Các Phương Pháp Chuẩn Độ: Chuẩn Độ Thủ Công – Chuẩn Độ Điện Thế – Chuẩn Độ Nhiệt

Tất cả các phương pháp chuẩn độ đều yêu cầu phép đo và chỉ thị điểm cuối của phản ứng, xảy ra tại hoặc ngay sau điểm tương đương của phản ứng tùy thuộc vào phương pháp chỉ thị được sử dụng. Trong khi điểm tương đương là điểm mà tại đó có một lượng tương đương về mặt hóa học của chất chuẩn độ và chất phân tích trong dung dịch, thì điểm cuối là thời điểm mà chất chỉ thị đánh dấu sự kết thúc của phản ứng thông qua sự thay đổi màu sắc hoặc tín hiệu khác. Phép đo sẽ chính xác hơn khi điểm cuối càng gần điểm tương đương.

Ba phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để đọc điểm cuối của phản ứng chuẩn độ là thay đổi màu sắc (thủ công), đo điện thế và đo nhiệt độ. Bài viết này giải thích ba phương pháp chính này, cách chúng hoạt động và cách quyết định phương pháp nào có thể phù hợp với ứng dụng của bạn.

Chuẩn Độ Thủ Công

Thông thường, khi chuẩn độ thủ công, chất chỉ thị màu được sử dụng để báo hiệu điểm cuối của phản ứng và điểm cuối được quan sát bằng mắt thường. Chất chỉ thị được chọn phụ thuộc vào phản ứng, chất phân tích và chất chuẩn độ. Ví dụ, phenolphtalein thường được sử dụng làm chất chỉ thị cho phép chuẩn độ axit-bazơ khi chất chuẩn độ là bazơ mạnh vì phenolphtalein chuyển từ không màu sang màu hồng ở độ pH khoảng 8,3. Metyl da cam chuyển từ màu vàng sang màu đỏ giữa pH 3,1 và 4,4, thường chỉ thị cho các phản ứng giữa chất chuẩn độ axit mạnh và chất phân tích bazơ yếu.

Các chất chỉ thị cho phản ứng chuẩn độ oxi hóa khử đặc trưng hơn cho các chất oxi hóa và chất khử tham gia. Một số chất chỉ thị oxi hóa khử đổi màu sau khi phản ứng với chất chuẩn độ, chẳng hạn như khi tinh bột phản ứng với iốt và chuyển sang màu xanh lam ở điểm cuối của phép đo iốt. Các chất chỉ thị oxi hóa khử khác thay đổi màu sắc trong phản ứng với sự thay đổi thế điện cực. Trong trường hợp đó, chất chỉ thị phải được chọn dựa trên tiềm năng dự kiến ​​của dung dịch tại điểm tương đương của phản ứng oxi hóa khử.

Điện thế điểm tương đương có thể được ước tính bằng cách sử dụng phương trình Nernst và điện thế khử tiêu chuẩn của các bán cân bằng phản ứng, và sẽ rơi vào khoảng giữa hai giá trị điện thế của các bán cân bằng này. Ví dụ, thế oxy hoá chuẩn của Fe³⁺/Fe²⁺ là 0,77 V và thế oxy hoá chuẩn của Ce⁴⁺/Ce³⁺ là 1,44 V, vì vậy ferroin, chất đổi màu từ đỏ sang xanh khi bị oxy hóa ở thế 1,06 V, thường được dùng làm chất chỉ thị khi Fe²⁺ được chuẩn độ với Ce⁴⁺.

Một số chất chuẩn độ oxi hóa khử cũng có thể đóng vai trò là chất chỉ thị của riêng chúng, chẳng hạn như thuốc tím (KMnO₄). Trong quá trình chuẩn độ, MnO^–₄ từ dung dịch KMnO₄ màu tím hoặc hồng mất màu khi chất chuẩn độ bị khử thành mangan(II) (Mn²⁺). Khi có dư MnO^–₄ trong dung dịch mẫu thử, dung dịch chuyển sang màu hồng, đánh dấu điểm kết thúc phản ứng.

Đối với các phản ứng kết tủa, các chất chỉ thị có thể đổi màu do phản ứng với chất chuẩn độ hoặc chất kết tủa. Ví dụ, trong phương pháp Mohr, trong đó các ion bạc (Ag⁺) từ bạc nitrat (AgNO₃) phản ứng với các ion clorua (Cl^–) để tạo thành kết tủa bạc clorua (AgCl), kali cromat (K₂CrO₄) được thêm vào và phản ứng với các ion bạc dư tạo thành kết tủa bạc cromat (Ag₂CrO₄) màu nâu đỏ , báo hiệu kết thúc phản ứng.

