peut être une masse ou un volume

Heureusement, nous pouvons réorganiser l’équation de titrage pour résoudre la taille de l’échantillon. Avec un simple réarrangement, nous pouvons maintenant facilement résoudre la taille d’échantillon appropriée en insérant nos valeurs connues dans l’équation.

SA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF
CA

Prenons un exemple concret. Le ketchup est un condiment très populaire, et l’un des composants qui est régulièrement testé est la teneur en sel. Pour déterminer la gamme de taille d’échantillon appropriée pour un titrage de la teneur en sel (chlorure de sodium-NaCl) dans le ketchup (avec une teneur estimée en sel de 2%), en utilisant 0,1 M (mol / L) de nitrate d’argent comme titrant et en utilisant un 25 mL burette.

En appliquant la règle des 25 à 75% à une burette de 25 ml (0,025 L), nous voudrions idéalement consommer entre 6 à 19 ml (0,006 à 0,019 L) de titrant.

Voici notre équation, définissons les variables et calculons les limites supérieure et inférieure de la taille de l’échantillon.

SA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF
CA
SA est encore la taille de notre échantillon, c’est ce que nous résolvons.
VT est notre volume de titrant, pour notre limite inférieure, nous avons calculé que c’est 0.006L
CT est la concentration de notre titrant, donc pour cet exemple 0.1 M (mol/L).
RR est notre rapport de réaction de notre analyte, sel (NaCl), à notre titrant, nitrate d’argent (AgNO3). Nous obtenons cette information de l’équation chimique équilibrée:
NaCl+ AgNO3 → AgCl +NaNO3
Puisqu’il n’y a pas de coefficients avant notre titrant ou notre analyte, ils sont supposés être 1. Donc, cette équation dit qu’une mole de sel consommera 1 mole de nitrate d’argent, ce qui rend le rapport 1: 1, ce qui équivaut à 1.
MM est la masse molaire de notre analyte, le chlorure de sodium qui a une masse molaire de 58.44 g/mol (grammes par mole).
CA est la concentration de notre analyte estimée à 2%, ce qui équivaut à 2g/100g.

Maintenant que nous avons défini les variables des limites inférieures, intégrons-les à notre équation.

SA = o.oo6L ∗ (0.1 mol ⁄ L) ∗ 1 ∗ (58.44 g ⁄ mol) ∗ 1(Aucun facteur de conversion n’est nécessaire.)
(2g ⁄ 100g)

Annulation de nos unités:

SA = o.oo6L∗ (0.1 mol⁄ L) ∗ 1 ∗ (58.44g ⁄ mol) ∗ 1(Aucun facteur de conversion n’est nécessaire.)
(2g ⁄ 100g)

Résolution pour SA:

SA = 1.75 g

En remplaçant notre limite supérieure de titrant de 0,019 L par notre VT dans notre équation, on obtient 5,555 grammes.

Par conséquent, pour cet exemple, ~ 1,75 à 5,55 grammes de produit est la plage d’échantillons idéale qui consommera suffisamment de titrant pour une bonne résolution des données.

Pour une aide supplémentaire pour déterminer la taille idéale de l’échantillon –
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#2 Utilisation d’un échantillon représentatif

La taille de l’échantillon n’est pas la seule considération pour travailler avec des matrices d’échantillons complexes. Il est essentiel de s’assurer qu’un échantillon représentatif soit utilisé pour une détermination précise d’un analyte. Un échantillon représentatif est celui qui incarne la matrice d’échantillon dans son ensemble en ce qu’il contient toutes les parties du produit parent ou de l’échantillon dans les proportions correctes. Ceci est particulièrement important pour les échantillons qui ne sont pas homogènes par défaut, tels que les mélanges d’épices ou le sol. Si les résultats ne sont pas reproductibles, même lorsqu’une technique de mesure appropriée est utilisée, la source probable d’erreur est un échantillon non représentatif.

