Titrationsregeln – Probenvorbereitung

Unabhängig davon, ob Sie mit einer manuellen Bürette und Indikatorfarbstoff titrieren oder ein vollwertiges automatisches Titrationssystem verwenden, gibt es 10 Hauptregeln, nach denen erfolgreiche Wissenschaftler testen. Diese 10 Regeln fallen in vier Kategorien: Probenvorbereitung, Analyse, Überprüfung der Ergebnisse sowie Wartung und Instandhaltung.

Was ist eine Titration? Warum automatisieren?

Die Titration ist eine analytische Technik, die zur Quantifizierung einer Reihe von Chemikalien in zahlreichen Branchen verwendet wird. Manuelle Titrationen können ungenau sein, und die Ergebnisse können je nach der Subjektivität der Farbindikatoren von Durchführendem zu Durchführendem variieren. Die Investition in ein automatisches Titrationssystem wie z.B. Hanna Instruments, HI932, ist ein Schritt zur erheblichen Verbesserung der Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Titrationsergebnissen. Das Instrument selbst ist jedoch nur ein Teil des Genauigkeitspuzzles. Kritisches Denken und die Anwendung von ausgezeichneter Arbeitsmethodik während des gesamten Probenanalyseprozesses werden die Genauigkeit bei der Verwendung eines automatisierten Systems weiter verbessern. Dieser Blog dient als allgemeiner Leitfaden zur Maximierung der Genauigkeit von Titrationsergebnissen, indem er die besten Praktiken für die Probenvorbereitung, Analyse, Überprüfung der Ergebnisse sowie Wartung und Pflege behandelt.

Vorbereitung der Probe

#1 Auswahl der richtigen Stichprobengröße

Die Wahl der richtigen Probengröße ist eines der wichtigsten Kriterien, um sicherzustellen, dass die Titrationsergebnisse genau, effizient und kostengünstig sind. Die Verwendung einer zu kleinen Probe kann zu ungenauen Ergebnissen führen, da sie eine sehr schlechte Auflösung in Bezug auf die Daten bietet. Wenn die Daten begrenzt sind, ist es sehr schwierig zu interpolieren, wo der wirklich äquivalente Punkt liegt. Dies führt zu einer schlechten Wiederholbarkeit und Genauigkeit. Umgekehrt führt die Verwendung einer zu großen Probenmenge zu höheren Chemikalienkosten aufgrund eines übermäßigen Titriermittelverbrauchs sowie zu einem übermäßigen Anfall von Chemikalienabfall. Bei der idealen Probengröße wird das Titriermittelvolumen im Bereich von 25-75 % des gesamten Bürettenvolumens verbraucht.

Sie denken jetzt vielleicht – aber woher wissen wir, wie viel Probe wir verwenden müssen, um die beste Menge an Titriermittel zu verwenden? Glücklicherweise gibt es, wenn wir die geschätzte Konzentration unserer Probe kennen, eine einfache Möglichkeit, die geeignete Probengröße auf der Grundlage des Titriermittelverbrauchs mit Hilfe der Titrationsgleichung zu bestimmen!

Zur schnellen Überprüfung lautet die Titrationsgleichung wie folgt:

CA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF

SA

Legende:
CA ist die Konzentration des Analyten (die unbekannte Lösung, die Sie messen wollen)
VT ist das Volumen des Titriermittels, das verwendet wurde, um den Endpunkt zu erreichen
CT ist die Konzentration des Titriermittels
RR ist das stöchiometrische Reaktionsverhältnis unseres Analyten:Titriermittels, in dieser Reihenfolge
MM ist die molare Masse unseres Analyten
CF ist ein Umrechnungsfaktor zur Anpassung der Ergebnisse an die von Ihnen gewählten Ergebniseinheiten (falls erforderlich)
SA ist die Probengröße unseres Analyten und kann eine Masse oder ein Volumen sein

SA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF

CA

Schauen wir uns ein Beispiel aus der realen Welt an. Ketchup ist ein sehr beliebtes Gewürz, und eine Komponente, die regelmäßig getestet wird, ist der Salzgehalt. Bestimmung des geeigneten Probengrößenbereichs für eine Titration des Salzgehalts (Natriumchlorid-NaCl) in Ketchup (mit einem geschätzten Salzgehalt von 2%) unter Verwendung von 0,1M (mol/L) Silbernitrat als Titriermittel und unter Verwendung einer 25 mL Bürette möglich.