Trong phương pháp Fajans cũng sử dụng AgNO₃ để chuẩn độ clorua, thuốc nhuộm dichlorofluorescein được sử dụng làm chất chỉ thị, chất chỉ thị này sẽ chuyển từ màu xanh sang màu hồng khi được hấp phụ lên bề mặt của kết tủa AgCl. Sự hấp phụ và thay đổi màu sắc này chỉ có thể xảy ra khi tất cả các ion clorua đã phản ứng, khiến Ag⁺ dư thừa tích điện dương trên bề mặt của chất kết tủa và hút thuốc nhuộm anion.

Trong chuẩn độ phức chất, các chất chỉ thị thường là thuốc nhuộm ionochromic tạo phức yếu với các ion kim loại được phân tích và có màu khác nhau tùy thuộc vào việc chúng có ở trong phức chất hay không. Khi một tác nhân tạo phức hoặc chelate mạnh hơn, chẳng hạn như EDTA, cô lập các ion kim loại, thuốc nhuộm sẽ trở lại màu ban đầu và biểu thị phản ứng hoàn toàn. Ví dụ, Fast Sulphon Black F là thuốc nhuộm chuyển từ màu tím sang màu xanh lá cây khi nó không còn tạo phức với các ion đồng.

Các phép chuẩn độ thủ công dựa vào người thử nghiệm để phát hiện sự thay đổi màu sắc bằng mắt dễ bị lỗi hơn so với các phương pháp chuẩn độ tự động và nhận thức về sự thay đổi màu sắc có thể khác nhau ở mỗi người. Tuy nhiên, chuẩn độ thủ công sử dụng chất chỉ thị màu đơn giản hơn và ít tốn kém hơn khi thực hiện so với phương pháp tự động, ít nhất là về chi phí thiết bị.

Độ đúng và độ chính xác của các phương pháp chuẩn độ thủ công có thể được cải thiện đáng kể bằng cả việc trải qua đào tạo và lựa chọn chất chỉ thị thích hợp. Sử dụng chất chỉ thị có tốc độ chuyển màu nhanh, rõ ràng, có hóa chất phù hợp với phản ứng chuẩn độ được chỉ định sẽ giảm khả năng sai số do cảm nhận màu sắc chủ quan hoặc chỉ thị muộn/sớm. Ngoài ra, người ta phải đảm bảo rằng chất chỉ thị sẽ không can thiệp vào phản ứng giữa chất chuẩn độ và chất phân tích.

Chuẩn Độ Điện Thế

Trong chuẩn độ điện thế, hiệu điện thế giữa hai điện cực được dùng để xác định điểm tương đương của phản ứng chuẩn độ. Điện cực chỉ thị, được ngâm trong dung dịch mẫu, được nối với điện cực chuẩn bằng cầu muối chứa chất điện phân trơ như kali clorua (KCl), tạo thành một pin điện hóa.

Điện thế của điện cực chuẩn không đổi trong khi điện thế của điện cực chỉ thị thay đổi tùy thuộc vào các ion có trong dung dịch mẫu. Điện thế của pin được theo dõi khi chất chuẩn độ được thêm vào và được vẽ dưới dạng một hàm của thể tích chất chuẩn độ thêm vào. Do điện thế phụ thuộc vào nồng độ của chất phân tích và chất chuẩn độ trong dung dịch, đồ thị có thể được sử dụng để xác định điểm tương đương, được tìm thấy ở phần dốc nhất của đường cong chuẩn độ điện thế.

Chuẩn độ điện thế có thể được sử dụng cho hầu hết mọi loại phản ứng chuẩn độ (axit-bazơ, oxi hóa khử, kết tủa và phức chất), nhưng phải chọn loại điện cực phù hợp dựa trên loại phản ứng và chất tham gia phản ứng.

Ví dụ, các điện cực pH (ví dụ: điện cực chỉ thị thủy tinh và điện cực chuẩn Ag/AgCl) là lý tưởng cho các phản ứng chuẩn độ axit-bazơ. Các điện cực chỉ thị Platinum với các điện cực chuẩn calomel hoặc Ag/AgCl thường được sử dụng cho các phản ứng oxi hóa khử, trong khi các điện cực chỉ thị bạc thường được ghép nối với các điện cực so sánh sunfat thủy ngân trong các phép chuẩn độ kết tủa.

