TITRIMETRISK ANALYS

Vid en analys med hjälp av titrering, sätter man en lämplig lösning av med känd koncentration till en lösnig av det ämne eller jonslag vars massa eller halt man vill bestämma. Den reaktion som då sker ska gå snabbt och entydigt. Ekvivalensförhållandet mellan de partiklarna som reagerar måste vara känd.

Byretten är det viktigaste redskapet vid titrering. Med byretten kan man med stor nogrannhet mäta volymen av reagenslösningen (titratorn) som sätts till provlösningen (titranden). Du finner mer information om hur titreringen går till här.

När man satt till just så mycket titrator från byretten att det ämne man vill bestämma reagerat fullständigt, måste man kunna avgöra denna ekvivalenspunkt. Detta görs oftast genom tillsatts av en indikator.
 

Syra-bas titrering

Koncentrationen av en syra eller en bas kan bestämmas genom titrering där man tillsätter bas till syran eller omvänt. vanligen tillsätts natriumhydroxid. Vid tillsats sker följande allmänna formel:

H+  +  OH-  ⇒   H2  

När substansmängden hydroxidjoner som tillsatts är lika stor som substansmängden vätejoner i den starka syran är lösningen neutral. Vid syra-bastitreringar indiceras ekvivalenspunkten med en indikator med ett för analysen korrekt omslagsintervall. 
Titrering av svaga syror och baser och två- eller treprotoniga syror eller baser, kräver mer eftertanke vid behandlingen av mätresultaten. Övning i analys av titrerkurva för en svag syra finns här.

Vanliga indikatorer och deras omslagsintervall. Fenolftalin är idag ofta ersatt med tymolftalin eftersom fenolftalin har funnits vara hälsofarlig. Tymolftalin har samma omslagsintervall men färgen är blå istället för rosa.

Redoxtitrering – allmänt

Ordet redoxtitrering säger oss att det sker en redoxreaktion. Även här indiceras ekvivalenspunkten av en indikator eller av instrument (potentiometer). De två vanligaste metoderna är titrering med permanganatjoner (MnO4-) och titrering med tiosulfatjoiner (S2O32-). Dessa kan användas för ett flertal analyser av olika joner och ämnen. Man använder lösningar av kaliumpermanganat respektive natriumtiosulfat med noggrant bestämda koncentrationer. Man kan bereda dem genom att väga upp det fasta saltet, men den färdiga lösningen måste ändå ”ställas”.  Detta innebär att man genom noggrann analys och beräkningar kontrollerar den mot en lösning av känd koncentration. Vid sådana analyser använder man rena, väl definierade föreningar. Det finns endast ett fåtal substanser som uppfyller dessa krav. Ett exempel är natriumoxalat (Na2C2O4). Man kan även bereda lösningar enkelt genom att använda en ampull som innehåller en noggrant bestämd mängd av ämnet i fråga.

Pergamanattitrering

Pergamanatjoner är bra oxidationsmedel. De har starkt violett färg. I sur lösning reduceras pergamanatjoner till mangan(II)-joner, som inte ger någon färg i utspädd lösning. Pergamanattitrering kan bland annat användas för att bestämma mängden järn(II)-joner i en lösning. Lösningen med järn(II)-joner är titrand och lösningen med pergamanatjoner, som har känd koncentration, är titrator. 
När ekvivalent substansmängd MnO4- tillsatts kommer nästa droppe med pergamanatjoner inte att ha några järn(II)-joner att reagera med. Lösningen färgas då svagt rosa. Man titrerar alltså tills man får en bestående svagt rosa färg. Ingen indikator behöver därför tillsättas. Man säger att titreringen är självindicerande.

Jodometrisk titrering

Vid jodometrisk titrering använder man natriumtiosulfatlösning. Jod reagerar med tiosulfatjoner och bildar jodidjoner och tetrationatjoner enligt formeln:

I2  +  2S2O32-   ⇒   2I-  +  S4O62-

Som indikator använder man stärkelselösning, som får blå färg med jod. Vid ekvivalenspunkten, det vill säga när all jod har förbrukats, försvinner den blå färgen. I praktiken används sällan metoden för att bestämma halten jod i ett prov. Däremot används den för astt analysera jonslag som kan oxidera jodidjoner till jod. Titreringen föregås alltså av en annan reaktion. Jodidjoner kan nämligen delta i många redoxreaktioner och då oxideras till jod. Denna jod titreras sedan med tiosulfatjoner. Här följer några exempel:

2Cu2+  +  4I-    ⇒   2CuI(s)  +  I2
Cr2O72-  +  6I + 14H+  ⇒   2Cr3+  +  3I2   +  7H2O
IO3-  +  5I + 6H ⇒   3I2   +  3H2O

En vanlig tillämpning av jodometrisk titrering är för att bestämma halten C-vitamin i frukt och grönsaker. Du finner mer information om detta här. Bläddra neråt till  "Undersöka C-vitaminhalten i olika livsmedel".