Bei Anwendung der 25-75%-Regel auf 25 mL (0,025L) Bürette, würden wir idealerweise zwischen 6 – 19 mL (0,006- 0,019L) Titriermittel verbrauchen wollen.

Hier ist unsere Gleichung, definieren wir die Variablen und berechnen sowohl die Ober- als auch die Untergrenze für die Stichprobengröße.

SA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF

CA

SA ist wieder unsere Stichprobengröße, für die wir eine Lösung suchen.

VT ist unser Titriermittel-Volumen, für unseren unteren Grenzwert haben wir berechnet, dass dieser 0.006L umfasst

CT ist die Konzentration unseres Titranten, so dass für dieses Beispiel 0.1 M (mol/L). ergibt

RR ist unser Reaktionsverhältnis von unserem Analyten, Salz (NaCl), zu unserem Titriermittel, Silbernitrat(AgNO₃). Wir erhalten diese Informationen aus der ausgeglichenen chemischen Gleichung:

NaCl+ AgNO₃ → AgCl +NaNO₃

Da es keine Koeffizienten vor unserem Titrierenden oder Analyten gibt, wird angenommen, dass sie 1 ist. Diese Gleichung besagt also, dass 1 Mol Salz 1 Mol Silbernitrat verbraucht, was das Verhältnis 1:1 ergibt, was 1 entspricht.

MM ist die Molmasse unseres Analyten, Natriumchlorid, mit einer Molmasse von 58.44 g/mol (Gramm pro Mol).

CA ist die Konzentration unseres Analyten, die auf 2% geschätzt wird, was . 2g/100ggentspricht.

 

Nachdem wir nun die Variablen für die Untergrenzen definiert haben, wollen wir sie in unsere Gleichung einbeziehen.

SA = o.oo6L ∗ (0.1 mol ⁄ L) ∗ 1 ∗ (58.44 g ⁄ mol) ∗ 1(Es wird kein Umrechnungsfaktor benötigt.)

(2g ⁄ 100g)

Einheiten wegstreichen:

SA = o.oo6L∗ (0.1 mol ⁄ L) ∗ 1 ∗ (58.44g ⁄ mol) ∗ 1(Es wird kein Umrechnungsfaktor benötigt.)

(2g ⁄ 100g)

Die Lösung für SA:

SA = 1.75 g

Ersetzt man unsere obere Titriermittelgrenze von 0,019L als VT in unserer Gleichung, erhält man 5,555 Gramm.

Daher sind für dieses Beispiel ~1,75 – 5,55 Gramm Produkt der ideale Probenbereich, der genügend Titriermittel für eine gute Datenauflösung verbraucht.

#2 Verwendung einer repräsentativen Probe

Die Stichprobengröße ist nicht die einzige Überlegung bei der Arbeit mit komplexen Stichprobenmatrizen. Es ist von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass eine repräsentative Probe für die genaue Bestimmung eines Analyten verwendet wird. Eine repräsentative Probe ist eine Probe, die die Probenmatrix als Ganzes verkörpert, indem sie alle Teile des Ursprungsprodukts oder der Probe in den richtigen Verhältnissen enthält. Dies ist besonders wichtig für Proben, die nicht standardmäßig homogen sind, wie z.B. Gewürzmischungen oder Erde. Wenn die Ergebnisse nicht wiederholbar sind, selbst wenn die richtige Messtechnik verwendet wird, ist die wahrscheinliche Fehlerquelle eine nicht repräsentative Probe.

Es gibt Zeiten, in denen es schwierig ist, eine repräsentative Stichprobe innerhalb des für die Methode empfohlenen Stichprobengrößenbereichs zu garantieren. Wenn dies der Fall ist, ist eine Verdünnung eine ausgezeichnete Möglichkeit, sowohl eine repräsentative Probe zu gewährleisten als auch gleichzeitig eine Probengröße zu verwenden, die für eine gute Datenauflösung geeignet ist. Eine Verdünnung ist auch dann sinnvoll, wenn der im vorigen Abschnitt vorgeschlagene Probenumfang zu klein ist, um ihn praktisch zu messen. Bei einer Verdünnung wird eine größere Menge der Probe gewogen und in einen Messkolben gegeben. Deionisiertes Wasser wird in den Kolben gegeben, um den Inhalt auf das gewünschte Volumen zu bringen. Die Mischung wird dann für eine gewisse Zeit gerührt, um sie zu homogenisieren und/oder den Analyten zu extrahieren. Ein kleiner Teil dieser Mischung wird dann auf einen Endpunkt titriert. Bei den automatischen Titriersystemen von Hanna Instruments kann der Benutzer die Verdünnung in den Titrator programmieren, so dass die Ergebnisse um den Verdünnungsfaktor angepasst werden.