Chuẩn độ tạo phức yêu cầu các điện cực cụ thể được chọn lọc cho ion được phân tích. Một số điện cực chọn lọc ion (ISE) thường có sẵn, chẳng hạn như ISE chọn lọc đồng và cadmium, trong khi một số chất phân tích có thể yêu cầu điện cực được chuẩn bị đặc biệt để đảm bảo tính chọn lọc. Đối với chuẩn độ tạo phức sử dụng EDTA làm chất chuẩn độ, một lựa chọn khác là chuẩn bị các điện cực phủ thủy ngân bằng cách trộn các điện cực bạc hoặc vàng.

Chuẩn độ điện thế chính xác hơn so với chuẩn độ thủ công sử dụng các chất chỉ thị thay đổi màu sắc, vì nó ít mang tính chủ quan hơn và điểm tương đương có thể được xác định với độ chính xác cao hơn bằng cách sử dụng đường cong chuẩn độ điện thế. Chuẩn độ điện thế cũng có thể cho phép tính linh hoạt cao hơn, vì cùng một điện cực có thể được sử dụng cho các phép chuẩn độ khác nhau trong nhiều trường hợp, trong khi chuẩn độ dựa trên chất chỉ thị phụ thuộc nhiều hơn vào tính chất hóa học của chất chỉ thị được sử dụng.

Chuẩn độ điện thế được sử dụng trong nhiều máy chuẩn độ tự động, giúp giảm sai sót của con người, sự thay đổi và nhân công, đồng thời tăng tốc độ và thông lượng thông qua hoạt động chuẩn độ tự động liên tục. Chi phí ban đầu của máy chuẩn độ điện thế tự động cao hơn nhiều so với chuẩn độ thủ công, vốn chỉ cần một buret, bình và các thuốc thử cần thiết, nhưng có thể đáng giá đối với các phòng thí nghiệm có khối lượng thử nghiệm cao hoặc các ứng dụng yêu cầu các phép đo chính xác hơn.

Ngoài ra, máy chuẩn độ tự động có thể tiết kiệm chi phí theo thời gian do giảm lao động thủ công. Loại bỏ nhu cầu mua nhiều chất chỉ thị khác nhau cũng có thể là một lợi ích, nhưng chi phí, bảo trì và tính sẵn có của các điện cực cần thiết cũng cần được xem xét.

Chuẩn Độ Nhiệt

Chuẩn độ nhiệt sử dụng sự thay đổi nhiệt độ để xác định điểm tương đương của phản ứng chuẩn độ. Phương pháp này dựa trên sự thay đổi entanpy xảy ra trong một phản ứng hóa học. Trong các phản ứng chuẩn độ tỏa nhiệt, năng lượng do phản ứng giải phóng làm cho nhiệt độ của dung dịch tăng lên khi chất chuẩn độ phản ứng với chất phân tích và giảm xuống khi phản ứng kết thúc. Trong các phản ứng thu nhiệt, năng lượng được hấp thụ và nhiệt độ giảm xuống, sau đó ổn định hoặc tăng trở lại tại điểm tương đương của phản ứng.

Do nhiệt độ thay đổi đối với nhiều phản ứng chuẩn độ là cực kỳ nhỏ nên cần có đầu dò nhiệt độ có độ phân giải cao để đo chuẩn độ nhiệt chính xác. Nhiệt độ là một hàm của thể tích chất chuẩn độ được thêm vào có thể được vẽ khi phản ứng được theo dõi và điểm tương đương có thể được xác định là điểm khi sự thay đổi nhiệt độ dừng lại hoặc đảo ngược hướng.

Một trong những lợi ích chính của chuẩn độ nhiệt là một đầu dò nhiệt độ duy nhất có thể được sử dụng cho bất kỳ loại phản ứng nào, với điều kiện là độ nhạy của đầu dò đủ để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ. Chuẩn độ nhiệt kế cũng dễ dàng được tự động hóa, tránh các vấn đề liên quan đến chuẩn độ thủ công.

