Pravila titracije – priprema uzorka

Uspjeh je na dohvat ruke.

Bez obzira da li titrirate ručnom biretom i indikatorskom bojom ili koristite automatski titracijski sustav, postoji 10 glavnih pravila po kojima uspješni znanstvenici vrše testiranje. Ovih 10 pravila spadaju u četiri kategorije: Priprema uzorka, analiza, pregled rezultata i održavanje i servis.

Što je to titracija? Zašto ju automatizirati?

Titracija je analitička tehnika koja se koristi za kvantifikaciju niza kemikalija iz brojnih industrija. Ručne titracije mogu biti neprecizne i rezultati mogu varirati između ljudi koji obavljaju istu titraciju, jer se ne može ukloniti subjektivnost procjene. Investicija u automatski titracijski sustav kao što je Hanna Instruments, HI932,je ogromni korak naprijed ka popravljanju preciznosti i ponovljivosti rezultata titracije. Međutim, instrument sam po sebi je samo dio jedne velike slagalice (preciznosti). Kritičko razmišljanje i primjena najboljih praksi tijekom cijelog procesa analize uzoraka će dodatno poboljšati točnost prilikom korištenja automatiziranog sustava. Ovaj blog služi kao opći vodič za maksimiziranje točnosti rezultata titracije obuhvaćajući najbolje prakse za pripremu uzorka, analizu, pregled rezultata i održavanje.

Priprema uzorka

#1 Odaberite odgovarajuću veličinu uzorka

Izbor ispravne veličine uzorka jedan je od najvažnijih kriterija za osiguranje da će rezultati titracije biti točni, efikasni i ekonomični. Upotreba uzorka koji je premali može dati netočne rezultate, jer nudi vrlo slabu rezoluciju u vidu podataka. Kad su podaci ograničeni, vrlo je teško interpolirati gdje je istinska ekvivalentna točka. To rezultira lošom ponovljivošću i točnošću. Suprotno tome, upotreba previše uzorka rezultirati će većim troškovima kemikalija zbog prekomjerne upotrebe titranta, kao i viška proizvedenog kemijskog otpada. Idealna veličina uzorka će konzumirati količinu titranta u rasponu od 25-75% od ukupne zapremine birete.

Vjerojatno sad razmišljate – ali kako da znamo koliko uzorka da koristimo za potrošnju te količine titranta? Srećom, ako znamo procjenjenu koncentraciju našeg uzorka, postoji jednostavan način određivanja odgovarajuće veličine uzorka na osnovi potrošnje titranta koristeći jednadžbu titracije!

Ukratko, ona izgleda ovako:

CA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF

SA

Gdje:
CA je koncentracija analita (nepoznanica koju pokušavate izmjeriti)
VT je volumen titranta koji se koristi da bi se dostigla krajnja točka
CT je koncentracija titranta
RR je stehiometrijski odnos reakcije našeg analita: titranta, tim redoslijedom
MM je molarna masa analita.
CF je faktor konverzije za prilagođavanje rezultata jedinicama rezultata po izboru (ako je potrebno)
SA je veličina uzorka našeg analita i može biti masa ili zapremina

SA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF

CA

Pogledajmo primjenu jednadžbe na primjeru iz prakse. Ketchup je vrlo popularan dodatak jelima i jedna komponenta koja se testira redovito je koncentracija soli. Za određivanje odgovarajućeg raspona veličine uzorka za titraciju soli (natrij-klorid-NaCl) u ketchapu (sa procjenjenim udjelom soli 2%), uz korištenje 0,1M (mol / L) srebro nitrata kao našeg titranta i korištenjem 25 ml birete.

Korištenjem pravila 25-75% za 25 mL (0.025L) biretu, potrošnja u idealnim okolnostima bila bi 6 – 19 mL (0.006- 0.019L) titranta.

Evo jednadžbe, pa krenimo sada definirati promjenjive varijable i izračunati gornju i donju granicu za veličinu uzorka.

SA = VT ∗ CT ∗ RR ∗ MM ∗ CF

CA

SA je ponovo naša veličina uzorka, to je ono što tražimo.

VT je naša količina titranta, za našu donju granicu izračunali smo da je 0.006L

CT je koncentracija titranta, dakle u primjeru će biti 0.1 M (mol/L).

RR je odnos reakcije našeg analita, soli (NaCl), prema našem titrantu, srebro nitratu. (AgNO₃). Ove informacije dobivamo iz izjednačene kemijske jednadžbe:

NaCl+ AgNO₃ → AgCl +NaNO₃

S obzirom da nemamo koeficijente ispred našeg titranta ni analita, pretpostavlja se da su 1. Dakle, ova jednadžba kaže da će 1 mol soli konzumirati 1 mol srebro nitrata, čineći odnos 1: 1, što je jednako 1.