Um eine Verdünnung in den Titrator zu programmieren, benötigen Sie:

#3 Verwendung der richtigen Messwerkzeuge und -techniken

Die Verwendung der richtigen Messwerkzeuge und -techniken sind entscheidende Bestandteile der Strategie zur Verbesserung der Genauigkeit von Titrationsergebnissen. Erinnern Sie sich an unsere Titrationsgleichung, dass der Probenumfang direkt in die Ergebnisse einfließt.

Wenn der Probenumfang, der in den Titrator eingegeben wird, ungenau ist, ist das Titrationsergebnis ebenso ungenau. Es ist daher wichtig, sicherzustellen, dass Sie in der Lage sind, Probenanteile mit den entsprechenden Werkzeugen zu erhalten. Typischerweise werden flüssige Proben nach Volumen und feste Proben nach Masse gemessen.

Flüssige Proben

Lassen Sie uns zunächst über den Umgang mit Flüssigkeiten sprechen. Nicht alle volumetrischen Glaswaren werden gleich hergestellt, daher ist es wichtig, die verschiedenen Arten von Glaswaren und ihre Verwendungszwecke zu verstehen.

Bechergläser und Erlenmeyerkolben

Bechergläser und Erlenmeyerkolben können zwar graduierte Markierungen zur Angabe des Probenvolumens enthalten, werden aber in erster Linie zum Aufbewahren, Ausgießen oder Mischen von Lösungen verwendet. Sie werden in der Regel nicht mit einer Genauigkeitsaussage für die Messung bestimmter Volumina bewertet. Die Verwendung solcher Instrumente zur Messung einer Stichprobengröße kann zu Schwankungen in den Ergebnissen führen und damit die Wiederholbarkeit Ihrer Tests behindern.

Transfer-Pipetten

Einweg-Transferpipetten (nicht zu verwechseln mit volumetrischen Einwegpipetten) sind ein weiteres Hilfsmittel, das aufgrund seiner Markierungen zwar genau erscheinen mag, aber im Allgemeinen nicht als genau eingestuft wird. Sie sind keine empfohlenen Werkzeuge für die volumetrische Messung, aber sie sind dennoch großartige Werkzeuge für die Zugabe von Reagenzien, die keine präzise Zugabe erfordern.

Messzylinder

Messzylinder sind zum Messen und Ausgießen von Flüssigkeiten bestimmt. Messzylinder haben in der Regel eine Fehlertoleranz von 1% und gelten in der Regel als weniger genau als Messkolben und Pipetten. Sie sind schnell und einfach zu bedienen und können eine gute Wahl für Umgebungen mit hohem Durchsatz sein.

Volumen-Messkolben

Messkolben sind für ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen genau. Sie haben in der Regel keine abgestuften Markierungen, um verschiedene Lösungsvolumina zu messen, aber sie sind die Glaswaren der Wahl, um genaue Verdünnungen herzustellen.

Volumetrische Pipetten

Volumetrische Pipetten bieten in der Regel die größte Genauigkeit und eignen sich ideal für den Transfer von Flüssigkeiten von einer Quelle zur anderen. Dieser Pipettentyp umfasst Einweg-Plastikpipetten, Glaspipetten und Autopipetten. Um mit diesen Werkzeugen Genauigkeit zu erreichen, ist es entscheidend, dass bei der Probenahme die richtige Technik verwendet wird. Die beiden wichtigsten Faktoren sind der Ansaugwinkel und die Eintauchtiefe. Bei der Entnahme einer Probe mit einer Pipette sollte die Pipette senkrecht gehalten werden, um sicherzustellen, dass die richtige Flüssigkeitsmenge angesaugt wird. Die Pipette sollte nur so weit in die Probe eingetaucht werden, dass sie die gewünschte Menge ansaugen kann, ohne Luft anzusaugen. Darüber hinaus sollte die Probe einige Male aufsaugen und wieder ablassen, um die Bürettenspitze vor dem Transfer eines endgültigen Anteil der Probe in das Titriergefäß vorzubereiten. Beim Dispensieren von Flüssigkeit aus einer Pipette sollte die Pipette in einem Winkel zwischen 20-45 Grad direkt über der Mitte des Bechers gehalten werden. Es ist darauf zu achten, dass keine Restflüssigkeit gewaltsam aus der Pipette ausgestoßen wird.

