1. Kalsiumin ja magnesiumin määritys kompleksometrisesti

Transkriptio

1 CHEM-A1210 Kemiallinen reaktio- kurssin analyyttisen kemian laboratorio-osuuden työohjeet Analytical chemistry is what analytical chemists do anonymous Analyyttinen kemia on tuttua jokaiselle, joka on joskus katsonut nykypäivän rikossarjatuotantoja. Tuntemattomien näytteiden kemiallisen koostumuksen, rakenteen, kemiallisten ominaisuuksien ja näiden sisältävien komponenttien pitoisuuksien mittaaminen on saattanut monta rikollista ja viatonta tuomituksi. Näytteen keräämisen, esikäsittelyn, mittaamisen ja tulosten käsittelyn lisäksi tämä kemian alahaara sisältää paljon uusien analyysimenetelmien ja -tekniikoiden kehittämisestä ja vanhojen menetelmien ja - tekniikoiden soveltamisesta uusiin kohteisiin. Analyyttisen kemian tekeminen edellyttää muiden kemian osa-alojen hallintaa ja tätä tarvitaan niin teollisuuden laadunvalvonnassa, rikoslaboratoriossa kuin esimerkiksi ympäristön tarkkailussa. Onkin todella vaikeaa keksiä kemiaan liittyvää työpaikkaa missä analyyttinen kemia ei olisi mukana jossain muodossa. Tehtäviä laboratoriotöitä on yhteensä viisi kappaletta, joista kolme tehdään omina päivinään ja kaksi yhden päivän aikana. Osasta töistä annetaan pisteitä, joiden avulla on mahdollista nostaa kurssista saatavaa arvosanaa. Määritetyn tuloksen poiketessa liikaa oikeasta on työ epäonnistunut, jolloin tämä pitää uusia rästikerralla. Tee siis työt rauhassa ja ajatuksen kanssa. Laboratoriossa suoritettavissa titraustöissä tehdään näytteen lisäksi vertailutitraus/vertailutitrauksia (standardi tai ns. mallinäyte ), jonka sisältämän aineen ainemäärä tunnetaan. Vertailutitraus tehdään kahdesta syystä: 1) Käytettäessä indikaattoria värinmuutos ei ole aina selkeä. Värinmuutos on usein hidas prosessi eikä väri muutu esim. yhden tipan lisäyksellä sinisestä lilaksi. 2) Stoikiometrinen ekvivalenttipiste on ainoastaan teoreettinen arvo. Käytännön titrauksissa tapahtuu aina yli- tai alititrausta. Titrauksessa havaitun ekvivalenttipisteen sijaan kuuluisikin puhua loppupisteestä. Tämän ja ekvivalenttipisteen välisen eron aiheuttama virhe voidaan minimoida titraamalla sekä näyte, että standardi samaan värinmuutokseen/loppuväriin ja laskemalla vertailutitrauksen kulutuksen avulla titrausliuokselle ns. efektiivinen konsentraatio.

