Palaute
Sivukartta

Etusivu > Analyysimenetelmät > 4. Mitta-analyysi eli volumetria
  		Edellinen | Seuraava

4. Mitta-analyysi eli volumetria
Peruskäsitteet
Titraus
Analyysimenetelmä, jossa näytteeseen lisätään tunnettua mittaliuosta, joka reagoi tutkittavan aineen kanssa. Kun kaikki tutkittava aine on reagoinut, voidaan tutkittavan aineen määrä laskea sen perusteella, kuinka paljon mittaliuosta on kulunut titrauksessa.

Titrauskäyrä
Käyrä, joka kuvaa titrauksen kulkua.

Titrantti
Titrauksessa käytetty mittaliuos, jonka pitoisuus tunnetaan tarkasti.

Indikaattori
Väriaineita, jotka muuttavat väriään tietyllä pH-alueella. Happo-emästitrauksissa käytetyt indikaattorit ovat yleensä heikkoja happoja tai heikkoja emäksiä.

Ekvivalenttipiste
Ilmaisee, milloin esimerkiksi happo-emästitrauksessa happoa ja emästä on käytetty toisiaan vastaavat määrät. Ekvivalenttipiste sijaitsee likimäärin titrauskäyrän pystysuoran osan keskipisteessä.

Päätepiste
Titrauksen päätepiste on piste, joka voidaan kokeellisesti määrittää. Titrausreaktion ekvivalenttipiste on teoreettinen piste, jossa esimerkiksi happoa ja emästä on ekvivalentit määrät.

Soveltuvuus
Titrimetrisia analyyseja käytetään laajasti sekä teollisuus- että tutkimuslaboratorioissa. Tyypillisiä sovelluksia ovat esimerkiksi happo- ja emäsmääritykset raaka-aineista ja lopputuotteista, teollisuusprosessien monitorointi sekä mineraali- ja metallurgiset analyysit.

Rajoitukset
Menetelmä vaatii runsaasti liuoksia, joiden pitoisuus täytyy varmistaa säännöllisesti.

Mitta-analyysi

Titrauksessa määritettävään näyteliuokseen lisätään vähitellen määritettävän aineen kanssa reagoivaa, pitoisuudeltaan tunnettua reagenssia, kunnes reaktio määritettävän aineen ja reagenssin välillä on tapahtunut täydellisesti. Titrauksen päätepiste havaitaan näytteeseen lisätyn indikaattoriaineen värin muutoksesta. Päätepiste voidaan havaita myös esimerkiksi sähkökemiallisin keinoin. Määritettävän aineen määrä voidaan laskea, kun tunnetaan lisätyn reagenssiliuoksen pitoisuus ja tilavuus.

Titrausreaktion on täytettävä seuraavat ehdot:
  • reaktion näytteen ja standardiliuoksen välillä on oltava nopea
  • reaktion on edettävä loppuun saakka
  • reaktion on oltava stoikiometrinen
  • reaktion päättyminen on voitava todeta.
Titrausreaktiot jaetaan neljään eri tyyppiin, jotka ovat happo-emästitraus, saostustitraus, kompleksometrinen titraus ja hapetus-pelkistystitraus.

Happo-emästitraus
Happo-emästitrauksessa näytteenä olevan hapon tai emäksen määrä selvitetään titraamalla näyte vahvalla emäksellä tai hapolla. Jos esimerkiksi titrataan rikkihapponäyte natriumhydroksidilla, on titrausreaktio seuraava:

H2SO4   +   2NaOH   =   Na2SO4   +   2H2O

Koska liuoksen happamuus eli pH muuttuu titrausreaktion aikana, voidaan reaktion päätepiste havaita väri-indikaattorin avulla. Eri väri-indikaattoreilla on kullakin oma värinmuutosalueensa. Kun vahvaa happoa titrataan vahvalla emäksellä, on pH päätepisteessä 7. Kun heikkoa emästä titrataan vahvalla hapolla, pH on päätepisteessä noin 4 – 5. Tällöin sopiva indikaattori on metyylipunainen, joka vaihtaa värinsä keltaisesta punaiseen kyseisellä pH-alueella. Kun heikkoa happoa, esimerkiksi etikkahappoa, titrataan vahvalla emäksellä, sopii indikaattoriksi fenoliftaleiini. Titrausreaktion kulkua voidaan myös seurata pH-mittauksen avulla. Tällöin reaktion päätepiste on pH-muutoksen jyrkimmässä kohdassa.

analyysimenetelmat_4_kuva1.gif

Kuva 1. Eräiden väri-indikaattorien värien riippuvuus happamuudesta.

analyysimenetelmat_4_2a.gif



Kuva 2.a
Vahvan hapon titraus vahvalla emäksellä.		 analyysimenetelmat_4_2b.gif
Kuva 2.b
Heikon hapon titraus vahvalla emäksellä.