Bewährte Praktiken im Umgang mit Flüssigkeiten

Selbst unter der gleichen Art von Glaswaren gibt es ein Klassensystem zur Quantifizierung der Genauigkeit. Glaswaren der Klasse A sind am genauesten und in der Regel auf zwei Dezimalstellen genau. Diese Klasse von Glaswaren wird normalerweise mit einem Zertifikat geliefert, das die Genauigkeit angibt. Glaswaren der Klasse B weisen eine höhere Fehlertoleranz als Glaswaren der Klasse A auf und haben in der Regel eine Genauigkeitsaussage von einer Dezimalstelle. Daher sind Glaswaren der Klasse A in der Regel teurer als Glaswaren der Klasse B. Für hohe Genauigkeitsanforderungen sind Glaswaren der Klasse A empfehlenswert und die Investition wert. Es ist auch hilfreich, volumetrische Glasgeräte zu verwenden, die auf die zu messende Probengröße abgestimmt sind. Die Messung von 10 mL Probe in einem 10 mL Messzylinder ist genauer als die Messung von 10 mL mit einem 100 mL Messzylinder.

Um bei volumetrischen Messungen Genauigkeit zu erreichen, ist es entscheidend, dass das Volumen korrekt abgelesen wird. Wasser neigt dazu, sich am oberen Ende des Volumens zu krümmen, was die Definition der Messung erschwert. Diese Krümmung wird Meniskus genannt. Beim Ablesen des Volumens auf Volumenmessgeräten aus Glas sollte sich der Boden des Meniskus auf der Markierung des gewünschten Volumens befinden.

Wenn Sie eine flüssige Probe in ein Becherglas geben, stellen Sie sicher, dass die Probe in der Mitte des Becherglases hinzugefügt wird und dass die Probe nicht an den Seiten des Becherglases klebt. In den meisten Fällen kann eine kleine Menge entionisiertes Wasser verwendet werden, um eventuelle Rückstände an der Seite des Behälters in die Probe zu waschen.

Glaswaren sollten mit deionisiertem Wasser gespült und zwischen den Proben getrocknet werden, oder wenn eine Autopipette verwendet wird, sollte für jede Probe eine neue Spitze verwendet werden. Alle Glaswaren sollten vor der Lagerung mit Laborseife gereinigt, mit Säure gespült (falls erforderlich) und mit entionisiertem Wasser gespült werden.

Einige flüssige Proben sind zu viskos, um volumetrisch genau dosiert werden zu können. In diesen Fällen kann Masse anstelle von Volumen verwendet werden. Wir müssen hier jedoch vorsichtig sein, denn wenn unsere endgültigen Einheiten auf das Volumen bezogen sind, müssen wir die Dichte der Probe in unserer Ergebnisberechnung berücksichtigen, um eine genaue Berechnung zu ermöglichen.

Feststoff-Proben

Genau wie bei der Handhabung von Flüssigkeiten ist es auch bei der Arbeit mit festen Proben wichtig, die richtigen Werkzeuge und Techniken zu verwenden.

Das Verständnis der Unterscheidung zwischen herkömmlicher Waage und einer Laborwaage ist entscheidend. Wir verwenden den Begriff Waage oft synonym für alle gängigen Wäägemethoden, aber es gibt dabei auch deutliche Unterschiede.

Herkömmliche Waagen neigen dazu, eine große Bandbreite an Massen (sowohl schwere als auch leichte) handhaben zu können. Sie eignen sich gut, um Zutaten oder Schüttgut schnell zu messen. Herkömmliche Waagen sind in der Regel preiswerter als Laborwaagen. Aufgrund ihres offenen Designs und ihrer schlechten Auflösung sind sie jedoch nicht geeignet oder ideal für die Messung von Probengrößen für die Titration. Sie führen Variabilität ein und beeinflussen somit die Wiederholbarkeit Ihrer Titration.

Analytische Waagen sind in der Regel ausgefeilter als herkömmliche Waagen. Darüber hinaus verfügen sie oft über Merkmale wie Abschirmungen, um die Probe vor Luftströmungen zu schützen, die sonst zu einer Drift der Ergebnisse führen würden. Analytische Waagen unterscheiden sich auch stark in Bezug auf Auflösung und Preisgestaltung, so dass es wichtig ist, die richtige analytische Waage für Ihre typischen Probengrößen zu wählen. Nachstehend finden Sie die empfohlenen Auflösungen basierend auf der gewünschten Stichprobengröße.