Chuẩn độ nhiệt kế cũng có thể được áp dụng trong các trường hợp không có sẵn các chất chỉ thị hoặc điện cực thích hợp cho chất phân tích cụ thể đang được nghiên cứu. Các hạn chế của phép chuẩn độ nhiệt bao gồm chi phí của đầu dò nhiệt độ có độ nhạy cao hoặc hệ thống tự động, cũng như khả năng gây nhiễu của các dao động nhiệt độ bên ngoài đối với thí nghiệm.

Thiết Bị Chuẩn Độ Tự Động

1. Máy chuẩn độ tự động ezTiTRATR

Máy chuẩn độ tự động ezTiTRATR là thiết bị của hãng ELECTROLAB, máy lý tưởng để thực hiện các chuẩn độ trong môi trường nước, môi trường khan, tạo phức chất và oxi hoá khử. Máy sử dụng cảm biến điện thế (pH, oxi hoá khử, môi trường nước, môi trường khan, phức chất, kết tủa, ISE) và điện cực cảm biến nhiệt độ.

Máy có bộ phận nhận dạng buret với dung tích 20 mL và độ phân giải là 1 μL, thời gian làm đầy buret tối đa là 30 giây. Bên cạnh đó, máy trang bị bộ phận khuấy từ, có thể điều khiển bằng màn hình cảm ứng 7 inch. Máy có 3 chế độ chuẩn độ dành cho blank, mẫu và dung dịch chuẩn.

Người dung có thể tạo báo cáo phân tích (thông số, kết quả) và thống kê (RSD, độ tuyến tính, trung bình), lưu trữ 1000 báo cáo và phương pháp trong máy. Máy hỗ trợ các kết nối ezIntegrity, Ethernet, wifi và USB để kết nối với PC, máy in hoặc ổ đĩa ngoài.

Bạn có thể tham khảo thêm về MÁY CHUẨN ĐỘ TỰ ĐÔNG ezTiTRATR tại đây.

2. Máy chuẩn độ tự động theo phương pháp Karl Fischer ezFiSCHR

Máy chuẩn độ tự động ezFiSCHR thuộc hãng ELECTROLAB, áp dụng phương pháp Karl Fischer. Thiết bị lý tưởng để tính % độ ẩm trong mẫu bằng các tiêu chuẩn đã biết, sử dụng cảm biến điện cực Karl Fischer.

Máy có bộ phận nhận dạng buret với dung tích 20 mL và độ phân giải là 5 μL, thời gian làm đầy buret tối đa là 30 giây. Bên cạnh đó, máy trang bị bộ phận khuấy từ, có thể điều khiển bằng màn hình cảm ứng 7 inch. Máy có 3 chế độ chuẩn độ dành cho blank, mẫu và dung dịch chuẩn.

Người dung có thể tạo báo cáo phân tích (thông số, kết quả) và thống kê (RSD, độ tuyến tính, trung bình), lưu trữ 1000 báo cáo và phương pháp trong máy. Máy hỗ trợ các kết nối ezIntegrity, Ethernet, wifi và USB để kết nối với PC, máy in hoặc ổ đĩa ngoài.

Bạn có thể tham khảo thêm về MÁY CHUẨN ĐỘ TỰ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP KARL FISCHER ezFiSCHR tại đây.

Công ty CP Thiết Bị Khoa học H2TECH – Là đơn vị cung cấp các thiết bị khoa học kỹ thuật hàng đầu tại Việt Nam. H2TECH là đối tác của nhiều trường học các viện nghiên cứu và các trung tâm thí nghiệm. Là một trong những nhà phân phối tại Việt Nam, với nhiều hãng nỗi tiếng khác nhau trên thế giới như ELCTROLAB,…. Nếu bạn đang có nhu cầu về các loại máy đo quang phổ hoặc thiết bị phòng thí nghiệm khác hãy liên hệ với H2TECH để được hỗ trợ cung cấp các thiết bị với mức giá hợp lý nhất.

CÔNG TY CP THIẾT BỊ KHOA HỌC H2TECH
Chuyên cung cấp các thiết bị phòng thí nghiệm – Thiết kế phòng lab
Chúng tôi hợp tác lâu dài dựa trên uy tín, chất lượng và hỗ trợ cho khách hàng một cách tốt nhất
Hotline: 0934.07.54.59
    028.2228.3019
Email: thietbi@h2tech.com.vn
       salesadmin@h2tech.com.vn
Webside: https://h2tech.com.vn
https://thietbihoasinh.vn 
https://thietbikhoahoch2tech.com