Il y a des moments où il est difficile de garantir un échantillon représentatif dans la plage de taille d’échantillon recommandée pour la méthode. Si tel est le cas, une dilution est un excellent moyen à la fois d’assurer un échantillon représentatif, tout en utilisant une taille d’échantillon adaptée à une bonne résolution des données. Une dilution est également une bonne idée si la taille de l’échantillon suggérée par la section précédente est trop petite pour être pratiquement mesurée. Avec une dilution, une plus grande quantité d’échantillon est pesée et ajoutée à une fiole jaugée. De l’eau désionisée est ajoutée au ballon pour amener le contenu au volume souhaité. Le mélange est ensuite laissé sous agitation pendant un certain temps pour s’homogénéiser et / ou pour extraire l’analyte. Une petite aliquote de ce mélange est ensuite titrée jusqu’à un point final. Avec les systèmes de titrage automatique Hanna Instruments, l’utilisateur peut programmer la dilution dans le titrateur, de sorte que les résultats seront ajustés pour le facteur de dilution.

Pour programmer une dilution dans le titrateur, vous aurez besoin de:

Taille de l’analyte à diluer (taille de l’échantillon): La masse ou le volume du matériau ajouté à la verrerie volumétrique
Volume final: Le volume une fois que l’eau désionisée a été ajoutée à l’échantillon
Taille de l’aliquote: Le volume de l’échantillon utilisé pour le titrage.

 

# 3 Utilisation des outils et techniques de mesure appropriés

L’utilisation d’outils et de techniques de mesure appropriés est un élément crucial de la stratégie d’amélioration de la précision des résultats de titrage. Rappelez-vous de notre équation de titrage, que la taille de l’échantillon est directement prise en compte dans les résultats.

Si la taille de l’échantillon qui est entrée dans le titrateur est inexacte, le résultat du titrage sera également inexact. Il est donc important de vous assurer que vous êtes en mesure d’obtenir des aliquotes d’échantillons avec les outils appropriés. En règle générale, les échantillons liquides sont mesurés en volume et les échantillons solides en masse.

Échantillons liquides

Commençons par parler de la manipulation des liquides. Toutes les verreries volumétriques n’ont pas été créées de la même manière, il est donc important de comprendre les différents types de verrerie et leurs objectifs.

BÉCHERS ET FLACONS ERLENMEYER

Les béchers et les fioles Erlenmeyer, bien qu’ils puissent contenir des marques graduées pour indiquer le volume de l’échantillon, sont principalement utilisés pour contenir, verser ou mélanger des solutions. Ils ne sont généralement pas notés avec une déclaration de précision pour mesurer des volumes spécifiques. L’utilisation d’outils tels que ceux-ci pour mesurer la taille d’un échantillon peut entraîner des fluctuations dans les résultats, ce qui entrave la répétabilité de vos tests.

PIPETTES DE TRANSFERT

Les pipettes de transfert jetables (à ne pas confondre avec les pipettes volumétriques jetables) sont un autre outil qui peut sembler précis en raison de leurs marquages, mais qui ne sont généralement pas évalués pour leur précision. Ce ne sont pas des outils recommandés pour la mesure volumétrique, mais ce sont cependant d’excellents outils pour l’ajout de réactifs qui ne nécessitent pas d’ajout précis.

CYLINDRES GRADUÉS

Les éprouvettes graduées sont conçues pour mesurer et verser des liquides. Les cylindres gradués ont généralement une tolérance d’erreur de 1% et sont généralement considérés comme moins précis que les fioles jaugées et les pipettes. Ils sont rapides et faciles à utiliser et peuvent être un bon choix pour les environnements à haut débit.

FIOLES JAUGÉES

Les fioles jaugées sont précises pour un volume spécifique de liquide. Ils n’ont généralement pas de marquages gradués pour mesurer différents volumes de solution, mais ils sont la verrerie de choix pour effectuer des dilutions précises.

