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Der Eco Titrator ist eine kostengünstige Lösung, die sich für alle Arten von potentiometrischen Titrationen eignet. Er verfügt über ein Touchdisplay und spezielle Tasten zur Steuerung der Rührgeschwindigkeit. Über einen USB-Anschluss lässt sich das Gerät an einen Drucker oder einen USB-Stick anschließen, um Ergebnisse zu dokumentieren, was die Einhaltung von GLP- und GMP-Richtlinien unterstützt.
So stellen Sie von der manuellen Titration auf die automatische Titration um
11.05.2026
Artikel
Die manuelle Titration ist in vielen Laboren eine gängige Analysemethode. Sie weist jedoch einige Nachteile auf, wie beispielsweise die subjektive Endpunkterkennung, das Risiko manueller Fehler oder mangelnde Datenintegrität. In diesem Artikel erfahren Sie, welche wichtigen Schritte bei der Umstellung von der manuellen auf die automatische Titration zu beachten sind – von der Auswahl des Titrators bis hin zur Optimierung der Methode selbst.
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Nachteile der manuellen Titration
Bei der manuellen Titration wird das Titriermittel tropfenweise aus einer Bürette in eine Probenlösung gegeben. Die Endpunkterkennung erfolgt in der Regel visuell (mit dem Auge) unter Verwendung von Farbindikatoren. Diese Analysemethode ist nach wie vor weit verbreitet, da sie lediglich eine Glasbürette und einen Kolben erfordert. Sie weist jedoch einige nennenswerte Nachteile auf.
- Subjektive Endpunktbestimmung: Die visuelle Erkennung der Farbänderung hängt von der individuellen Wahrnehmung ab. Jede Person kann die Farbintensität unterschiedlich interpretieren, was zu uneinheitlichen Ergebnissen führt. Dieses Problem tritt besonders deutlich bei farbigen oder trüben Lösungen auf.
- Genauigkeit der Tropfengröße: Die Präzision der Analyse wird durch die Größe jedes einzelnen Tropfens beeinflusst. Wenn die Tropfengröße beispielsweise 50 µl und das Gesamtvolumen des Titriermittels 5 ml beträgt, kann ein einzelner Tropfen eine Abweichung von etwa 1 % verursachen.
- Zeitaufwändiger Prozess: Die manuelle Titration nimmt viel Zeit in Anspruch. Dies umfasst nicht nur die Titration selbst, sondern auch das Reinigen und Wiederbefüllen der Bürette sowie die manuelle Berechnung der Ergebnisse. Diese Schritte begrenzen die Anzahl der Proben, die während einer Schicht analysiert werden können.
- Risiken für die Datenintegrität: Bei manuellen Titrationen werden die Ergebnisse oft von Hand notiert, in Tabellenkalkulationen übertragen und dann manuell in ein LIMS eingegeben. Jeder Schritt birgt das Risiko menschlicher Fehler und erfordert gründliche Qualitätskontrollen. Dieser Prozess ist sowohl mühsam als auch ineffizient.
Der Einsatz eines automatischen Titrators (Autotitrators) hilft den Anwendenden, diese Einschränkungen zu überwinden.
Was ist Autotitration?
Unter Autotitration versteht man die Automatisierung eines oder mehrerer Schritte im Titrationsprozess. Je nach Aufbau gibt es drei Automatisierungsstufen.
- Teilautomatisierung: Nur ein einzelner Schritt der Titration ist automatisiert. Beispielsweise wird eine Elektrode zur objektiven Endpunkterkennung verwendet oder das Titriermittel wird manuell mit einer präziseren Dosiervorrichtung zugegeben.
Metrohm bietet Teilautomatisierung innerhalb der OMNIS-Plattform an, wodurch eine lückenlose Rückverfolgbarkeit für manuelle Titrationen gewährleistet ist. - Stand Alone-Automatisierung: Ein Titrator führt die gesamte Titration durch, einschließlich der Zugabe des Titriermittels, der Endpunkterkennung und der Ergebnisberechnung. Der Anwender ist weiterhin für die Vorbereitung der Probe und die anschließende Reinigung der Geräte verantwortlich. Abbildung 1 zeigt einen eigenständigen Titrator.