2 1. Kalsiumin ja magnesiumin määritys kompleksometrisesti Kompleksometrisessa titrauksessa määritettävä aine muodostaa mittaliuoksen kanssa kompleksiyhdisteen. Määritettäessä kationeja kompleksometrisesti titraamalla on tärkein titrausreagenssi EDTA (etyylidiamiinitetraetikkahappo), joka on neliemäksinen happo. Neljän happiatomin lisäksi EDTA kykenee sitoutumaan titrattavaan metalliin myös kahden typpiatomin valenssielektronien avulla ts., EDTA on kuusihampainen ligandi. EDTA reagoi tutkittavien metallikationien kanssa aina moolisuhteessa 1:1. EDTA muodostaa kompleksin melkein kaikkien kahdenarvoisten metallikationien kanssa, mikä tulee ottaa huomioon näytteen sisältäessä häiritseviä metalli-ioneja. Kompleksometrisen titrauksen käyttökohteita on esim. veden kovuuden määritys (siis yleensä kalsium-, magnesium- ja rautaionien kokonaismäärä). Kompleksometrisissä titrauksissa ekvivalenttipiste voidaan havaita esim. indikaattorin avulla. Titrauksen alussa indikaattori muodostaa kompleksin titrattavan metallin kanssa. Titrauksen edetessä metalli-ioniin suurempiaffinteettinen EDTA syrjäyttää indikaattorin. Koska liuoksessa vapaana olevan indikaattorin väri poikkeaa sitoutuneesta, havaitaan saavutettu ekvivalenttikohta värinmuutoksesta. Kalsium voidaan titrata EDTA:lla magnesiumia sisältävästä emäksisestä liuoksesta. Tällöin magnesium saostuu hydroksina omaan faasiinsa ja kaikki lisätty EDTA reagoi ainoastaan kalsiumin kanssa. Mg OH - Mg(OH) 2 (s) Työssä täytyy kalsiumin ja magnesiumin yhteenlasketun absoluuttisen virheen olla alle 6 % työn läpäisemiseksi, alle 3 %:n virheellä saa pisteen. Työn suoritus: Standardia (dekantterilasissa on 50,0 mg sekä Ca 2+, että Mg 2+ ) ja näytettä ( mg sekä Ca 2+ että Mg 2+ ) titrataan rinnakkain, siten että aluksi standardista titrataan kalsium, jonka jälkeen tämä titrataan myös näytteestä. Tämän jälkeen molemmista titrataan magnesium. Määritettävien ionien massoja laskettaessa käytetään kalsiumille kalsiumstandardin avulla määritettyä konsentraatiota ja magnesiumille magnesiumstandardin avulla määritettyä konsentraatiota. Ota huomioon, että titratun standardin/näytteen väri muuttuu ajan kuluessa. Titrattava liuos laimennetaan noin 100 millilitraksi. Tähän lisätään NaOH-liuosta (2 M) n. 3 ml ja tämän jälkeen pienissä erissä kunnes ph on 12 (mitataan Fisherbrand-pH-paperilla). Lisätään pieni määrä HHSNNA-indikaattoria, kunnes liuos on selvästi viininpunaisen värinen. Kalsium titrataan EDTA:lla,

3 kunnes väri muuttuu viininpunaisesta violetiksi ja tästä siniseksi. Värinmuutoksen tapahduttua odotetaan noin minuutti. Titrausta tulee jatkaa jos liuos muuttuu takaisin violetiksi. Jos ph laskee titrauksen aikana alle kahdentoista, lisätään NaOH:ia. ph:n tarkkailu voidaan tehdä noin 5 ml lisäyksien välein. Liuoksen ph vaikuttaa mm. titrausreaktion ehtovakioon, EDTA-indikaattorikompleksin stabiiliuteen sekä indikaattorin vapaan muodon väriin. Yllämainittujen seikkojen takia tulee ph tarkistaa oletetussa ekvivalenttikohdassa! Kalsiumin titrauksen jälkeen liuokseen lisätään 20 ml 30 % vetyperoksidia (H 2O 2) ja liuosta lämmitetään HHSNNA-indikaattorin hajottamiseksi joko vesihauteella tai lämpölevyllä. Näistä jälkimmäistä käytettäessä tulee olla varovainen, ettei liuos pääse kiehumaan. Jos n. 10 minuutin lämmittämisen jälkeen sininen väri ei ole hävinnyt, lisätään vetyperoksidia 5 ml ja odotetaan 5 minuuttia. Tätä tarkistamista ja vetyperoksidin lisäämistä jatketaan kunnes kaikki sininen on kadonnut liuoksesta. Liuoksen annetaan jäähtyä pöydällä huoneenlämpöiseksi. ph:sta riippuen voi liuos sisältää Mg(OH) 2 sakkaa, jonka hajottamiseksi lisätään liuokseen 2,5 M suolahappoa. Säädetään ph NH 3:n (25 %) avulla noin kymmeneen (älä käytä NaOH:ia tässä vaiheessa). Loppunäyte titrataan EDTA:lla käyttäen eriokromimusta T:tä indikaattorina, jonka värinmuutos on HHSNNA:n kaltainen. Titrauksen edetessä tarkkaillaan ph:ta noin 5 ml EDTA lisäyksien välein.