PIPETTES VOLUMÉTRIQUES

Les pipettes volumétriques offrent généralement la plus grande précision et conviennent parfaitement au transfert de liquides d’une source à une autre. Ce type de pipette comprend des pipettes en plastique jetables, des pipettes en verre et des pipettes automatiques. Afin d’obtenir la précision à l’aide de ces outils, il est essentiel que la technique appropriée soit utilisée lors de l’échantillonnage. Les deux facteurs les plus importants sont l’angle d’aspiration et la profondeur d’immersion. Lors du prélèvement d’un échantillon avec une pipette, la pipette doit être maintenue verticalement pour s’assurer que la bonne quantité de liquide est aspirée. La pipette ne doit être immergée dans l’échantillon que suffisamment pour pouvoir aspirer la quantité souhaitée sans aspirer d’air. En outre, l’échantillon doit être aspiré et distribué plusieurs fois pour amorcer la pointe de la burette avant de transférer une aliquote finale de l’échantillon dans le récipient de titrage. Lors de la distribution de liquide à partir d’une pipette, la pipette doit être maintenue à un angle compris entre 20 et 45 degrés directement au-dessus du centre du bécher. Il faut veiller à ne pas expulser de force le liquide restant de la pipette.

Meilleures pratiques de manipulation des liquides

Même parmi le même type de verrerie, il existe des systèmes de classe pour quantifier la précision. La verrerie de classe A est la plus précise et est généralement précise à deux décimales. Cette classe de verrerie est généralement accompagnée d’un certificat qui spécifie la précision de l’outil. La verrerie de classe B a une tolérance d’erreur plus élevée que la classe A et a généralement une déclaration de précision d’une décimale. En tant que tel, la verrerie de classe A a tendance à être plus chère que la classe B. Pour les besoins de haute précision, la verrerie de classe A est recommandée et vaut l’investissement. Il est également utile d’utiliser de la verrerie volumétrique adaptée à la taille de l’échantillon mesuré. La mesure d’un échantillon de 10 ml dans un cylindre gradué de 10 ml sera plus précise que la mesure de 10 ml avec un cylindre gradué de 100 ml.

Afin d’obtenir une précision lors de la prise de mesures volumétriques, il est essentiel de s’assurer que le volume est lu correctement. L’eau a tendance à se courber au sommet du volume, ce qui rend difficile la définition de la mesure. Cette courbure s’appelle le ménisque. Lors de la lecture du volume sur la verrerie volumétrique, le bas du ménisque doit être sur le marquage du volume souhaité.

Lors de l’ajout d’un échantillon liquide dans un bécher, assurez-vous que l’échantillon est ajouté au centre du bécher et que l’échantillon n’est pas collé sur les côtés du bécher. Dans la plupart des cas, une petite quantité d’eau désionisée peut être utilisée pour laver tout résidu sur le côté du récipient dans l’échantillon.

La verrerie doit être rincée à l’eau déminéralisée et séchée entre les échantillons, ou si vous utilisez une pipette automatique, une nouvelle pointe doit être utilisée pour chaque échantillon différent. Toute la verrerie doit être nettoyée avec du savon de laboratoire, rincée à l’acide (si nécessaire) et rincée à l’eau déminéralisée avant stockage.

Certains échantillons liquides sont trop visqueux pour être mesurés avec précision de manière volumétrique. Dans ces cas, la masse peut être utilisée à la place du volume. Cependant, nous devons être prudents ici car si nos unités finales sont liées au volume, nous devons tenir compte de la densité de l’échantillon dans notre calcul des résultats pour un calcul précis.

 

Échantillons solides

Tout comme pour la manipulation de liquides, il est important d’utiliser les outils et techniques appropriés lorsque vous travaillez avec des échantillons solides.

Comprendre la distinction entre les échelles et les soldes est essentiel. Nous utilisons souvent les termes échelle et équilibre de manière interchangeable, mais il existe des différences distinctes entre eux.

Les balances ont tendance à être capables de gérer une large gamme de masses (lourdes et légères). Ils se prêtent bien à la mesure rapide des ingrédients ou des produits en vrac. Les balances sont généralement moins chères que les balances. Cependant, leur conception ouverte et leur résolution médiocre ne les rendent pas adaptés ou idéaux pour mesurer des tailles d’échantillons pour le titrage. Ils introduiront de la variabilité et affecteront ainsi la répétabilité de votre titrage.

