Miareczkowanie termometryczne – brakujący element układanki
26 paź 2020
Artykuł
Udostępnij artykuł
Miareczkowanie jest dobrze znaną techniką analizy, której uczy się każdego studenta chemii. Jest przeprowadzany w prawie każdym laboratorium analitycznym albo jako miareczkowanie ręczne, miareczkowanie fotometryczne, lub miareczkowanie potencjometryczne. W tym wpisie na blogu chciałbym przedstawić Państwu dodatkowy rodzaj miareczkowania o których wcześniej nie słyszałem – miareczkowanie termometryczne – co można uznać za brakujący element układanki miareczkowania.
W tym miejscu planuję poruszyć następujące tematy:
- Co to jest miareczkowanie termometryczne?
- Dlaczego warto rozważyć miareczkowanie termometryczne?
- Praktyczne przykłady zastosowań
Co to jest miareczkowanie termometryczne?
Na pierwszy rzut oka miareczkowanie termometryczne (TET) wygląda jak zwykłe miareczkowanie iz niewielkiej odległości nie zobaczysz dużej (ani żadnej) różnicy. Różnice w porównaniu z miareczkowaniem potencjometrycznym tkwią w szczegółach.
TET opiera się na zasadzie zmiana entalpii (ΔH). Każda reakcja chemiczna wiąże się ze zmianą entalpii, która z kolei powoduje zmianę temperatury. Podczas miareczkowania reagują zarówno analit, jak i titrant egzotermicznie (wzrost temperatury) lub endotermicznie (spadek temperatury).
Podczas miareczkowania termometrycznego titrant jest dodawany ze stałą szybkością i zmiana temperatury mierzona jest reakcja między analitem a titrantem. Wykreślając temperaturę w funkcji dodanej objętości titranta, punkt końcowy można określić na podstawie przerwy w krzywej miareczkowania. Rysunek 1 pokazuje wyidealizowane krzywe miareczkowania termometrycznego zarówno dla sytuacji egzotermicznych, jak i endotermicznych.
Co dzieje się podczas miareczkowania termometrycznego?
podczas egzotermiczny reakcja miareczkowania, temperatura wzrasta wraz z dodawaniem titranta, dopóki analit jest nadal obecny. Kiedy cały analit zostanie zużyty, temperatura ponownie spada, gdy roztwór równoważy się z temperaturą atmosferyczną i/lub z powodu rozcieńczenia roztworu titrantem (Rysunek 1, lewy wykres). Ten spadek temperatury powoduje egzotermiczny punkt końcowy.
Wręcz przeciwnie, za endotermiczny reakcja miareczkowania, temperatura spada wraz z dodawaniem titranta, o ile analit jest nadal dostępny. Kiedy cały analit zostanie zużyty, temperatura stabilizuje się lub ponownie wzrasta, gdy roztwór równoważy się z temperaturą atmosferyczną i/lub z powodu rozcieńczenia roztworu titrantem (Rysunek 1, prawy wykres). Ten spadek temperatury powoduje endotermiczny punkt końcowy.
Znajomość temperatury bezwzględnej, izolowanie naczynia do miareczkowania lub termostatowanie naczynia do miareczkowania nie są zatem wymagane do miareczkowania.
Aby zmierzyć małe zmiany temperatury podczas miareczkowania, a bardzo szybko reagujący termistor z wysoka rozdzielczość jest wymagane. Te czujniki są w stanie zmierzenie różnice temperatur mniejsze niż 0,001 °Ci pozwalają na zbieranie a punkt pomiarowy co 0,3 sekundy (Rysunek 2).
Dowiedz się więcej o naszych szybkich, czułych produktach Thermoprobe — dostępnych nawet dla agresywnych roztworów próbek.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o teorii stojącej za TET, to pobierz naszą bezpłatną obszerną monografię dotyczącą miareczkowania termometrycznego.
Dlaczego warto rozważyć miareczkowanie termometryczne?