4 2. Kloridin määritys ioniselektiivisillä elektrodeilla sekä titraamalla Työ tehdään kahdessa osassa: puolet ilmoittautuneista aloittaa titrauksella, toinen puoli ioniselektiivisellä menetelmällä, ja vaihtavat päittäin. Molemmilla ryhmillä on oma yhteisnäytteensä, jonka pitoisuus siis määritetään kahdella eri menetelmällä. Titraukset tehdään yksilötyönä. Ioniselektiivisen elektrodin osuudessa jakaudutaan omatoimisesti 2-3 hengen pienryhmiin, joissa valmistetaan kummassakin ryhmäkohtaiset vertailuliuokset ja määritetään näytteen pitoisuus ohjeen mukaan. Jos aloitat titrauksella, siirry ensin kohtaan A ja jälkimmäistä osuutta varten kohtaan B. Ioniselektiivisellä aloittavat voivat siirtyä suoraan kohtaan B, ja palaavat myöhemmin kohtaan A. A. Määritys titraamalla: 1000 ml mittapullossa olevan kloridin massa määritetään ryhmätyönä. Jokainen ottaa näytepullosta 50 ml:n osanäytteen ja titraa tämän itse. Titrausten jälkeen kloridi määritetään ioniselektiivisillä elektrodeilla jakaantumalla omatoimisesti kahden tai kolmen hengen pienryhmiin. Titrausten jälkeen lasketaan ryhmän kaikkien tulosten avulla luottamusväli näytepullon sisältämälle kloridimäärälle. Lisäksi toisessa vaiheessa lasketaan ioniselektiivisellä elektrodeilla saatu kloridimäärä. Työtä ei pisteytetä. Kloridin määrä liuoksessa voidaan selvittää saostustitrauksella, missä hopeanitraatti saostaa kloridin valkoisena hopeakloridi-sakkana: Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl (s), K s=1,2*10-10 Ekvivalenttipisteen havaitsemisessa käytetään kaliumkromaattia, joka saostaa hopeakromaattia: 2Ag + (aq) + CrO 2 4 (aq) Ag 2 CrO 4 (s), K s=1,7*10-12 Kaliumkromaatti-liuos itsessään on kellertävää, joten punaruskean hopeakromaatti-sakan aiheuttama värinmuutos on vaikeahkoa havaita. Työn suoritus: Tulosten parantamiseksi työssä tehdään 2-3 vertailutitrausta, joiden tarkoituksena on vähentää vaikeasti havaittavasta värinmuutoksesta aiheutuvaa virhettä. Vertailunäytteissä on 50,0 mg Cl -. Saostustitraus suoritetaan laimentamalla määritettävä liuos 100 ml tilavuuteen. Liuoksen ph tulee olla välillä 7-10 (tarkastetaan ph-paperilla). Jos näin ei ole, tulee se säätää joko Na 2CO 3:lla tai HNO 3:lla (tarkastetaan ph-paperilla). Lähtökohtaisesti ph tulisi olla oikealla alueella jo näytteessä. Liuokseen lisätään noin 500 µl 10 % kaliumkromaattiliuosta ja tämä titrataan hopeanitraatilla (AgNO 3).