Solide Beispiele für bewährte Praktiken

Wenn Sie eine Analysenwaage aufstellen, wählen Sie einen Ort, der von Türen, Dunstabzugshauben und Entlüftungsöffnungen entfernt ist, um die Möglichkeit von Störungen weiter zu reduzieren. Um genau zu sein, sollten Waagen angemessen nivelliert und nach den Anweisungen des Herstellers kalibriert werden. Ein Satz an Gewichten kann erworben werden, um sicherzustellen, dass die Waage richtig abgelesen wird.

Waagen sollten vor der Zugabe der Probe mit dem Wägegefäß tariert oder nullgestellt werden. Um beste Ergebnisse zu erzielen, nehmen Sie die Masse der Probe direkt im Titrierbecher und stellen Sie sicher, dass kein Produkt auf die Waage verschüttet wird. Wenn Sie ein Wiegeschiffchen verwenden, spülen Sie den Inhalt des Wiegeschiffchens 3 Mal mit deionisiertem Wasser ab, um sicherzustellen, dass das gesamte Produkt berücksichtigt wird. Da entionisiertes Wasser in den meisten Fällen den zu prüfenden Analyten nicht beeinflusst, kann es ohne Angst vor Störungen zugegeben werden.

Sie sollten mit der Genauigkeit Ihrer Messwerkzeuge vertraut sein, da das endgültige berechnete Titrationsergebnis nur so genau sein wird, wie Ihre ungenaueste Variable in der Titrationsgleichung.

#4 Den richtigen Wassertyp verwenden

Genau wie bei Glaswaren wird nicht jedes Wasser gleich beschaffen. Es gibt verschiedene Klassifizierungen von Wasser auf der Grundlage des Reinigungsprozesses, dem es unterzogen wird. Bei der Vorbereitung von Proben ist es wichtig, sicherzustellen, dass Sie das richtige Wasser haben und verwenden.

Leitungswasser::

Leitungswasser ist das Rohwasser, das durch den Wasserhahn aus einem privaten Brunnen oder einer kommunalen Quelle kommt. Leitungswasser enthält alle Arten von Verunreinigungen, einschließlich Mineralien, Desinfektionsmittel und solche, die zum pH-Wert, Säuregrad und Alkalinität beitragen. Aufgrund des Vorhandenseins potenzieller Verunreinigungen wird rohes Leitungswasser ohne weitere Reinigung nicht für Laboranalysen empfohlen. Leitungswasser hat typischerweise einen Gehalt an gelösten Feststoffen (TDS) von 100-500 Teilen pro Million (ppm).

Umkehr-Osmose:

Umkehrosmose, abgekürzt RO-Wasser, ist Wasser, das gereinigt wurde, indem es mit Druck durch eine halbdurchlässige Membran gepresst wurde. Kontaminationen werden im Filter zurückgehalten, während das saubere Wasser durch die Membran durchgelassen wird. RO-Wasser entfernt 98% der gesamten gelösten Feststoffe (TDS), entfernt aber nicht alle Pestizide, Feststoffe oder VOCs. RO-Wasser enthält einen TDS <100 ppm

Destilliertes Wasser:

Destilliertes Wasser, abgekürzt DH₂O, ist Wasser, das durch den Prozess der Destillation gereinigt wurde. Hier wird Wasser gekocht, dann wird der Dampf in einem sterilen Lagerbehälter kondensiert, wobei feste Verunreinigungen zurückbleiben. Alles, was einen Siedepunkt hat, der niedriger als Wasser ist, wie flüchtige organische Verbindungen (VOCs), wird jedoch in das Destillat übertragen. Wasser in Flaschen ist nicht dasselbe wie destilliertes Wasser, da es oft mit Mineralien angereichert ist. Destilliertes Wasser hat einen typischen TDS-Wert von <0.5 ppm.

Deionisiertes Wasser:

Deionisiertes Wasser, abgekürzt DI H₂O, entfernt fast alle Verunreinigungen und ist der Goldstandard für Wasser für Laboranalysen. Zunächst wird das Wasser durch eine Reihe von Filtern, darunter physikalische Filter, Kohlenstofffilter und Umkehrosmose, vorgefiltert. Das Wasser durchläuft dann kationische und anionische DI-Harze. Hier werden positive und negative Ionen eingefangen und durch H⁺ und OH^– Ionen ersetzt die sich zu reinem Wasser verbinden. Deionisiertes Wasser wird typischerweise mit Hilfe des spezifischen Widerstandes gemessen und sollte einen Wert von mindestens 18 MΩ-cm haben.