تیتراسیون (Titration) یکی از فرآیند های بسیار مهم در علم شیمی به ویژه در شیمی تجزیه و علوم آزمایشگاهی می باشد.
این فرآیند یک روش ساده و کاربردی برای تعیین غلظت محلول مجهول می باشد. در واقع به افزودن آرام و آهسته یک محلول با غلظت معلوم (محلول استاندارد) به حجم مشخصی از یک محلول با غلظت نا مشخص و نا معلوم گفته می شود.
همانطور که می دانید امروزه بیشتر آنالیزها و آزمایشات در آزمایشگاه ها و به کمک روش های آنالیز دستگاهی انجام می شوند. اما توجه داشته باشید که استفاده از روش های کلاسیک همانند تیتراسیون همچنان در آزمایشگاه ضروری می باشد.
در واقع در محدوده غلظت های پایین روش های کلاسیک شکست می خورند، بنابراین اندازه گیری با روش های مدرن مانند آنالیز دستگاهی می تواند سودمند باشد. اما در محدوده غلظت های بالاتر، روش های مدرن نسبت به روش های کلاسیک از نظر دقت دارای محدودیت هستند، بنابراین تیتراسیون روش جایگزین مناسبتری می باشد.
تیتراسیون در واقع یک تکنیک و روش برای تعیین غلظت یک محلول نا شناخته و یا تعیین غلظت یک محلول شناخته شده می باشد. فرایند تیتراسیون تا زمانی ادامه پیدا می کند که واکنش در نقطه هم ارزی به خنثی شدن دست یابد. در این حالت با تغییر رنگ واکنش، پایان آن اعلام می شود. در حقیقت به دست آوردن نقطه پایانی به کمک شناساگر و با تغییر رنگ، قابل شناسایی خواهد بود.
لازم به ذکر است که به فرآیند تیتراسیون، تیتر کردن یا تیترامتری نیز نامیده می شود. از طرفی دیگر، به دلیل آنکه در این فرآیند اندازه گیری حجم خیلی مهم است، به آن آنالیز حجمی نیز گفته می شود.
اصطلاحات تیتراسیون:
نقطه هم ارزی یا نقطه اکی والان: به نقطه ای گفته می شود که نسبت های مولی نمونه و تیترانت یکسان شوند. در این نقطه، میزان اکی والان آنالیت و تیترانت با هم برابر می باشد. در واقع در این نقطه، مقدار کافی از تیترانت برای خنثی سازی کامل نمونه اضافه و مصرف شده است. در این هنگام، تیترانت و آنالیت به طور کامل با هم واکنش داده اند و بنابراین تیتراسیون به نقطه هم ارزی رسیده است.
نقطه پایانی:
به نقطه ای گفته می شود که شناساگر سبب تغییر رنگ محلول شود. اما تفاوت نقطه هم ارزی با نقطه پایانی در چیست؟ در حین آزمایش از کجا متوجه شویم که به نقطه پایانی رسیده ایم ؟ نقطه هم ارزی در واقع بیشتر مفهوم ریاضی دارد و از روی نمودار سنجش حجمی تعیین می شود.
در حین آزمایش، با مشاهده اولین تغییر رنگ در محلول، می توان به نقطه هم ارزی پی برد. لازم به ذکر است که نقطه پایانی واکنش فاصله کمی با نقطه هم ارزی دارد. باید توجه نمود که پایان واکنش و در نتیجه رسیدن به نقطه پایانی زمانی مشخص می شود که تغییر رنگ در محلول ثابت بماند.
وسایل لازم برای انجام تیتراسیون حجمی:
وسایل لازم جهت تیتر کردن عبارتند از: ارلن مایر، بالن ژوژه، بشر، بورت، پایه نگه دارنده بورت، پیپت، پوآر، بالن، ترازو دقیق، قیف، مزور یا استوانه مدرج.
فرآیند یا روش تیتر کردن:
همانطور که بیان شد، این روش بر اندازه گیری حجم دقیق یک محلول بنا شده است. واکنش بین آنالیت و محلول استاندارد، واکنش اصلی تیتراسیون محسوب می شود. روش کار به این صورت است که حجم مشخصی از محلول حاوی آنالیت در یک ارلن ریخته می شود.
از طرفی دیگر، محلول استاندارد را در یک بورت می ریزند. از طریق بورت، محلول استاندارد به صورت قطره قطره به محلول آنالیت در ارلن اضافه می شود تا زمانیکه واکنش کامل شود.
برای تشخیص کامل شدن واکنش بین محلول استاندارد و آنالیت، روش های مختلفی به کار می رود که از معروف ترین آنها می توان به استفاده از شناساگر های شیمیایی اشاره کرد. روش های اندازه گیری فیزیکی همانند هدایت سنجی، آمپرومتری، پتانسیومتری، فوتومتری، رسانایی، تشکیل رسوب، میزان جذب و یا تغییرات PH نیز می توانند در فرآیند تیتر کردن کلاسیک جهت تعیین و مشخص کردن نقطه پایانی استفاده شوند.
لازم به ذکر است که اضافه کردن حتی یک قطره بیشتر، می تواند سبب اشتباه در محاسبات گردد. در واقع در نقطه پایانی باید یک تغییر رنگ ثابت داشته باشید. با دانستن و یادداشت کردن حجم تیترانت مصرف شده از روی بورت، می توان غلظت آنالیت مورد نظر را محاسبه نمود. با استفاده از رابطه زیر می توان غلظت آنالیت را محاسبه کرد.