- Vollautomatische Titration: Der Titrator ist mit einem Sample Robot kombiniert, was eine vollständige Automatisierung der Titration einschließlich Probenvorbereitung und Geräterreinigung ermöglicht. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Anwender, sich auf andere Aufgaben zu konzentrieren, und reduziert menschliche Fehler erheblich.
Erfahren Sie im Blogbeitrag „Warum sollte man eine Automatisierung in Betracht ziehen - selbst bei einfachen Titrationen?“ mehr darüber, was automatisiert werden kann, und im Blogbeitrag „Sparen Sie Geld durch den Einsatz automatisierter Titrationssysteme“, welche Vorteile Ihnen die Automatisierung bietet.
Abbildung 1.
Automatischer Titrator als Einzelgerät mit Kolbenbürette (1), Titrationsständer mit integriertem Rührer (2), Elektrode (3) zur Endpunkterkennung und Display (4) zur Steuerung und Anzeige der Ergebnisse.
Die automatisierte Titration bietet mehrere Vorteile. Tabelle 1 enthält einen Vergleich zwischen manueller und automatischer Titration.
| Parameter | Manuelle Titration | Automatische Titration |
|---|---|---|
| Zugabe des Titriermittels | Manuell | Automatisch mit Kolbenbürette |
| Dosiergenauigkeit | 50 µL (50 mL Bürettenklasse AS) 20 µL (10 mL Bürettenklasse AS) |
25 µL (50 mL Bürette) 7 µL (10 mL Bürette) |
| Endpunktbestimmung | Visuell mit dem Auge | Mithilfe eines Sensors und eines mathematischen Algorithmus |
| Bedienung | Manuell durch den Anwender | Mit integriertem Touchdisplay oder per Software |
| Kalkulation | Manuell durch den Anwender | In das System integriert oder per Software |
| Datenintegrität | Nein | Ja (optional) |
| Automation möglich? | Nein | Ja |
Wahl des Titrators
Bei der Auswahl eines Titrators sollten Sie einige wichtige Punkte berücksichtigen.
- GLP/GMP-Konformität: Autotitratoren müssen in der Lage sein, Ergebnisse zu dokumentieren. Dazu gehört die Möglichkeit für einen Druckeranschluss oder eine digitale Speicherung (z. B. USB-Stick). Alle Metrohm-Titratoren erfüllen die GLP- und GMP-Anforderungen.
- FDA-Konformität: In regulierten Umgebungen müssen Titratoren der FDA-Vorschrift 21 CFR Part 11 entsprechen.
- Steuerungsoptionen: Titratoren können entweder über Software oder ein integriertes Touch-Display gesteuert werden.
- Probendurchsatz: Wenn täglich eine große Anzahl von Proben analysiert wird, kann ein automatisiertes System die Laboreffizienz erheblich verbessern. Erfahren Sie mehr über Automatisierung im Artikel "Warum sollte man eine Automatisierung in Betracht ziehen - selbst bei einfachen Titrationen?".
- Flexibilität für verschiedene Titrationen: Der Wechsel zwischen verschiedenen Titrationsarten, beispielsweise von der Redox- zur Säure-Base-Titration, erfordert den Austausch sowohl des Titriermittels als auch der Elektrode. Nicht alle Titratoren unterstützen dies. Die Effizienz lässt sich mit Titrationssystemen steigern, die um zusätzliche Büretten und Elektroden erweitert werden können.
Metrohm bietet verschiedene Titrator-Modelle mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen an. Tabelle 2 enthält einen Vergleich der oben genannten wichtigsten Merkmale für jede Titrator-Familie.
| Parameter | Eco Titrator | Ti-Touch | OMNIS Titrator |
|---|---|---|---|
| GLP/GMP-Konformität | Ja | Ja | Ja |
| FDA-Konformität | Nein | Ja | Ja |
| Steuerung | Touch-Display | Touch-Display | Software |
| Automation möglich? | Ja (max. 9 Proben) |
Ja (max. 24 Proben) |
Ja (max. 175 Proben, parallele Titrationen) |
| Erweiterung für verschiedene Titrationen | Nein | Limitiert (zwei aufeinanderfolgende Titrationen) |
Umfassend (bis zu fünf parallele Titrationen) |
Wahl des Sensors
Abbildung 2.
Optrode M2, optischer Sensor für photometrische Titrationen.
