Titrace - definice a principy

Titrace je jednou z nejstarších analytických metod, která nachází uplatnění v různých průmyslových odvětvích. Používá se například k analýze pitné vody nebo ke stanovení obsahu kovů v bateriích. Tento příspěvek se zabývá principem titrace, jejím průběhem a popisem různých typů titrací.

Obsah

• Co je titrace?
• Jak titraci provést
• Typy titrací
• Výhody (automatizované) titrace

Co je to titrace?

Titrace se používají ke stanovení koncentrace analytu v roztoku vzorku. Za tímto účelem se ke vzorku přidá standardní roztok o známé koncentraci, který se nazývá titrant. Titrant/činidlo a analyt reagují stechiometricky. Koncentrace analytu se vypočítá pomocí množství činidla/titrantu, jeho koncentrace a velikosti vzorku. Tabulka 1 uvádí běžně používanou titrační terminologii.

Tabulka 1: Běžné termíny používané při titraci a jejich definice

• Analyt - Chemická látka, která je předmětem zájmu a jejíž množství je třeba určit.

• Koncový bod - Bod, ve kterém je titrace ukončena. Koncový bod signalizuje změna barvy nebo jiný ukazatel (např. hodnota pH). Měl by být co nejblíže bodu ekvivalence.

• Bod ekvivalence - Objem, při kterém je reakce mezi titrantem a analytem ukončena. (Bod ekvivalence je bod, ve kterém jsou analyt a činidlo přítomny v naprosto stejném množství.)

• Indikátor - Látka používaná k označení koncového bodu titrace. Historicky se jedná o barevné indikátory. Barevné indikátory dnes nahradily elektrody nebo jiné senzory.

• Primární standard - Primární standard je certifikovaná, vysoce čistá a stabilní látka. Slouží ke stanovení přesné koncentrace titračního činidla.

• Standardizace - Proces stanovení přesné koncentrace titrantu. Více informací o tomto procesu najdete v příspěvku na blogu „Co je třeba zvážit při standardizaci titrantu“.

• Standardní roztok - Jiný termín používaný pro titrant.

• Titrant - Roztok o známé koncentraci, který se používá ke stanovení koncentrace analytu.

• Titrační křivka - Křivka získaná vynesením objemu použitého titrantu proti signálu elektrody nebo senzoru.

• Titrační rovnice - Vzorec používaný k výpočtu koncentrace analytu. Rovnice závisí na typu vzorku (kapalina nebo pevná látka), stechiometrii a požadované jednotce výsledku.

Jak provést titraci

Titrace se skládá z následujících čtyř kroků:

• 1. Standardizace titrantu
• 2. Příprava vzorku
• 3. Vlastní titrace
• 4. Výpočet výsledku

1. Standardizace titrantu

Nejprve je třeba standardizovat titrant. Tento krok poskytuje přesnou koncentraci roztoku titrantu a zvyšuje přesnost výsledku. Více informací o tomto procesu najdete v příspěvku na blogu „Co je třeba zvážit při standardizaci titrantu“.

2. Příprava vzorku

Pro titraci musí být vzorky v roztoku. Pevné vzorky se proto rozpouštějí nebo předem upravují, aby se uvolnil analyt (např. rozkladem, extrakcí nebo zpopelněním).

Někdy je třeba přidat pomocné roztoky. Například redoxní titrace se často musí provádět při určité hodnotě pH. Nepřímé titrace vždy potřebují pomocný roztok, protože analyt musí být převeden do reaktivní formy. Tato reaktivní forma se pak titruje.

U zpětných titrací (nebo zbytkových titrací) se nejprve přidá přebytek činidla. Toto činidlo reaguje s analytem a jeho přebytek se poté titruje. Přečtěte si příspěvek na blogu „Co je třeba zvážit při zpětné titraci“, kde se dozvíte více o tomto druhu titrace.

3. Samotná titrace

Během titrace je důležité vzorek míchat. Tím se zajistí, že se titrant a analyt dobře promíchají. Titrant se přidává do vzorku, dokud není dosaženo koncové hodnoty. Při manuální titraci se k určení koncového bodu používají barevné indikátory.

Moderní autotitrátory používají ke zjištění bodu ekvivalence elektrody nebo jiné senzory. Objem titrantu se vynese do grafu proti naměřenému signálu, čímž se získá titrační křivka. Obrázek 1 ukazuje křivku titrace kyseliny a zásady s uhličitanovými příměsemi.

Chcete-li se dozvědět více o různých způsobech vyhodnocování koncového bodu, přečtěte si článek na našem blogu „Rozpoznávání koncových bodů (EP)“.

Metrohm: Obrázek 1. Titrační křivka hydroxidu lithného titrovaného kyselinou chlorovodíkovou. První bod ekvivalence (EP1) odpovídá hydroxidu a druhý bod ekvivalence (EP2) uhličitanovým nečistotám.