MM je molarna masa našeg analita, natrij klorida koji ima molarnu masu 58.44 g/mol (grama po molu).

CA je koncentracija našeg analita koja se procenjuje na 2%, što je ekvivalentno 2g/100g.

 

Sad kad smo definirali promjenljive varijable za donje granice, uključimo ih u našu jednadžbu.

SA = o.oo6L ∗ (0.1 mol ⁄ L) ∗ 1 ∗ (58.44 g ⁄ mol) ∗ 1(Nisu potrebni faktor konverzije.)

(2g ⁄ 100g)

Poništavanje jedinica:

SA = o.oo6L∗ (0.1 mol ⁄ L) ∗ 1 ∗ (58.44g ⁄ mol) ∗ 1(Nisu potrebni faktor konverzije.)

(2g ⁄ 100g)

Rješavanje SA:

SA = 1.75 g

Zamjenom gornje titrantske granice od 0,019L kao našim VT u našoj jednadžbi, dobiva se 5,555 grama.

Stoga je za ovaj primer, ~ 1,75-5,55 grama proizvoda idealan raspon uzoraka koji će potrošiti dovoljno titranta za dobru rezoluciju podataka.

#2 Upotreba reprezentativnog uzorka

Veličina uzorka nije jedino razmatranje za rad sa složenim matricama uzorka. Ključno je osigurati da se reprezentativni uzorak koristi za točno određivanje analita. Reprezentativni uzorak je onaj koji predstavlja matricu uzorka kao cjelinu po tome što sadrži sve dijelove matičnog proizvoda ili uzorka u ispravnim omjerima. Ovo je posebno važno za uzorke koji po defaultu nisu homogeni, poput mješavina začina ili zemlje. Ako se rezultati ne mogu ponoviti, čak i kada se upotrebljava odgovarajuća tehnika mjerenja, vjerojatni izvor greške je nereprezentativni uzorak.

Ponekad je teško garantirati reprezentativan uzorak unutar raspona veličine uzorka koji se preporučuje za metodu. Ako je to slučaj, razrjeđivanje je odličan način da se osigura reprezentativni uzorak, a da se istovremeno koristi veličina uzorka koja je pogodna za dobru rezoluciju podataka. Razrjeđivanje je također dobra ideja ako je veličina uzorka predložena u prethodnom odjeljku premala da se praktično izmjeri. Razrjeđivanjem se izmjeri veća količina uzorka i doda se u volumetrijsku posudu. Deionizirana voda se dodaje u volumetrijsku posudu kako bi se sadržaj doveo do željene zapremine. Zatim se smjesa pomiješa tokom određenog vremena da se homogenizira i / ili da se ekstrahira analit. Mali alikvot ove smjese titrira se do krajnje točke. Pomoću automatskih sustava za titraciju Hanna Instruments, korisnik može programirati razređivanje, tako da će se rezultati prilagoditi faktoru razrjeđenja.

Da biste programirali razrjeđenje u titratoru, trebati će vam:

#3 Korištenje odgovarajućih mjernih alata i tehnika

Korištenje odgovarajućih mjernih alata i tehnika ključne su komponente u strategiji za poboljšanje točnosti rezultata titracije. Podsjetimo se iz naše jednadžbe titracije da se veličina uzorka direktno uzima u obzir u rezultatima.

Ako je veličina uzorka koja se unosi u titrator netočna, rezultat titracije biti će također netočan. Stoga je važno osigurati da možete dobiti odgovarajuće alikvote uzoraka odgovarajućim alatima. Obično se tekući uzorci mjere volumenom, a čvrsti uzorci se mjere po masi.

Tekući uzorci

Počnimo sa pričom o rukovanju tekućim uzorcima. Nisu svi volumetrijski stakleni proizvodi napravljeni podjednako, tako da je važno razumjeti različite vrste staklenog posuđa i njihovu namjenu.

ČAŠE I ERLENMEYER TIKVICE

Čaše i Erlenmeyer tikvice, iako mogu sadržavati označene graduirane oznake koje ukazuju na volumen uzorka, prvenstveno se koriste za držanje, izlijevanje ili miješanje otopina. Obično se ne ocjenjuju izjavom točnosti za mjerenje određenih volumena. Upotreba alata poput ovog za mjerenje veličine uzorka može prouzrokovati kolebanje rezultata, a na taj način ometati ponovljivost vašeg ispitivanja.

