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Wie viele von Ihnen habe ich meine ersten praktischen Titrationserfahrungen während meines Chemiestudiums gesammelt. Zu dieser Zeit lernte ich, wie man eine manuelle visuelle Endpunkttitration durchführt – und ich kann mich noch genau daran erinnern, wie ich mich dabei gefühlt habe.
Mit einer manuellen Bürette, die mit Titriermittel gefüllt war, gab ich jeden Tropfen einzeln in einen Erlenmeyerkolben, der die Probelösung (einschließlich des zu messenden Analyten) und den Indikator enthielt, der vor der Titration hinzugefügt wurde. Mit jedem Tropfen und jeder noch so kleinen Farbveränderung meiner Probenlösung vergingen die Minuten mit zunehmender Unsicherheit. Ich fragte mich: "Habe ich den wahren Endpunkt schon erreicht, soll ich noch einen Tropfen hinzufügen oder habe ich gar übertitriert?" Wahrscheinlich waren Sie selbst schon einmal in der gleichen Situation!
Kommt Ihnen das bekannt vor? Vergessen Sie nicht, unseren entsprechenden Blogbeitrag zu lesen:
Seitdem sind einige Jahre vergangen, und ich bin froh, dass ich mich nicht mehr den Herausforderungen einer manuellen Titration stellen muss, denn Metrohm bietet die Möglichkeit der automatisierten Titration.
Wenn Sie wissen wollen, wie man bei einer automatisierten Titration den Endpunkt bestimmt, gebe ich Ihnen alle Antworten, die Sie brauchen. Im folgenden Artikel werde ich diese Themen behandeln (klicken Sie, um direkt zu den einzelnen Themen zu gelangen):
Verschiedene Nachweisprinzipien – ein Überblick
An dieser Stelle fragen Sie sich vielleicht, wie der Endpunkt (EP) bei einer automatischen Titration erkannt werden kann, wenn nicht visuell? Nun, neben der visuellen Erkennung des Endpunkts (z. B. durch einen Farbwechsel, das Auftreten von Trübungen oder das Auftreten eines Niederschlags) kann der Endpunkt einer Titration auch durch die automatische Überwachung einer Änderung einer chemischen oder physikalischen Eigenschaft erkannt werden, die nach Abschluss der Reaktion auftritt.
Wie die folgende Tabelle zeigt, gibt es viele verschiedene Nachweisprinzipien:
Tabelle 1. Bestimmungsprinzipien für verschiedene EP-Nachweismethoden.
| Bestimmungsprinzip | Beschreibung | |
|---|---|---|
Elektrochemisches EP |
Potentiometrische | Das konzentrationsabhängige Potenzial (mV) einer Lösung wird gegen ein Referenzpotential gemessen. |
Voltammetrisch |
Das konzentrationsabhängige Potential (mV) einer Lösung wird bei einem konstanten elektrischen Strom, d.h. dem an die polarisierbare Elektrode angelegten Polarisationsstrom Ipol ,gemessen. | |
Amperometrisch |
Diese Anzeigetechnik ermöglicht die Messung des konzentrationsabhängigen Stroms (μA) einer Probenlösung bei konstanter Spannung. | |
Photometrische EP |
Die Grundlage der photometrischen Anzeige ist die Änderung der Intensität eines durch eine Lösung hindurchtretenden Lichtstrahls bei einer bestimmten Wellenlänge. | |
| Konduktometrisches EP | Die konduktometrische Indikation misst die Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit während der Titration. | |
Thermometrisches EP |
Thermometrische Titrationen erfassen die Temperaturänderungen. Am Ende der Reaktion entsteht eine molare Reaktionswärme ∆HR was als Temperaturänderung ∆T gemessen werden kann. | |
Lassen Sie uns nun die potentiometrische und photometrische EP-Bestimmung im Vergleich zu einer visuell erkannten EP-Detektion diskutieren, da dies die am häufigsten verwendeten Bestimmungsprinzipien für automatisierte Titrationen sind. Wenn Sie mehr über die Prinzipien der thermometrischen oder konduktometrischen Titration erfahren möchten, lesen Sie unseren Blogbeitrag über die Grundlagen!
