Титрование в аналитической химии¶

Титрование — метод количественного анализа в аналитической химии, основанный на измерении объёма раствора реагента точно известной концентрации, который расходуется на реакцию с определяемым веществом. Метод относится к объёмному анализу (титриметрии) и широко применяется в химических, фармацевтических, пищевых и экологических лабораториях для определения концентрации веществ в растворах.

¶Сущность метода

В основе титрования лежит реакция между двумя веществами: анализируемым раствором (титруемым) и рабочим раствором (титрантом), концентрация которого точно известна. Титрант постепенно добавляют к пробе до момента, когда количества реагирующих веществ становятся эквивалентными согласно уравнению реакции. Этот момент называют точкой эквивалентности.

Рабочий раствор с точно установленной концентрацией называется стандартным или титрованным. Его концентрация выражается через молярную концентрацию эквивалента (нормальность) либо молярную концентрацию. Процесс добавления титранта ведут с помощью бюретки — градуированной трубки с краном, позволяющей точно отмерять объём жидкости.

Поскольку точка эквивалентности не всегда визуально заметна, её определяют по изменению окраски индикатора или с помощью инструментальных методов (потенциометрия, кондуктометрия, спектрофотометрия). Объём титранта, пошедший на реакцию, фиксируют и по нему рассчитывают содержание определяемого вещества.

¶История

Приёмы объёмного анализа начали формироваться в XVIII веке. Французский химик Франсуа Антуан Анри Декруазиль в 1795 году описал метод определения содержания поташа и соды путём добавления кислоты до нейтрализации. Термин «титрование» (от французского titre — титр, содержание) закрепился в практике химиков.

Значительный вклад в развитие метода внёс Жозеф Луи Гей-Люссак, предложивший в 1824 году способ определения серебра титрованием раствором хлорида натрия. В 1855 году Фридрих Мор разработал классические приёмы кислотно-основного титрования и ввёл в практику ряд индикаторов, а также усовершенствовал бюретку. Русский химик Николай Александрович Меншуткин в конце XIX века систематизировал теорию титриметрии и предложил классификацию методов.

¶Классификация методов

По типу химической реакции, лежащей в основе, выделяют несколько групп методов.

¶Кислотно-основное титрование

Основано на реакции нейтрализации между кислотой и основанием. Применяется для определения кислот, оснований, солей, обладающих кислотно-основными свойствами. Индикаторы — фенолфталеин, метиловый оранжевый, лакмус — меняют окраску в зависимости от pH среды.

¶Окислительно-восстановительное титрование

Использует реакции окисления-восстановления. Включает перманганатометрию (титрант — раствор перманганата калия), иодометрию (титрант — иод или тиосульфат натрия), дихроматометрию, броматометрию. Метод применяется для определения восстановителей и окислителей.

¶Осадительное титрование

Основано на реакциях образования малорастворимых соединений. Наиболее распространены аргентометрия (титрант — нитрат серебра) для определения галогенидов и роданидометрия.

¶Комплексонометрическое титрование

Базируется на образовании устойчивых комплексных соединений. Наиболее известен комплексонометрический метод с использованием этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), применяемый для определения ионов металлов — кальция, магния, железа, цинка.

¶Способы титрования

Различают несколько приёмов проведения анализа:

Прямое титрование — титрант непосредственно реагирует с определяемым веществом.
Обратное титрование (титрование по остатку) — к пробе добавляют избыток реагента, а его непрореагировавшую часть оттитровывают вторым рабочим раствором.
Титрование заместителя — определяемое вещество сначала переводят в другое соединение, которое затем титруют.
Кулонометрическое титрование — титрант образуется электрохимически в процессе электролиза, а его количество измеряют по силе тока и времени.

¶Точность и погрешности

Точность титрования зависит от ряда факторов: правильности установки концентрации титранта, точности измерения объёмов, выбора индикатора с подходящим интервалом перехода окраски, температуры и чистоты реактивов. Погрешность метода обычно составляет 0,1–0,5 %. Для повышения точности проводят параллельные определения (не менее трёх) и вычисляют среднее значение.

Важным понятием является скачок титрования — резкое изменение pH или другого параметра вблизи точки эквивалентности. Индикатор подбирают так, чтобы его интервал перехода окраски попадал в область скачка.

¶Применение

Титрование применяется в самых разных областях:

Фармацевтика — контроль качества лекарственных препаратов, определение содержания действующих веществ.
Пищевая промышленность — определение кислотности молока, соков, вина, содержания соли и сахара.
Экология — анализ природных и сточных вод на содержание ионов, определение жёсткости воды.
Металлургия и химическая промышленность — контроль состава сырья и готовой продукции.
Клиническая лабораторная диагностика — определение ряда биохимических показателей.

¶Значение и развитие

Титрование остаётся одним из базовых методов аналитической химии благодаря простоте оборудования, доступности реактивов и достаточно высокой точности. Современные автоматические титраторы позволяют проводить анализ без участия оператора, фиксируя точку эквивалентности инструментально. Метод включён в большинство фармакопей мира, в том числе в Государственную фармакопею Российской Федерации, как стандартный способ количественного определения.

¶Источники

Меншуткин Н. А. Аналитическая химия.
Основы аналитической химии / под ред. Ю. А. Золотова.
Государственная фармакопея Российской Федерации.
Крешков А. П. Основы аналитической химии.