Распознавание конечных точек (КТ)
12 апр. 2021 г.
Статья
Поделиться статьей
Впервые я получила свой первый практический опыт титрования на занятиях по химии в школе. Тогда я научилась выполнять ручное визуальное титрование по конечной точке — до сих пор помню как это было.
С ручной бюреткой, заполненной титрантом, я добавляла каплю за каплей в колбу Эрленмейера с раствором образца (включая измеряемый аналит) и индикатором. С каждой каплей и даже небольшим изменением цвета шли минуты, и возрастала неопределенность. Я спрашивала себя: «Это уже истинная конечная точка, нужно добавить еще одну каплю или я уже перетитровала?». Думаю, вы и сами были в такой же ситуации.
Звучит знакомо? Не забудьте заглянуть в нашу соответствующую статью в блоге:
С тех пор прошло несколько лет. Я рада, что мне больше не приходится сталкиваться с проблемами ручного титрования. Metrohm предлагает возможность автоматизированного решения.
Если вы хотите узнать, как определить конечную точку при автоматическом титровании, я дам вам все необходимые ответы. Ниже вы можете перейти сразу к темам:
Различные принципы детектирования – обзор
Каким еще способом можно определить конечную точку (КТ) при автоматическом титровании, если не визуально? Помимо наглядного распознавания (например, по изменению цвета, появлению мутности или осадка), КТ титрования можно обнаружить с помощью автоматизированного мониторинга изменения химического или физического свойства при завершении реакции.
Как показано в таблице ниже, существует множество различных принципов обнаружения:
Таблица 1. Принципы определения различных методов обнаружения КТТ.
| Принцип определения | Описание | |
|---|---|---|
Электрохимическая КТ |
Потенциометрический | Потенциал (мВ), зависящий от концентрации, измеряется относительно эталонного потенциала. |
Вольтамперометрический |
Потенциал раствора (мВ), зависящий от концентрации, измеряют при постоянном электрическом токе, т.е. токе поляризации Ipol, приложенном к поляризуемому электроду. |
|
Амперометрический |
Этот метод индикации позволяет измерять зависящий от концентрации ток (мкА) раствора пробы при постоянном напряжении. |
|
Фотометрическая КТ |
В основе фотометрической индикации лежит изменение интенсивности при определенной длине волны светового луча, проходящего через раствор. |
|
| Кондуктометрический КТ | Кондуктометрическая индикация измеряет изменения электропроводности во время титрования. |
|
Термометрический КТ |
При термометрическом титровании регистрируют изменения температуры. По завершении реакции выделяется удельная теплоемкость реакции ∆Hr, которую можно измерить как изменение температуры ∆T. |
|
Теперь давайте обсудим потенциометрическое и фотометрическое определение КТ в сравнении с визуальным определением. Это самые часто используемые определения для автоматизированного титрования. Если вы хотите узнать больше о термометрическом титровании, прочитайте статью ниже!
Потенциометрический принцип
Как показано в таблице выше, в потенциометрическом принципе зависящий от концентрации потенциал (мВ) раствора измеряется относительно эталонного потенциала. Поэтому электрод сравнения из хлорида серебра (Ag/AgCl) используется с измерительным электродом (стеклянная мембрана, чувствительная к pH, или металлическое кольцо). Как правило, используется комбинированный датчик (электрод), включающий как измерительный электрод, так и электрод сравнения.
На Рисунке 1 показано, как выглядит ручное титрование со сменой цвета при переходе на автоматическую систему.
Шаг 1: Начало титрования до добавления титранта.
Шаг 2: Добавление титранта – по мере приближения титрования к конечной точке вы начинаете видеть признаки изменения цвета. В этот момент при автоматическом титровании электрод обнаружит изменение мВ-сигнала, и титратор начнет дозировать титрант меньшими объемами и с меньшей скоростью.
Шаг 3: Наконец, появляется бледно-розовый цвет, соответствующий точке перегиба на кривой титрования.
Шаг 4: Титрование за пределами конечной точки приводит к перетитрованию, и здесь сигнал мВ довольно постоянный.
Таким образом достигается характерная S-образная кривая титрования, которую вы видите при автоматическом титровании.
Реализовать можно не только кислотно-щелочное титрование. На Рисунке 2 показано, как можно преобразовать простое титрование хлоридов. Титрант, концентрация титранта, размер образца и подготовка образца остаются прежними.
Заменяем только индикатор Ag Titrode, электродом с серебряным кольцом, и мы получаем кривую титрования (Рисунок 2, справа) с четко определенной конечной точкой.