4. Výpočet výsledku

Po titraci se vypočítá výsledek. Automatické titrátory si výsledek vypočítají samy. K výpočtu jsou zapotřebí následující proměnné:

• Velikost vzorku (hmotnost nebo objem vzorku)
• Koncentrace titrantu, obvykle v mol/l
• Titr (korekční faktor pro titrant)
• Objem titrantu do koncového bodu v ml
• Stechiometrický faktor pro reakci mezi analytem a titrantem

Z těchto proměnných lze vypočítat koncentraci analytu takto:

Metrohm: Titrace - Výpočet výsledku

Vzorec se může lišit v závislosti na jednotce výsledku. Liší se také pro zpětné titrace. Tento výpočet je popsán v příspěvku na blogu „Co je třeba zohlednit při zpětné titraci“.

Typy titrací

Titrace lze klasifikovat různými způsoby. Jedním z nich je metoda detekce koncového bodu, ale nejčastěji se klasifikují podle použité chemické reakce.

Kyselino-bazické titrace

Zde se titruje kyselina se zásadou nebo naopak. Rozpouštědlo závisí na titrované kyselině nebo zásadě a může jím být buď deionizovaná voda, nebo organické rozpouštědlo (směs). K indikaci koncového bodu se používají pH elektrody.

Příspěvek na blogu „Nevodné acidobazické titrace - časté chyby a jak se jim vyhnout“ obsahuje praktické tipy a triky pro tento druh titrace.

Redoxní titrace

Tato titrace je založena na redoxní reakci mezi analytem a titrantem. Titrantem je redukční nebo oxidační činidlo. Mezi běžné příklady patří jodometrie, permanganometrie a cerimetrie. Do kategorie redoxních titrací patří také Karl Fischerova titrace. K indikaci koncového bodu se používají kovové elektrody.

Komplexometrické titrace

Zde je titrantem chelatační činidlo, například kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA). Tento typ titrace se používá k titraci iontů kovů. K indikaci koncového bodu se používají iontově selektivní elektrody (ISE) nebo fotometrické senzory.

Další informace naleznete v příspěvku na našem blogu o fotometrické komplexometrické titraci.

Srážecí titrace

Analyt a titrant tvoří při této titrační metodě nerozpustnou sůl. Běžným příkladem je argentometrie. Do této kategorie patří také titrace povrchově aktivních látek. K indikaci koncového bodu se používají kovové elektrody nebo iontově selektivní elektrody.

Další informace o titraci povrchově aktivních látek naleznete v příspěvku na blogu „Svět povrchově aktivních látek z pohledu titrace“.

Výhody (automatizované) titrace

Titrace je dobře zavedená metoda a mnoho norem, například ISO, ASTM a USP, ji stanovuje jako metodu analýzy. Ve srovnání se sofistikovanějšími metodami, jako je HPLC nebo ICP-MS, má nižší pořizovací a provozní náklady. Titrace je také absolutní metoda, takže není nutná žádná kalibrace.

Automatizovaná titrace také nabízí několik výhod ve srovnání s manuální metodou. Tabulka 2 shrnuje některé klíčové rozdíly. Ještě více informací najdete v našem příspěvku na blogu „Proč nejsou vaše výsledky titrace reprodukovatelné: Hlavní zdroje chyb při manuální titraci“.

Pokud zvažujete přechod z manuální titrace na automatickou, přečtěte si článek na blogu „Jak převést manuální titraci na automatickou“.

Tabulka 2. Srovnání hlavních rozdílů mezi manuální a automatickou titrací

Parametr / Ruční titrace / Automatická titrace

• Přídavek titrantu / Ručně / Automaticky s pístovou byretou
• Přesnost dávkování / 0,1 ml / 25 µl
• Kontrola / Ručně obsluhou / Integrované v systému nebo pomocí softwaru
• Výpočet / Ručně obsluhou / Integrované v systému nebo pomocí softwaru
• Sledovatelnost dat / Ne / Ano
• Možnost automatizace / Ne / Ano

Závěr

Titrace je jednou z nejstarších analytických metod. Proto je dobře zavedená v různých průmyslových odvětvích.

Lze ji klasifikovat na základě chemické reakce.

Automatizace titračního procesu pomocí autotitrátoru nabízí ve srovnání s manuální metodou další výhody, jako je sledovatelnost a automatizované výpočty.

Produkty Metrohm z kategorie titrace na portálech LabRulezLCMS

• Metrohm OMNIS Titrátor
• Metrohm OMNIS software
• Metrohm Karl Fischer Titrando
• Metrohm příprava vzorku pro coulometry KF Titrando
• Metrohm OMNIS Automatizace titrace
• Metrohm Titrando Titrátor
• Metrohm Ti-Touch Titrátor
• Metrohm Eco Titrátor
• Metrohm Titrotherm Titrátor
• Metrohm Ti-Touch Karl Fischer Titrátor
• Metrohm Eco Karl Fischer Titrátor
• Metrohm Coulometrický Karl Fischer titrátor
• Metrohm Analyzátor plynů 875 KF