Titrering enligt Winkler

Även om det även här finns elektroniska instrumnet idag, är detta standardmetoden för att bestämma syrgashalten i vatten. Metoden är mycket noggran men kräver en del av laboranten. Det är många steg i utförandet och det krävs noggrannt kalibrerade flaskor för vattenproverna.

Fällningstitrering (Mohr-titrering)

Vi har tidigare sett att silverjoner reagerar med kloridjoner och bildar en vit fällning av silverklorid. Man kan analysera kloridinnehållet i ett prov genom att fälla ut, filtrera, torka och sedan väga silverklorid. Det är enklare att bestämma halten kloridjoner genom titrering. Problemet är att avgöra när ingen mer silverklorid fälls ut. Man använder då en indikator i form av kromatjoner (CrO42-). Tillsammans med silverjoner bildar kromatjoner en röd fällning av silverkromat (Ag2CrO4). Lösningens pH-värde måste ligga mellan 6,3 och 10,5. Om lösningen är för sur minskar indikatorns känslighet, om den är för basisk kan silverhydroxid (eller silveroxid) falla ut före silverkromatet.

Silverkromatet är mindre svårlösligt än silverkloriden. Först fälls därför silverklorid och sedan silverkromat. I praktiken upptäcker man inte den röda färgen förrän man tillsatt lite för mycket sivernitratlösning (övertitrering). Det värde man får kan man justera genom att att göra en så kallad blindtitrering. Man gör då en titrering under samma betingelser utan kloridjoner, men med till exempel lite kalciumkarbonat uppslammat i vatten. Den volym som då går åt för att få färgomslag subtraheras från den förra volymen silvernitrat.

Du hittar mer information om salthalt och havsvatten i den utmärkta boken Mäta vatten. Idag används sällan Mohr-titrering för att bestämma salthalt. Detta görs istället genom att mäta vattntes konduktivitet. Det finns också refraktometrar för salthaltbestämning.

Kompleximetrisk titrering med EDTA

EDTA är en förkortning av etylendiamintetraacetic acid, en fyrprotonig syra med nedanstående formel och struktur. EDTA binds starkt till två- och trevärda metalljoner och så kallade EDTA-komplex bildas. Man kan antingen använda syran eller dess natriumsalt. Metalljoner som kan analyseras med EDTA-titrering är till exempel Ca2+, Mg2+, Zn2+ och Al3+.

Till varje EDTA-molekyl respektive jon binds en metalljon och det bildas ett metalljon-EDTA-komplex, kallat kelatkomplex (av grekiskans chele som betyder klo). Varje EDTA-molekyl har sex kontaktställen. Bilden visar hur molekylen slingar sig om metalljonen för att kunna utnyttja alla kontaktställena. Vid ett för varje metalljon bestämt pH-värde föreligger komplexet i så hög koncentration att fria metalljoner kan försummas. Man kan därför titrera metalljonlösningen vid detta pH-värde med EDTA-lösning av känd koncentration. 

Som indikator använder man en så kallad metallindikator, till exempel erikromsvart. Denna indikator bildar vinrött färgade komplex med kalcium- och magnesiumjoner. Då dessa komplex emellertid är svagare än EDTA-metalljon-komplexen, upplöses de vid tillsats av EDTA-lösning och lösningen får en blå färg. Indikatorn slår alltså om från vinrött till blått vid ekvivalenspunkten. Ekvivalenspunkten är något glidande för kalciumjoner men tydligare för magnesiumjoner. För att komplexbildningen och därmed titreringen skall fungera måste lösningens pH-värde vara cirka 9-10 och man tillsätter därför före titreringen en buffertlösning som har ett sådant pH-värde.

EDTA-titrering används för bestämning av vattenhårdhet. Vattnets hårdhet beror på dess koncentration av kalcium- och magnesiumjoner. Vattenhårdhet brukar anges i mmol Ca2+ eller i så kallade tyska hårdhetsgrader (°dH). En °dH motsvaras av 1 mg CaO per 100 cm3 vatten. 

Idag är det vanligare att man mäter vattnets hårdhet med en fotometer.

Du hittar mer information om vattnets hårdhet i den utmärkta boken Mäta vatten.