Для получения дополнительных примеров скачайте нашу бесплатную монографию ниже или ознакомьтесь с онлайн коллекцией методик, где вы можете найти несколько примеров для всех принципов распознавания конечных точек.
Титрование с использованием индикаторов до сих пор широко используется, например, в фармакопеях. При ручном анализе результаты буквально зависят от восприятия лаборанта. Фотометрическое титрование с помощью Optrode позволяет заменить субъективность в определении точки эквивалентности объективностью, полностью независимой от человеческого глаза.
Преимущество в том, что химический состав не меняется, то есть не требуется адаптировать стандартную операционную процедуру (СОП).
В основе фотометрической индикации лежит изменение интенсивности при определенной длине волны светового луча, проходящего через раствор. Пропускание является основной измеряемой величиной в фотометрии и определяется светопропусканием (мВ или %) окрашенного или мутного раствора, которое измеряется с помощью фотометрического датчика, такого как Optrode от Metrohm.
Можно выбрать восемь возможных длин волн, которые охватывают почти все цветовые индикаторы, используемые в титровании (Таблица 2). Стержень устойчив к растворителям и не требует обслуживания. Он подключается непосредственно к титратору и повышает точность и воспроизводимость результатов титрования с цветовой индикацией.
Таблица 2. Optrode – оптический электрод для фотометрического титрования.
| Длина волны | Изменение цвета на: | Эффективный диапазон |
|---|---|---|
| 470 nm | Желтый | 460–480 nm |
| 502 nm | Оранжево-красный | 485–520 nm |
| 520 nm | Красный | 505–535 nm |
| 574 nm | Фиолетовый/Лиловый | 560–585 nm |
| 590 nm | Синий | 575–605 nm |
| 610 nm | Сине-зеленый | 595–625 nm |
| 640 nm | Зеленый | 620–655 nm |
| 660 nm | Мутно-черный | 650–670 nm |
Я выбрала пример, чтобы показать вам, как преобразовать титрование этилендиаминтетрауксусной кислотой сульфата марганца из ручного титрования в автоматическое. Как и в примере выше, процедура остается прежней.
Фотометрическое титрование сульфата марганца ЭДТА согласно Ph. Eur. и USP
Готовы ли перейти на новый уровень с использованием автоматизированной системы титрования? Прочтите нашу другую статью, чтобы узнать больше.
Как перевести ручное титрование на автоматическое
Одно из преимуществ автоматического титрования – меньший объем химических веществ, и меньшее количество отходов. С тем же индикатором Eriochrome Black TS используется Optrode при длине волны 610 нм. Кривая титрования (Рисунок 3, справа) показывает большое изменение потенциала мВ-сигнала, указывающее на четко определенную конечную точку титрования.
Если вы не уверены, какая длина волны оптимальна для вашего титрования, загляните в следующую статью!
Сравниваем: Optrode и потенциометрические электроды
Когда вы решите перейти на автоматическое титрование, необходимо учитывать некоторые моменты. В следующей таблице перечислены основные критерии.
Таблица 3. Сравнение фотометрических и потенциометрических методов измерения ряда факторов.
| Фактор | Потенциометрический с электродом | Фотометрический с Optrode |
|---|---|---|
| Изменения СОП (стандартная операционная процедура) | Возможно, потребуется обновить СОП, чтобы включить использование электрода | Использует тот же индикатор и параметры конечной точки, меняющие цвет |
| Цветовой индикатор | Не требуется; экономия на химической подготовке и дополнительных этапах анализа | Необходим |
| Мутные или окрашенные образцы | Игнорирует цвет и мутность | Очень мутные и окрашенные образцы могут мешать |
| Обслуживание датчика | Промывать, долить электролит, правильно хранить | Промывать, хранить в сухом месте |
| Устойчивость к растворителям | Некоторые датчики, устойчивые к растворителям, должны учитывать химическую совместимость | Герметичный цельностеклянный корпус для высокой химической стойкости |
| График замены | 6 месяцев – 1 год | При поломке или исчерпании источника света1 |
1Срок службы Optrode составляет десятки тысяч часов.
Заключение
Автоматическое титрование выполнить довольно просто. Оно имеет большое преимущество – четкое определение конечной точки.
Всякий раз, когда я работаю с современными технологиями, в том числе с электродами для автоматического титрования, у меня появляется широкая улыбка на лице, когда я вспоминаю свои студенческие годы: прощай субъективность, трудоемкие анализы, экономическая неэффективность и плохая прослеживаемость!
Возможно, и вы решите усовершенствовать задачи в своей лаборатории.
Your knowledge take-aways
Экономьте деньги, используя автоматизированные системы титрования