Thermometrische Titration – das fehlende Puzzleteil
Die konduktometrische Titration funktioniert dort, wo andere Methoden Schwierigkeiten haben
Potentiometrisches Prinzip
Wie in der obigen Tabelle dargestellt, wird beim potentiometrischen Prinzip das konzentrationsabhängige Potential (mV) einer Lösung gegen ein Referenzpotential gemessen. Daher wird eine Silber-Silberchlorid-Referenzelektrode (Ag/AgCl) in Kombination mit einer Messelektrode (pH-empfindliche Glasmembran oder Metallring) verwendet. Im Allgemeinen wird ein kombinierter Sensor (Elektrode) verwendet, der sowohl Mess- als auch Referenzelektrode enthält.
Abbildung 1 zeigt anhand eines einfachen Beispiels, wie eine manuelle Titration mit Farbwechsel aussieht, wenn sie auf ein automatisches System umgestellt wird.
Schritt 1: Beginn der Titration vor Zugabe von Titriermittel.
Schritt 2: Zugabe von Titriermittel - wenn sich die Titration dem Endpunkt nähert, sehen Sie erste Anzeichen für einen Farbwechsel. Zu diesem Zeitpunkt erkennt der Sensor bei einer automatischen Titration eine Änderung des mV-Signals, und der Titrator beginnt, das Titriermittel in kleineren Mengen und mit geringerer Geschwindigkeit zu dosieren.
Schritt 3: Schließlich wird der EP mit einer schwach rosa Farbe erreicht, die dem Wendepunkt in der Titrationskurve entspricht.
Schritt 4: Eine Titration über den Endpunkt hinaus führt zu einer Übertitration, und hier ist das mV-Signal ziemlich konstant.
Auf diese Weise erhalten Sie die charakteristische S-förmige Titrationskurve, die Sie bei der Durchführung einer automatischen Titration sehen.
Nicht nur Säure-Base-Titrationen können umgestellt werden. Abbildung 2 zeigt, wie eine einfache Chlorid-Titration umgestellt werden kann. Das Titriermittel, die Titriermittelkonzentration, die Probengröße und die Probenvorbereitung bleiben gleich.
Nur der Indikator wird durch die Ag-Titrode, eine Silberringelektrode, ersetzt, und wir erhalten eine Titrationskurve (Abbildung 2, rechte Seite) mit einem klar definierten Endpunkt.
Weitere Beispiele für mögliche potentiometrische Titrationen finden Sie in unserer kostenlosen Monographie, die Sie unten herunterladen können, oder in unserem Application Finder, in dem Sie mehrere Beispiele für alle Endpunkt-Erkennungsprinzipien finden.
Titrationen mit Farbindikatoren sind immer noch weit verbreitet, z. B. in Arzneibüchern. Bei manueller Durchführung hängen die Ergebnisse im wahrsten Sinne des Wortes vom Auge des Betrachters ab. Photometrische Titration mit der Optrode ermöglicht es, diese subjektive Bestimmung des Äquivalenzpunktes durch einen objektiven, vom menschlichen Auge völlig unabhängigen Prozess zu ersetzen.
Der Vorteil hierbei ist, dass sich die Chemie nicht ändert – d.h. die Standard Operating Procedure (SOP) muss in der Regel nicht angepasst werden.
Grundlage der photometrischen Anzeige ist die Änderung der Intensität bei einer bestimmten Wellenlänge eines Lichtstrahls, der eine Lösung durchläuft. Die Transmission ist die primäre Messgrösse in der Photometrie und wird durch die Lichttransmission (mV oder % Transmission) einer farbigen oder trüben Lösung angegeben, die mit einem photometrischen Sensor wie der Optrode von Metrohm gemessen wird.