Der entscheidende Schritt bei der Umstellung von einer manuellen auf eine automatische Titration ist die Auswahl des geeigneten Sensors zur Erkennung des Äquivalenzpunkts.
Eine einfache Möglichkeit ist der Einsatz eines photometrischen Sensors, der das menschliche Auge effektiv ersetzt. Dieser Ansatz ist besonders dann sinnvoll, wenn Normen oder Standards die Verwendung von Farbindikatoren vorschreiben. Abbildung 2 zeigt einen optischen Sensor für photometrische Titrationen.
Die Verwendung einer potentiometrischen Elektrode ist oft einfacher, da hierfür keine Indikatorlösung benötigt wird. Die Auswahl der richtigen Elektrode hängt jedoch von mehreren Faktoren ab.
- Chemische Reaktion: Die chemische Reaktion bestimmt die Wahl der Elektrode. So erfordern beispielsweise Säure-Base-Titrationen eine pH-Elektrode, während Redox-Titrationen eine Metallelektrode erfordern.
- Probenmatrix: Die Probenmatrix kann die Leistung der Elektrode erheblich beeinflussen. Beispielsweise erfordern proteinhaltige Proben (z. B. Milchprodukte) eine pH-Elektrode mit einem Diaphragma, welches unempfindlich gegenüber Proteinen ist.
- Probenvolumen: Für kleine Probenvolumina werden spezielle Mikroelektroden empfohlen.
Weitere Informationen zu verschiedenen Elektroden für unterschiedliche Titrationsarten finden Sie in dem Artikel «Bewährte Verfahren für Elektroden in der Titration».
Der Flyer «Elektroden für die Titration» bietet Hilfestellung bei der Auswahl der am besten geeigneten Elektrode. Alternativ ermöglicht der Elektroden Finder eine Filterung nach Reaktionstyp, Anwendungsbereich oder spezifischen Details wie der Probenmatrix.
Optimierung des Probenvolumens und der Lösungsmengen
Bei manuellen Titrationen sind zum Erreichen des Endpunkts oft 30 ml oder sogar 40 ml Titriermittel erforderlich. Autotitratoren, die eine höhere Dosiergenauigkeit aufweisen, sind in der Regel mit 10-ml- oder 20-ml-Büretten ausgestattet. Da das Nachfüllen der Bürette während der Titration zu Fehlern führt, sollte die Probenmenge bei automatischen Titrationen entsprechend angepasst werden.
Bei automatischen Titratoren wird allgemein empfohlen, dass der Äquivalenzpunkt (oder das erwartete Endpunktvolumen) zwischen 10 % und 90 % des gesamten Bürettenvolumens liegen sollte. Daher ist die Optimierung der Probenmenge ein entscheidender Schritt bei der Umstellung von manueller Titration auf automatische Titration. Der geringere Titriermittelverbrauch kann zudem Kosten einsparen.
Beispielsweise kann bei der Bestimmung von Calciumhydroxid die Probenmenge von 1,5 g auf 0,375 g reduziert werden. Diese Anpassung senkt den Titrantenverbrauch um 30 ml pro Titration [1]. Bei geschätzten 10 Titrationen pro Tag ergibt dies jährliche Einsparungen von etwa 4700 € allein beim Titranten. Ein detailliertes Berechnungsbeispiel finden Sie in Tabelle 3.
| Manuelle Titration | Autotitration | |
|---|---|---|
| Titrant | 0,05 mol/L EDTA | 0,05 mol/L EDTA |
| Kosten des Titrants | 43,40€/Liter* | 43,40€/Liter* |
| Probengröße | 1,5 g | 0,375 g |
| Erwartetes Endpunktvolumen | 40 mL | 10 mL |
| Geschätzte Titrationen pro Tag | 10 | 10 |
| Jährliche Kosten für Titriermittel | 6336,40€ | 1584,10€ |
| Kostenersparnis | 4752,30€ |
* (https://www.sigmaaldrich.com/DE/de/product/mm/160320, 23. April 2026 in Deutschland)
Abbildung 3.
Für genaue pH-Messungen müssen sowohl die Glasmembran als auch das Diaphragma in die Titrationslösung eingetaucht sein.