Miareczkowanie potencjometryczne i fotometryczne jest już dobrze ugruntowaną techniką miareczkowania instrumentalnego, dlaczego więc zamiast tego należy rozważyć miareczkowanie termometryczne?
TET ma takie same zalety jak każda instrumentalna technika miareczkowania:
- Niedrogie analizy: Przyrządy do miareczkowania są niedrogie w zakupie i nie wiążą się z wysokimi kosztami eksploatacji i konserwacji w porównaniu z innymi przyrządami do analizy elementarnej (np. HPLC lub ICP-MS).
- Metoda bezwzględna: Miareczkowanie jest metoda absolutna, co oznacza, że nie jest konieczna częsta kalibracja systemu.
- Wszechstronne zastosowanie: Miareczkowanie jest uniwersalną metodą, którą można wykorzystać do oznaczania wielu różnych analitów w różnych gałęziach przemysłu.
- Łatwe do zautomatyzowania: Miareczkowanie może być łatwo zautomatyzowane, zwiększając powtarzalność i wydajność w laboratorium.
Dowiedz się więcej o tym, jak automatyzacja miareczkowania może pomóc w obciążeniu laboratorium w naszym poprzednim artykule na blogu.
Dlaczego warto rozważyć automatyzację — nawet w przypadku prostych miareczkowań
W porównaniu z klasycznym miareczkowaniem instrumentalnym miareczkowanie termometryczne ma kilka dodatkowych zalet:
- Szybkie miareczkowanie: Dzięki ciągłemu dodawaniu titranta miareczkowanie termometryczne przebiega bardzo szybko. Zazwyczaj miareczkowanie termometryczne trwa 2–3 minuty.
- Pojedynczy czujnik: Niezależnie od reakcji miareczkowania (np. kwas-zasada, redoks, wytrącanie, …), ten sam czujnik (termoponda) może być używany do wszystkich z nich.
- Bezobsługowy czujnik: Dodatkowo, sonda termiczna jest bezobsługowy. To wymaga brak kalibracji lub elektrolitu i może być po prostu przechowywany w stanie suchym.
- Mniej rozpuszczalnika: Zwykle do miareczkowania termometrycznego zużywa się 30 ml rozpuszczalnika lub nawet mniej. Niewielka ilość rozpuszczalnika zapewnia zminimalizowanie rozcieńczenia, a zmiany entalpii można wiarygodnie wykryć. Jako korzyść uboczna, Mniej odpadów jest produkowany.
- Możliwe dodatkowe miareczkowania: Ponieważ zmiana entalpii jest uniwersalna dla każdej reakcji chemicznej, miareczkowanie termometryczne nie jest związane ze znalezieniem odpowiedniego wskaźnika barwnego lub elektrody wskazującej. Daje to możliwość dodatkowych miareczkowań, których nie można objąć innymi rodzajami miareczkowania.
- Łatwiejsze przygotowanie próbki: Ponieważ TET wykorzystuje wyższe stężenia titranta, możliwe jest stosowanie większych rozmiarów próbek, co zmniejsza błędy ważenia i rozcieńczania. Można również pominąć żmudne etapy przygotowania próbki, takie jak filtracja.
Dowiedz się więcej o systemie 859 Titrotherm do najbardziej niezawodnych oznaczeń TET poniżej.
Praktyczne przykłady zastosowań
W tej sekcji pokażę kilka praktycznych przykładów, w których można zastosować TET.
Liczba kwasowa i liczba zasadowa
Liczba kwasowa (AN) i liczba zasadowa (BN) to dwa kluczowe parametry w przemyśle naftowym. Są one oznaczane przez niewodne miareczkowanie kwasowo-zasadowe przy użyciu KOH lub HClO4odpowiednio jako titrant.
Podczas takich oznaczeń bardzo słabe kwasy (do analizy AN) i zasady (do analizy BN) są miareczkowane z niewielkimi zmianami entalpii. Za pomocą wskaźnika katalitycznego te słabe kwasy i zasady można również oznaczyć metodą TET.