TRANSFER PIPETE

Prijenosne pipete za jednokratnu upotrebu (koje ne treba brkati sa jednokratnim volumetrijskim pipetama) su još jedan alat koji se može činiti točnim zbog svojih oznaka, ali uglavnom nisu ocjenjene točnošću. Ne preporučuju se kao alati za mjerenje volumena, ali su, ipak, odlični alati za dodavanje reagensa koji ne zahtevaju precizno dodavanje.

GRADUIRANE MENZURE

Gradirane menzure dizajnirane su za mjerenje i lijevanje tekućina. Gradirane menzure obično imaju toleranciju na grešku od 1% i obično se smatraju manje točnim od volumetrijskih tikvica i pipeta. Brzo su i jednostavno rješenje za upotrebu i mogu biti dobar izbor za okruženja velike propusnosti.

VOLUMETRIJSKE TIKVICE

Volumetrijske tikvice su točne za određeni volumen tekućine. Obično nemaju označene graduirane oznake za mjerenje različitih količina otopine, ali one su stakleno posuđe koje je najbolji izbor za izradu točnih razrjeđenja.

VOLUMETRIJSKE PIPETE

Volumetrijske pipete obično nude najveću točnost i idealne su za prijenos tekućih uzoraka iz jednog izvora u drugi. Ova vrsta pipeta uključuje plastične pipete za jednokratnu upotrebu, staklene pipete i auto-pipete. Za postizanje maksimalne točnosti pomoću ovih alata, od presudne je važnosti da se prilikom uzimanja uzoraka koristi odgovarajuća tehnika. Dva najvažnija faktora su kut aspiracije i dubina uranjanja. Prilikom skupljanja uzorka sa pipetom, pipeta se treba držati vertikalno kako bi se osigurala aspiracija odgovarajuće količine tekućine. Pipeta treba biti potopljena samo u uzorku dovoljno da se može aspirirati željena količina bez izvlačenja zraka. Nadalje, uzorak treba nekoliko puta aspirirati i odbaciti kako bi se vrh birete pripremio prije prenošenja konačnog alikvota uzorka u posudu za titraciju. Kada dozirate tekućinu iz pipete, pipetu treba držati pod kutom između 20-45 stupnjeva direktno preko centra čaše. Paziti na to da se preostala tekućina iz pipete ne bi prisilno izbacila.

Najbolje prakse rukovanja tekućim uzorcima

Čak i među istim vrstama staklenog posuđa, postoje klasni sustavi za kvantifikaciju točnosti. Stakleno posuđe klase A je najtočnije i obično točno na dvije decimale. Ova klasa staklenog pribora obično dolazi sa certifikatom koji precizira točnost alata. Stakleno posuđe klase B ima veću toleranciju na greške od klase A i obično imaju točnost jednog decimalnog mjesta. Iz tog razloga je posuđe klase A obično skuplje od posuđa klase B. Što se tiče preciznosti, posuđe klase A je preporučeno i vrijedno investiranja. Također je korisno koristiti volumetrijsko stakleno posuđe koje je usmjereno na veličinu uzorka koji se mjeri. Mjerenje uzorka od 10 ml u menzuri od 10 ml, biti će točnije od mjerenja 10 ml sa 100 ml menzurom.

Da bi se postigla točnost prilikom mjerenja volumetrijskih vrijednosti, od ključne je važnosti da se volumen očita pravilno. Voda ima tendenciju da se zakrivi na vrhu volumena, što otežava definiranje mjerenja. Ova zakrivljenost se naziva meniskus. Kada očitavate volumen na volumetrijskoj staklenoj posudi, dno meniskusa treba biti na oznaci željenog volumena.

Kad dodajete tekući uzorak u čašu, vodite računa da se uzorak doda u sredinu čaše i da uzorak nije zaljepljen na grlo čaše. U većini slučajeva, mala količina deionizirane vode može se koristiti za ispiranje ostataka sa bočne strane posude u uzorak.

Stakleno posuđe treba isprati deioniziranom vodom i osušiti između uzoraka, ili ako koristite automatsku pipetu, za svaki različiti uzorak treba koristiti novi vrh. Svo stakleno posude treba očistiti laboratorijskim detergentom, isprati kiselinom (ako je potrebno) i isprati deioniziranom vodom prije skladištenja.

Neki tekući uzorci su previše viskozni da bi se mogli precizno volumetrijski izmjeriti. U tim slučajevima masa se može koristiti umesto volumena. Međutim, ovdje moramo biti oprezni jer ako su naše posljednje jedinice povezane sa volumenom, moramo računati na gustoću uzorka u našem proračunu rezultata za točan proračun.

Čvrsti uzorci

Kao i kod rukovanja tekućinama, važno je koristiti odgovarajuće alate i tehnike pri radu sa čvrstim uzorcima.