که در آن Ca غلظت آنالیت، Ct غلظت تیترانت به مولاریته، Vt حجم تیترانت استفاده شده به لیتر، Vaحجم تیترانت استفاده شده به لیتر و M نسبت مولی آنالیت و تیتر کننده می باشد.
شرایط لازم برای تیتر کردن:
نمودار و منحنی تیتراسیون:
منحنی تیتراسیون در واقع نموداری است که در آن، تغییرات خاصیت فیزیکی انتخاب شده برای تعیین نقطه پایانی ( بر روی محور عمودی) بر حسب میزان تیترانت مصرف شده (بر روی محور افقی) را نشان می دهد. در حقیقت منحنی y نشان دهنده غلظت آنالیت مورد نظر در هر مرحله می باشد.
در صورتیکه از اسید و باز قوی در فرآیند تیترکردن استفاده شود، تغییرات pH بر روی محور y قرار می گیرد. در این حالت، یک شیب تند در نقطه هم ارزی مشاهده می شود و تغییرات کم در طول نمودار ایجاد می گردد.
برای تعیین غلظت آنالیت در این روش از معادله N1 V1 = N2 V2 استفاده می شود. در این معادله، یک سمت تساوی به غلظت تیترانت (که از ابتدای واکنش مشخص می باشد) و حجم استفاده شده از آن تا رسیدن به نقطه پایانی تعلق دارد و طرف دیگر تساوی، به نمونه آنالیت که حجم معین ولی غلظت مجهول دارد تعلق می گیرد. با جای گذاری مقادیر معلوم در معادله، غلظت نمونه که مجهول است مشخص می شود.
انواع روش های تیتراسیون:
انواع روش های گوناگون برای تیتر کردن وجود دارد که بسته به نمونه آزمایشی می توانند مورد استفاده قرار بگیرند. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره نمود.
1- تیتراسیون مستقیم (Direct titration):
در این روش آنالیت به طور مستقیم با تیترانت واکنش می دهد. در واقع نقطه پایانی فرآیند، نشان دهنده پایان واکنش می باشد. در نتیجه با استفاده از نقطه پایانی می توان غلظت ترکیب نا شناخته موجود در محلول نمونه را تعیین کرد.
2- تیتراسیون غیر مستقیم (Indirect titration) یا تیتراسیون جایگزینی (substitution titration):
در این روش به دلیل نا محلول و نا پایدار بودن نمونه مورد بررسی، آنالیت با ماده ای دیگر واکنش می دهد. در حقیقت آنالیت مورد نظر یا رسوب می کند و یا از محلول خارج می شود. در نتیجه به طور مستقیم در فرآیند تیتراسیون شرکت نخواهد کرد. در اینجا، مقدار مول های ماده جایگزین محاسبه و به مقدار انالیت مورد نظر ربط داده می شود.
3- تیتراسیون معکوس (inverse titration) یا تیتراسیون برگشتی (back titration):
به تیتراسیونی گفته می شود که در جهت عکس انجام شود. در این روش به جای تیتراسیون آنالیت اصلی، مقدار اضافی یک ترکیب با غلظت شناخته شده (معرف استاندارد) به محلول اضافه می گردد و این مقدار اضافی تیتر می شود.
در فرآیند تیتر کردن برگشتی یا معکوس، واکنش مستقیم میان تیترانت و تیتر شونده انجام نمی شود. این عمل زمانی سودمند است که تشخیص نقطه پایانی، راحت تر از تیتراسیون معمولی باشد. در واقع زمانیکه واکنش بین آنالیت و تیترانت به کندی انجام شود، واکنش از نوع ته نشینی باشد و یا آنالیت یک جامد حل نشدنی باشد کاربرد خواهد داشت.
انواع تیتراسیون:
انواع متفاوتی از تیتر کردن بر اساس نوع واکنش درگیر و با اهداف مختلف وجود دارد. رایج ترین انواع آن عبارتند از:
خطای تیتراسیون:
همانطور که گفته شد، نقطه هم ارزی یک نقطه تئوری می باشد که واکنش در آن کامل شده است. اما نقطه پایانی قابل مشاهده است. اگر فرآیند تیتر کردن به درستی و با دقت انجام شده باشد، پس این دو نقطه یکسان خواهند بود. در حالی که اگر دقت کافی در انجام فرآیند نباشد، منجر به ایجاد خطای محاسباتی و همچنین خطا در تعیین غلظت آنالیت خواهد شد. این مورد بیشترین نقش را در ایجاد خطا بازی می کند.
استاندارد نبودن تیترانت مورد استفاده برای تیتر کردن نیز می تواند منجر به ایجاد خطا در اندازه گیری غلظت آنالیت شود. از دیگر خطا ها در فرآیند تیتر کردن می توان به کالیبره نبودن وسایل آزمایشگاهی مورد استفاده همانند بشر، بورت و غیره نام برد.
کاربردهای تیتراسیون:
از آن جهت که فرآیند تیتر کردن یک فرآیند شیمی تجزیه می باشد، بنابراین برای اندازه گیری غلظت استفاده می شود. بنابراین در صنایع مختلفی مانند صنایع غذایی، آزمایشگاه های تشخیص طبی، آزمایش های شیمی، معدن، صنایع آب و فاضلاب، داروسازی و غیره کاربرد زیادی دارد. علاوه بر آن، در علم زیست شناسی برای تعیین غلظت ویروس ها و باکتری ها نیز استفاده می شود.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