ASTM D8045 opisuje analizę AN metodą miareczkowania termometrycznego. Korzyści płynące z przeprowadzenia tego miareczkowania to:
- Mniej rozpuszczalnika (30 ml zamiast 60 lub 120 ml), co oznacza Mniej odpadów
- Szybkie miareczkowanie (1–3 minuty)
- Bez kondycjonowania czujnika
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak dobrze wyniki oznaczania AN wg ASTM D8045 współgrać z czymś ASTM D664, pobierz nasz bezpłatną białą księgę, jak również naszą broszura poniżej.
Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat samego miareczkowania, pobierz bezpłatnie poniższy plik Biuletyny aplikacji.
AB-405: Oznaczanie całkowitej liczby zasadowej w produktach ropopochodnych
Sód
Za pomocą konwencjonalnego miareczkowania zawartość soli w żywności jest zwykle określana wyłącznie na podstawie zawartości chlorków. Jednak żywność zwykle zawiera dodatkowe źródła sodu, np. glutaminian sodu (znany również jako „MSG”). Dzięki TET możliwe staje się bezpośrednie miareczkowanie sodu, a tym samym do tanio określić rzeczywistą zawartość sodu w żywności, jak określono w kilku krajach.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o oznaczaniu sodu, obejrzyj nasz film Metrohm LabCast wideo:
Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat samego miareczkowania, pobierz bezpłatny Biuletyn Aplikacyjny tutaj.
AB-298: Automatyczne oznaczanie sodu w różnych produktach spożywczych za pomocą 859 Titrotherm
Analiza nawozów
Nawozy składają się z różnych składników odżywczych, w tym fosforu, azotu i potasu, które są ważne dla wzrostu roślin. TET umożliwia analizę tych składników odżywczych, wykorzystując klasyczne reakcje grawimetryczne jako podstawę miareczkowania (np. wytrącanie siarczanu barem). Pozwala to na szybka determinacja, bez konieczności czekania godzinami na wynik, jak w przypadku konwencjonalnych procedur opartych na suszeniu i ważeniu osadu.
Składniki odżywcze
which can be analyzed by TET include:
- Phosphate
- Potassium
- Ammoniacal nitrogen
- Urea nitrogen
- Sulfate
Chcesz dowiedzieć się więcej o analizie nawozów metodą miareczkowania termometrycznego? Pobierz nasz bezpłatną białą księgę poniżej w tym temacie.
Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje dotyczące różnych zastosowań nawozów, sprawdź Wyszukiwarka aplikacji Metrohm:
Związki metaloorganiczne
Związki metaloorganiczne, np odczynniki Grignarda lub związki butylolitowe, są wykorzystywane do syntezy aktywnych składników farmaceutycznych (API) lub wytwarzania polimerów, takich jak polibutadien. Za pomocą TET można przeprowadzić analizę tych wrażliwych gatunków szybko i niezawodnie przez miareczkowanie ich pod gazem obojętnym 2-butanolem.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na ten temat, sprawdź naszą bezpłatną korespondencję Nota.
Oznaczanie związków metaloorganicznych
To tylko kilka przykładów możliwości miareczkowania termometrycznego, aby zademonstrować jego wszechstronne zastosowanie. Aby uzyskać bardziej szczegółowy wybór, zajrzyj do naszego Wyszukiwarka aplikacji.
Podsumowując:
- TET jest alternatywną metodą miareczkowania opartą na zmiana entalpii
- A szybki i czuły Thermoprobe służy do określania egzotermicznych i endotermicznych punktów końcowych
- Miareczkowanie termometryczne to a szybka technika analizy dostarczanie wyniki w mniej niż 3 minuty
- Miareczkowanie termometryczne może być wykorzystywane do różnych analiz, m.in miareczkowania, których nie można przeprowadzić w inny sposób (np. oznaczanie sodu)
Mam nadzieję, że ten przegląd dał lepsze pojęcie o miareczkowaniu termometrycznym – brakujący element układanki miareczkowania.