Les balances analytiques sont généralement plus sophistiquées que les échelles. De plus, ils ont souvent des caractéristiques telles que des boucliers pour protéger l’échantillon des courants d’air qui autrement provoqueraient une dérive des résultats. Les balances analytiques varient également considérablement en termes de résolution et de prix. Il est donc important de choisir la balance analytique appropriée pour vos tailles d’échantillons typiques. Vous trouverez ci-dessous les résolutions recommandées en fonction de la taille d’échantillon souhaitée.

Il est recommandé que toutes les balances soient étalonnées annuellement.
Taille de l’échantillon Résolution d’équilibre
1 gramme 0.1 grammes
0.1 grames 0.01 grames
0.01 grames 0.001 grames
0.001 grames 0.0001 grames

Meilleures pratiques pour les échantillons solides

Lors de la configuration d’une balance analytique, choisissez un endroit éloigné des portes, des hottes et des évents pour réduire davantage les risques d’interférences. Pour être exactes, les balances doivent être correctement nivelées et étalonnées selon les instructions du fabricant. Un ensemble de poids peut être acheté pour s’assurer que la balance lit correctement.

Les balances doivent être tarées ou mises à zéro avec le récipient de pesage avant l’ajout de l’échantillon. Pour de meilleurs résultats, prélever la masse de l’échantillon directement dans le bécher de titrage en veillant à ce qu’aucun produit ne se répande sur la balance. Si vous utilisez une nacelle de pesée, rincez le contenu de la nacelle de pesée 3 fois avec de l’eau déminéralisée pour vous assurer que tout le produit est pris en compte. Étant donné que l’eau déionisée, dans la plupart des cas, ne contient pas l’analyte testé, elle peut être ajoutée sans crainte d’interférence.

Vous devez être familiarisé avec la précision de vos outils de mesure car le résultat final du titrage calculé ne sera aussi précis que votre variable la moins précise dans l’équation de titrage.

# 4 Utiliser le bon type d’eau

Tout comme avec la verrerie, toute l’eau n’est pas créée égale. Il existe différentes classifications de l’eau en fonction du processus de purification qu’elle subit. Lors de la préparation des échantillons, il est important de vous assurer que vous avez et utilisez la bonne eau.

Eau du robinet:

L’eau du robinet est l’eau brute qui passe par le robinet d’un puits privé ou d’une source municipale. L’eau du robinet contient tous les types de contaminants, y compris les minéraux, les désinfectants et ceux qui contribuent au pH, à l’acidité et à l’alcalinité. En raison de la présence de contaminants potentiels, l’eau du robinet brute n’est pas recommandée pour l’analyse en laboratoire sans purification supplémentaire. L’eau du robinet a généralement un niveau de solides dissous totaux (TDS) de 100 à 500 parties par million (ppm).

Osmose inverse:

Reverse osmosis, abbreviated as RO water, is water that been purified through being pressure forced through a semipermeable membrane. Les contaminants sont piégés dans le filtre, tandis que l’eau propre peut passer à travers la membrane. L’eau RO élimine 98% des solides dissous totaux (TDS), mais n’élimine pas tous les pesticides, solides ou COV. L’eau RO contient un TDS <100 ppm

Eau distillée:

L’eau distillée, abrégée DH2O, est de l’eau qui a été purifiée par le processus de distillation. Ici, l’eau est bouillie, puis la vapeur est condensée dans un récipient de stockage stérile, tout en laissant des contaminants solides derrière. Cependant, tout ce qui a un point d’ébullition inférieur à l’eau, comme les composés organiques volatils (COV), sera transféré dans le distillat. L’eau en bouteille n’est pas la même chose que l’eau distillée, car elle est souvent enrichie de minéraux. L’eau distillée a une valeur TDS typique de <0,5 ppm.

Eau déminéralisée:

L’eau déionisée, en abrégé DI H2O, élimine presque tous les contaminants et constitue l’étalon-or de l’eau pour les analyses en laboratoire. First, water is prefiltered through series of filters including physical, carbon, and reverse osmosis. L’eau passe ensuite à travers des résines DI cationiques et anioniques. Ici, les ions positifs et négatifs sont capturés et remplacés par H+ et OH ions, qui se combinent pour former de l’eau pure. L’eau désionisée est généralement mesurée à l’aide de la résistivité et doit avoir une valeur d’au moins 18 MΩ · cm.