Es stehen acht verschiedene Wellenlängen zur Auswahl, die nahezu alle bei Titrationen verwendeten Farbindikatoren abdecken (Tabelle 2). Der Schaft ist lösungsmittelbeständig und muss nicht gewartet werden. Die Optrode wird über das fest am Schaftende angebrachte Kabel direkt an den Titrator angeschlossen. Sie verbessert die Genauigkeit und Wiederholbarkeit von farbindizierten Titrationen.
| Wellenlänge | Farbwechsel zu: | Nutzbarer Bereich |
|---|---|---|
| 470 nm | Gelb | 460–480 nm |
| 502 nm | Orange Rot | 485–520 nm |
| 520 nm | Rot | 505–535 nm |
| 574 nm | Lila | 560–585 nm |
| 590 nm | Blau | 575–605 nm |
| 610 nm | Blau Grün | 595–625 nm |
| 640 nm | Grün | 620–655 nm |
| 660 nm | Schwarz/trüb | 650–670 nm |
Ich habe auch ein Beispiel ausgewählt, um Ihnen zu zeigen, wie Sie eine EDTA-Titration von Mangansulfat von einer manuellen Titration auf eine automatische Titration umstellen können. Wie im obigen Beispiel bleibt das Verfahren dasselbe.
Photometrische EDTA-Titration von Mangansulfat nach Ph. Eur. und USP
Sind Sie bereit, den Schritt zu wagen und auf die Verwendung eines automatisierten Titrationssystems umzusteigen? Lesen Sie unseren anderen Blogbeitrag, um mehr zu erfahren.
So übertragen Sie die manuelle Titration auf die Autotitration
Ein Vorteil der automatisierten Titration ist, dass weniger Chemikalien benötigt werden, was zu weniger Abfall führt. Es wird die Optrode verwendet bei 610 nm und mit demselben Indikator Eriochrom Schwarz TS wie bei der manuellen Bestimmung. Die Titrationskurve (Abbildung 3, rechte Seite) zeigt eine große Potenzialänderung des mV-Signals, was auf einen klar definierten Titrationsendpunkt hinweist.
Wenn Sie sich nicht sicher sind, was die optimale Wellenlänge für Ihre Titration ist, dann lesen Sie unseren entsprechenden Blogbeitrag, um mehr zu erfahren!
Vergleich: Optrode vs. potentiometrische Elektroden
Es gibt einige Punkte zu beachten, wenn Sie die Optrode mit anderen potentiometrischen Metrohm-Elektroden vergleichen. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Kriterien aufgeführt.
Tabelle 3. Wichtige Kriterien beim Vergleich von photometrischen und potentiometrischen Messverfahren.
| Kriterium | Potentiometrisch mit Elektrode | Photometrisch mit Optrode |
|---|---|---|
| SOP-Änderungen | Möglicherweise muss die SOP aktualisiert werden für die Verwendung der Elektrode | Es gelten die gleichen Indikator- und farbverändernden Endpunktparameter |
| Farbindikator | Nicht nötig; was zusätzlichen Aufwand reduziert | Erforderlich |
| Trübe oder gefärbte Proben | Farbe oder Trübung stören nicht | Trübe und gefärbte Proben können störend wirken |
| Wartung des Sensors | Spülen, Elektrolyt nachfüllen, ordnungsgemäß lagern | Spülen, trocken lagern |
| Lösungsmittelbeständigkeit | Nicht alle Sonden sind lösungsmittelbeständig; ggf. muss die chemische Beständigkeit berücksichtigt werden | Chemisch inertes Ganzglasgehäuse |
| Austausch | Meist nach 6 Monate – 1 Jahr | Bei Glasbruch oder Erschöpfung der Lichtquelle1 |
1Die Optrode hat eine Lebensdauer von mehreren zehntausend Stunden.
Zusammenfassung
Sie sehen, dass eine Autotitration recht einfach durchzuführen ist. Sie hat den großen Vorteil eines klar definierten Endpunkts.
Jedes Mal, wenn ich mit einem Autotitrator mit einer geeigneten Elektrode eine Bestimmung durchführe, denke ich mit einem Schmunzeln an meine Studienzeit zurück, konnte ich mich doch seither von der der manuellen Titration und deren Subjektivität und Arbeitsaufwand sowie deren Ineffizienz und mangelnden Rückverfolgbarkeit verabschieden!
Vielleicht sind Sie jetzt auch überzeugt, in Ihrem Labor umzusteigen?
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