Neben der Anpassung des Probenvolumens kann es erforderlich sein, die Menge des bei der Analyse verwendeten Verdünnungsmittels (Wasser oder Lösungsmittel) zu ändern. Genaue Ergebnisse hängen davon ab, dass die relevanten Teile des Sensors vollständig in die Lösung eingetaucht sind. Bei einer pH-Elektrode müssen beispielsweise sowohl die Glasmembran (für die Messung) als auch das Diaphragma (für die Referenz) vollständig eingetaucht sein, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Wahl des richtigen Titrationsmodus
Einige Titrationsreaktionen sind reversibel, z. B. Säure-Base-Titrationen, während andere irreversibel sind, z. B. Redox-Titrationen. Auch die Geschwindigkeit der Titrationsreaktion kann variieren. Daher sind Autotitratoren mit verschiedenen Titrationsmodi ausgestattet.
Es gibt drei häufig verwendete Titrationsmodi:
Endpunkt-Titration: Titriermittel wird so lange zugegeben, bis ein vordefinierter Endpunkt erreicht ist. Dieser Modus wird üblicherweise mit einem bestimmten pH-Wert als Endpunkt verwendet.
Monotone Titration: Bei jedem Dosierungsschritt wird ein konstantes Volumen an Titriermittel zugegeben.
Dynamische Titration: Das Volumen des zugegebenen Titriermittels variiert je nach Nähe zum Äquivalenzpunkt. Um den Äquivalenzpunkt herum werden schrittweise kleinere Titriermittelvolumina zugegeben.
In diesem Video wird der Unterschied zwischen monotoner und dynamischer Titration näher erläutert.
Der dynamische Modus wird für schnelle Titrationen empfohlen, wie beispielsweise Säure-Base-Titrationen. Der monotone Modus eignet sich besser für langsamere Titrationen, bei denen der Äquivalenzpunkt abrupt erreicht wird, wie beispielsweise bei der Vitamin-C-Bestimmung, da der dynamische Modus solche Äquivalenzpunkte überschreiten würde.
Optimierung des Titrationsaufbaus und der Methode
Die Optimierung des Titrationsaufbaus und der Titrationsmethode trägt dazu bei, die Genauigkeit zu verbessern, die Titration zu beschleunigen und den Titrantverbrauch zu senken.
Abbildung 4.
Position der Elektrode im Verhältnis zur Rührrichtung. Links: stromabwärts der Bürettenspitze, was zu ungenauen Messwerten führt. Rechts: stromaufwärts der Bürettenspitze, wodurch das Titriermittel mit dem Analyten reagieren kann, bevor es die Elektrode erreicht.
Rühreraufbau für höhere Genauigkeit
Sowohl die Rührgeschwindigkeit als auch die Platzierung des Sensors im Titrierbecher wirken sich direkt auf die Genauigkeit der Ergebnisse aus. Folgende Punkte sollten beachtet werden:
- Wählen Sie eine Rührgeschwindigkeit, die ein gründliches Mischen ohne Spritzer gewährleistet. Die optimale Geschwindigkeit hängt vom Probenbecher und vom Rührertyp ab.
- Vermeiden Sie die Bildung eines Wirbels, der dazu führen kann, dass die Elektrode in der Luft hängt und die Genauigkeit beeinträchtigt wird.
- Positionieren Sie die Elektrode nahe an der Becherwand und stromaufwärts der Bürettenspitze, wie in Abbildung 4 dargestellt. Diese Anordnung fördert das effektive Vermischen des Titriermittels mit der Probe und verbessert die Genauigkeit.
Startvolumen zur Beschleunigung der Titration
Um Titrationen – insbesondere monotone Titrationen – zu beschleunigen, kann ein Startvolumen verwendet werden. Dieser Ansatz ähnelt der Vorabdosierung des Titriermittels bei der manuellen Titration. Nach der Zugabe des Startvolumens sollte eine Pause eingelegt werden, damit das Titriermittel mit dem Analyten reagieren kann, bevor die Titration beginnt.
Stopvolumen zur Einsparung von Titrant
Die Anwendung eines Stoppkriteriums trägt dazu bei, den Titrantenverbrauch zu senken und Abfall zu minimieren. Die einfachste Möglichkeit ist ein festes Stoppvolumen. Dies ist sinnvoll, wenn der Äquivalenzpunkt stets bei etwa demselben Volumen auftritt.