Saostustitraus
Saostustitrauksessa näyteliuokseen lisätään mittaliuosta, joka muodostaa määritettävän aineen kanssa niukkaliukoisen yhdisteen. Kun määritettävä aine loppuu, titrausliuoksessa olevan yhdisteen määrä näyteliuoksessa lisääntyy, kunnes ylitetään indikaattoriksi lisätyn, hieman liukoisemman yhdisteen liukoisuustulo. Saostustitrauksella määritetään yleisesti esimerkiksi kloridi-ionien määrä näytteessä. Titrausliuoksena on AgNO3-liuos ja indikaattorina käytetään Na2CrO4-liuosta. Kloridi-ionit saostuvat titrauksessa hyvin niukkaliukoisena hopeakloridina. Kun kaikki kloridi-ionit ovat saostuneet, lisääntyy hopeaionien määrä liuoksessa, kunnes alkaa saostua punaista hopeakromaattia, Ag2CrO4.

Kompleksometrinen titraus
Kompleksometrisessa titrauksessa käytetään standardiliuoksena kompleksoivaa ainetta, joka sitoo määritettävän metalli-ionin kompleksiksi. Indikaattorina on jokin värillinen, heikommin komplekseja muodostava yhdiste. Kun kaikki metalli-ionit ovat sitoutuneet kompleksiksi, alkaa indikaattorina oleva kompleksiyhdiste hajota ja menettää keskusatomejaan vahvemmin kompleksoivalle titrausaineelle, josta on seurauksena indikaattorin värin muutos. Tärkein kompleksometrisissä titrauksissa käytetty kompleksoiva aine on EDTA eli etyleenidiamiinitetraetikkahappo.

Hapetus-pelkistystitraus
Hapetus-pelkistystitrauksessa hapetetaan (tai pelkistetään) määritettävä aine titrausreagenssilla hapetusasteesta toiseen. Indikaattoreina on monimutkaisia orgaanisia yhdisteitä, joiden hapettuneella ja pelkistyneellä muodolla on eri värit. Ferroiini on tunnetuin indikaattori. Sen väri muuttuu  punaisesta siniseen. Siinä on keskusatomina rauta joko kahden- tai kolmenarvoisena. Hapetus-pelkistystitrauksiin kuuluvat cerimetrinen, jodometrinen ja permanganaattititraus.

  • Cerimetrisessä titrauksessa käytetään hapettimena Ce4+-ioneja sisältävää liuosta.
  • Jodometrisessa titrauksessa käytetään jodiliuosta (I2). Jodometrisessa titrauksessa voi myös I--ioni toimia pelkistimenä, jolloin reaktiossa vapautuu alkuainemuodossa olevaa jodia. Jodin havainnointiin eli indikointiin käytetään tärkkelysliuosta, joka värjäytyy voimakkaan siniseksi jo hyvin pienen jodimäärän vaikutuksesta.
  • Permanganaattititrauksessa titrausliuoksena on MnO4--liuos, joka on väriltään sinipunaista. Titrauksen päätepiste havaitaan siitä, että permanganaatin violetti väri ei enää katoakaan sitä näyteliuokseen lisättäessä.
Titrausliuoksen kulutuksesta voidaan määritettävän aineen määrä laskea reaktioyhtälön avulla. Kuluneen titrausaineen ainemäärä saadaan kertomalla tilavuus titrausliuoksen pitoisuudella. Tämän jälkeen saadaan reaktioyhtälön stoikiometrian perusteella näytteessä ollut ainemäärä.

Kirjallisuus
  1. Harris, D.H. 2002: Quantitative chemical analysis. 6. painos. W.H. Freeman and company, New York.
  2. Jeffery, G.H., Bassett, J., Mendham, J. & Denney, R.C. 1989: Vogel's textbook of quantitative chemical analysis. 5. painos. Longman Scientific & Technical, London.
  3. Laukkanen, R., Nykänen R. Ja Vuokila, O. 1987: Analyysit. Ammattikasvatushallitus, Valtion painatuskeskus, Helsinki.
  4. Lehtonen, P. ja Sihvonen, M-L.; Laboratorioalan analyyttinen kemia, Opetushallitus, Edita Prima Oy, Helsinki, 2004.
  5. Saarinen, H. ja Lajunen, L.H.J. 1993: Analyyttisen kemian perusteet. Kemian kustannus Oy, Helsinki.
  6. Kanerva, K. ja Karkela, L. 1997: Katalyytti - Työkurssin käsikirja. WSOY, Porvoo.

Etusivu > Analyysimenetelmät > 4. Mitta-analyysi eli volumetria 		Edellinen | Seuraava