Razumijevanje razlike između tehničke i analitičke vage je ključno. Često koristimo isti termin, skraćeno vaga, ali postoje različite razlike između njih.

Vage mogu mjeriti masu u širokom opsegu (malu i veliku) One su odlične za brza mjerenja. Obično su pristupačnije od analitičkih vaga. Međutim, njihov otvoreni dizajn i loša rezolucija ne čine ih pogodnim ili idealnim za mjerenje veličina uzorka za titraciju. Varijacije koje će se javiti utjecati će na ponovljivost titracije.

Analitičke vage su obično sofisticiranije. Pored toga, one često imaju funkcije kao što su štitovi za zaštitu uzorka od zračnih struja koje bi inače uzrokovale drift rezultata. Analitičke vage se također vrlo razlikuju u pogledu rezolucije i cijena, pa je važno odabrati točnu analitičku vagu za vaše tipične veličine uzorka. Ispod su preporučene rezolucije na osnovi željene veličine uzorka.

Najbolje prakse za čvrste uzorke

Kad postavljate analitičku vagu, izaberite mjesto koje je udaljeno od vrata i ventilacijskih otvora da bi dodatno smanjili mogućnost pojave smetnji. Da bi točnost bila podešena, vage bi trebalo izravnati na odgovarajući način i kalibrirati prema uputama proizvođača. Može se kupiti set utega kako bi se osiguralo da vaga pravilno očitava.

Vage treba tarirati ili nulirati sa posudom za vaganje prije dodavanja uzorka. Da biste postigli najbolje rezultate, uzmite masu uzorka direktno u čašu za titraciju osiguravajući da se proizvod ne prolije na vagu. Ako koristite posudicu za vaganje, isperite sadržaj posudice za vaganje 3 puta deioniziranom vodom kako biste bili sigurni. Budući da deionizirana voda u većini slučajeva ne sadrži analit koji se ispituje, može se dodavati bez straha od pojave interferencija.

Trebalo bi se upoznati sa točnošću mjernih alata, jer će konačni izračunati rezultat titracije biti jednako precizan kao i vaša najmanje precizna varijabla u jednadžbi titracije.

#4 Korištenje pravog tipa vode

Baš kao i kod izbora staklenog pribora, mora se paziti i na izbor vode. Postoje različite klasifikacije vode na osnovi procesa pročišćavanja koji je podvrgnut. Pri pripremi uzoraka važno je osigurati da imate i koristite ispravan tip vode.

Voda iz slavine:

Voda iz slavine je sirova voda koja dolazi kroz slavinu iz privatnog izvora ili mjesnog izvora. Voda iz slavine sadrži sve vrste zagađivača, uključujući minerale, dezinficijense i one koji doprinose pH, kiselosti i alkalnosti. Zbog prisustva potencijalnih zagađivača, sirova voda iz slavine se ne preporučuje za laboratorijske analize bez daljeg pročišćavanja. Voda iz slavine, obično ima nivo otopljenih čvrstih tvari (TDS) od 100-500 dijelova na milijun (ppm).

Reverzna osmoza:

Reverzna osmoza, skraćeno RO voda, je voda koja se pročišćava pritiskom kroz polupropusnu membranu. Kontaminanti su zarobljeni u filteru, dok se čistoj vodi dozvoljava da prođe kroz membranu. RO voda uklanja 98% ukupnih otopljenih čvrstih tvari (TDS), ali ne uklanja sve pesticide, čvrste supstance ili sl. RO voda ima TDS <100 ppm RO voda ima TDS <100 ppm

Destilirana voda:

Destilirana voda, ili skraćeno DH₂O, je voda koja je pročišćena postupkom destilacije. Ovdje se voda prokuhava, a zatim se para kondenzira u sterilnu posudu za skladištenje, a sve to ostavlja čvrste nečistoće iza sebe. Međutim, sve što ima točku vrenja nižu od vode, poput isparljivih organskih spojeva, prenijeti će se u destilat. Voda u boci nije isto što i destilirana voda, jer se često obogaćuje mineralima. Uobičajena TDS vrijednost destilirane vode <0.5 ppm.

Deionizirana voda:

Deionizirana voda, skraćeno DI H₂O, uklanja gotovo sve kontaminante i predstavlja zlatni standard vode za laboratorijske analize. Prvo, voda se profiltrira kroz seriju filtera, uključujući fizičku, ugljičnu i reverznu osmozu. Voda zatim prolazi kroz katione i anione DI smole. Ovdje se pozitivni i negativni ioni hvataju i zamjenjuju sa H⁺ i OH^– ionima koji se kombiniraju u formu ultra čiste vode. Deionizirana voda se obično mjeri pomoću otpora i ima vrijednost od najmanje 18 MŌ : cm.