Bei Proben mit schwankenden Analytkonzentrationen ist eine flexiblere Lösung erforderlich. In solchen Fällen wird die maximale Anzahl von Äquivalenzpunkten als Stoppkriterium verwendet. Zusätzlich sollte anschließend ein definiertes Volumen hinzugefügt werden.
In beiden Fällen wird ein Stoppvolumen von etwa 1 ml nach dem Äquivalenzpunkt empfohlen.
Validierung der Methode
Der letzte Schritt bei der Umstellung von manueller auf automatische Titration ist die Methodenvalidierung – besonders wichtig in regulierten Umgebungen. Die Validierung einer Titrationsmethode umfasst die Standardisierung des Titriermittels sowie die Bestimmung von Genauigkeit und Präzision, Linearität und Spezifität. Weitere Informationen zur Validierung von Titrationsmethoden finden Sie in unserem Blogbeitrag «Validierung von Titrationsmethoden».
Fazit
Bei der Umstellung von manueller auf automatische Titration sollten Laboratorien mehrere wichtige Faktoren berücksichtigen. Gleichzeitig bietet diese Umstellung die Möglichkeit, den Titrationsprozess zu optimieren und Abfall zu reduzieren. Die Infografik in Abbildung 5 fasst die wesentlichen Schritte der Methodenübertragung zusammen:
Abbildung 5.
Zusammenfassung der wichtigsten Schritte zur Umstellung von der manuellen auf die automatische Titration.
- Wählen Sie einen Titrator entsprechend den Anforderungen hinsichtlich Konformität, Gerätesteuerung, Probendurchsatz und Reaktionstyp aus.
- Wählen Sie einen Sensor, der für die Titrationsreaktion, die Probenmatrix und das Probenvolumen geeignet ist.
- Passen Sie die Probenmenge so an, dass der Äquivalenzpunkt zwischen 10 % und 90 % des Bürettenvolumens liegt. Passen Sie gegebenenfalls das Verdünnungsvolumen an, um sicherzustellen, dass der Sensor vollständig eingetaucht ist.
- Wählen Sie den Titrationsmodus entsprechend der Titrationsreaktion aus. Für schnelle Titrationen wird der dynamische Modus empfohlen. Der monotone Modus eignet sich besser für langsamere Titrationen, bei denen der Äquivalenzpunkt abrupt erreicht wird.
- Optimieren Sie die Titration, indem Sie die Elektrode vor der Bürettenspitze platzieren, eine Rührgeschwindigkeit wählen, die nicht zur Bildung von Wirbeln führt, und Start- und Stoppvolumina festlegen.
- Validieren Sie die Methode, um Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit sicherzustellen.
Ausführliche Beispiele für die Schritte 2 bis 5 finden Sie im Whitepaper WP-063 «Recommendations for converting a manual titration procedure into an automated titration procedure».
Für weitere Informationen sehen Sie sich unser On demand-Webinar an: «So stellen Sie von manueller auf automatische Titrationen um».
Referenz
[1] Marques, M. R. C.; Pappa, H.; Chang, M.; Spafford, L.; Klein, M.; Meier, L. Recommendations for Converting a Manual Titration Procedure into an Automated Titration Procedure; White Paper WP-063; Metrohm: Herisau, 2021.
Weitere Informationen
Monographie: Praktische Aspekte moderner Titration
Blog-Beitrag: Erkennung von Endpunkten (EP)
Blog-Beitrag: So vermeiden Sie Titrationsfehler in Ihrem Labor
Blog-Beitrag: Warum Automation in Betracht ziehen - auch für einfache Titrationen?
Blog-Beitrag: Validierung von Titrationsmethoden
Blog-Beitrag: Das Labor der Zukunft: Automatisierte robotergestützte Analyse von Erdölprodukten
On-demand-Webinar: So stellen Sie von manueller auf automatische Titrationen um
Empfehlungen für die Umstellung von einem manuellen auf ein automatisiertes Titrationsverfahren
Wir haben ein umfassendes Whitepaper sowie mehrere Applikationsdokumente zusammengestellt, die sich mit typischen Fragen befassen, die beim Übergang von der manuellen zur automatisierten Titration auftreten. Dieses Whitepaper soll dabei helfen, die Empfehlungen der USP zu befolgen.