5 Vertailunäytteiden ja näytteen ph:n sekä kaliumkromaattipitoisuuksien tulisi olla mahdollisimman samankaltaisia mittaustarkkuuden parantamiseksi. Yksi vertailunäyte titrataan noin 90 % teoreettisesta kulutuksesta (laske kulutus itse) ja jätetään pöydälle ns. visuaaliseksi malliksi, tällöin toisen vertailunäytteen ja varsinaisen näytteen ekvivalenttipisteen havaitseminen helpottuu. Toinen vertailunäyte titrataan loppupisteeseen, joka havaitaan kun liuoksen väri poikkeaa huomattavasti pöydällä olevasta visuaalisesta mallista. Tämän jälkeen titrataan visuaaliseksi malliksi jätetty malli. Näiden kahden vertailunäytteen kulutuksen perusteella lasketaan käytettävän hopeanitraattiliuoksen konsentraatio ml mittapullosta otetaan 50 ml osanäyte täyspipetin avulla ja siirretään dekantterilasiin. Näyte käsitellään ja titrataan vertailunäytteiden tavoin. Kirjoita saamasi mittatulos tussilla sen välikön vetokaapin lasioveen missä laboratoriossa olevat lasitavarat sijaitsevat, ota ylös muiden saamat mittaustulokset tehtyäsi määrityksen ioniselektiivisillä elektrodeilla. Titraamasi osanäytteen tulos saa poiketa korkeintaan 5 % oikeasta tämän työvaiheen läpäisemiseksi. Titraustulosten käsittely: Kaikki analyyttisessä kemiassa mitattavat lukuarvot ovat aina vaihtelevissa määrin virheellisiä minkä takia tulosten luotettavuuteen, virhelähteisiin ja tarkkuuteen on kiinnitettävä erityistä huomiota. Pelkkä mittalukema ei riitä, jos tämän luotettavuudesta ei ole varmuutta. Tässä työssä titraustulosten luotettavuutta parannetaan laskemalla ryhmän titraustuloksista massojen kesiarvo ja laskemalle tälle ominainen luottamusväli. Ennen tämän laskemista, tulee selvittää onko joku saaduista tuloksista poikkeava havainto (engl. outlier), eli epätodennäköinen titraustulos. Kaikki laskut suoritetaan itse ja nämä hyväksytetään assistenteilla. Titraustulokset noudattavat normaalijakaumaa (jos niitä on riittävän paljon), jolla on tietty keskiarvo ja keskihajonta: nämä määräävät todennäköisyyden saada titraustulos X. Epätodennäköiset (liian suuret tai pienet) titraustulokset voidaan poistaa, sillä näiden analysoinnissa on todennäköisesti tapahtunut jonkinlainen virhe. Yksi tapa poikkeavien havaintojen määrittämiseen on Thompson Tau-tekniikka, jota voidaan käyttää myös tapauksissa, joissa poikkeavia havaintoja on useampi. Mikäli menetelmällä havaitaan poikkeava havainto, poistetaan tämä tarkasteltavien mitta-arvojen joukosta ja testiä jatketaan kunnes poikkeavia havaintoja ei enää havaita. Testi suoritetaan seuraavasti:

6 1 Lasketaan keskiarvo (X ) kaikista ryhmän mittaustuloksista, jotka on kirjoitettu vetokaapin ikkunaan. n 2 Lasketaan keskihajonta S seuraavasti: S = i=1 (x i x), missä n on havaintopisteiden lukumäärä 3 Lasketaan suurimman mittausarvon absoluuttinen etäisyys keskiarvosta: τ n = x n X 4 Lasketaan pienimmän mittausarvon absoluuttinen etäisyys keskiarvosta: τ 1 = x 1 X - Kohdissa neljä ja viisi lasketuista arvoista valitaan suurempi todennäköisimmäksi poikkeavaksi havainnoksi. 5 Lasketaan τ*s, missä τ löytyy alapuolella olevasta taulukosta, n on havaintopisteiden lukumäärä. n Jos poikkeavaksi havainnoksi epäillyn arvon absoluuttinen etäisyys keskiarvosta on suurempi kuin τ*s voidaan tämä piste poistaa poikkeavana havaintona 95 % varmuudella. 7 Poikkeava havainto poistetaan tarkasteltavien havaintojen joukosta ja testiä jatketaan jäljelle jääneiden arvojen kanssa. Muokatun (eli poikkeavista havainnoista siivotun) datasetin perusteella lasketaan mittaustuloksista 95 % todennäköisyyden luottamusväli. Näin saadaan mittaväli minkä sisällä 1000 ml mittapullon sisältämä kloridimäärä on 95 % todennäköisyydellä. Mitä varmempia tahdomme olla kloridimäärästä, sitä pidemmäksi luottamusvälin pituus kasvaa. Tämä lasketaan seuraavasti:

7 µ = x ± t s, missä t:n arvo 95 % luottamusvälille saadaan seuraavalla sivulla olevasta taulukosta. Tässä n mainittu vapausasteiden lukumäärä on n-1. Mitä enemmän datapisteitä (n) mitataan, sitä kapeampi on luottamusväli, toisaalta tämä tarkoittaa mittausajan pidentymistä. Vapausasteet (n-1) t (95 %) 4 2, , , ,365 Poikkeavien havaintojen määrittäminen, luottamusväli, itse saatu mittaustulos sekä ioniselektiivisellä elektrodeilla saatu mittaustulos standardisuorineen esitetään assistenteille työn hyväksymiseksi. B. Määritys potentiometrisesti: Ioniselektiiviset elektrodit mittaavat työelektrodin sisällä olevan liuoksen ja näyteliuoksen välille kehittyvää potentiaalieroa. Elektrodit ovat selektiivisiä, eli näiden antamaan mittasignaaliin vaikuttaa ainoastaan osa liuoksessa olevista ioneista. Kloridin tapauksessa elektrodien antamaan mittasignaalin vaikuttavat kloridin lisäksi varsinkin I -, Br -, CN - ja S 2-. Mittaamisen onnistumiseksi liuoksen tulisi olla vapaa yllämainituista ioneista tai kloridi-pitoisuuden näiden pitoisuuksia huomattavasti suurempi. Verrattuna esim. titraamiseen voidaan ioniselektiivisillä elektrodeilla mitata näytteitä nopeasti, esim. uimaaltaan kloridipitoisuus, huolimatta mittausliuoksen muista molekyyleistä. Mitattava ioniselektiivisen- ja vertailuelektrodin välinen jännite noudattaa Nernstin yhtälöä, E = E RT nf ln (a i) jossa: E elektrodien rakenteesta riippuva vakio, F Faradayn vakio, T lämpötila, a i mitattavan ionin aktiivisuus Aktiivisuus riippuu konsentraatiosta ja ionivahvuudesta riippuvista aktiivisuuskertoimista. Pitämällä standardien ja liuoksien ionivahvuus vakiona voidaan aktiivisuuksien sijaan laskut tehdä konsentraatioilla. Tämä voidaan tehdä lisäämällä jotain ionista osalajia ylimäärin. Koska emme varmuudella tiedä konsentraation ja jännitemittarin näyttämän lukeman (E) välistä korrelaatiota, teemme standardisuoran tunnettujen pitoisuuksien avulla. Piirtämällä tietokoneella tai käsin ioniselektiivisen- ja vertailuelektrodien välinen jännite logaritmisen konsentraation funktiona voidaan näytteen antamaa mittasignaalia vastaava pitoisuus lukea kuvaajalta tai laskea suoran yhtälön avulla. Työn suoritus:

8 Valmistettavien kloridistandardien pitoisuudet ovat 10-1 M, 10-2 M sekä 10-3 M. Nämä valmistetaan 100 ml mittapulloihin yksimolaarisesta NaCl-kantaliuoksesta. Inhimillisten virheiden vähentämiseksi ryhmässä tehdään kaksi kappaletta jokaista standardia. Nämä valmistetaan kahtena erillisenä laimennussarjana: 10-1 M standardit valmistetaan ottamalla liuosta 1 M-standardista, 10-1 M liuoksilla valmistetaan 10-2 M jne. Jokaiseen standardiin lisätään 2 ml 5 M NaNO 3 mittapulloa kohti, ionivahvuuden pitämiseksi vakiona. Mitattavat standardit siirretään 100 ml dekantterilaseihin ja mitataan laimeimmasta väkevimpään. Ennen mittalukeman ottamista täytyy odottaa STAB - tekstin ilmestymistä mittapäätteeseen. Näytettä otetaan alkuperäisestä 1000 ml mittapullosta 50 ml, siirretään 100 ml mittapulloon, laimennetaan merkkiin asti, lisätään 2 ml 5 M NaNO 3 ja mitataan. Jokainen oppilas piirtää standardisuoran Excelillä ja laskee tämän avulla 1000 ml mittapullon sisältämän kloridin massan (muista skaalaus). Näin saatu tulos yhdessä alla esitetyn titraustulosten käsittelyn kanssa esitetään assistenteille työn hyväksymiseksi.

9 3. Tuntemattoman hapon määritys potentiometrisesti Tässä työssä määritetään tuntemattoman hapon triviaalinimi käyttämällä hyväksi mittaustulosten avulla saatavaa moolimassaa sekä pk a-arvo(j)a. Työtä ei pisteytetä, mutta happo tulee tunnistaa työn läpipääsemiseksi Potentiometria on elektroanalyyttinen analyysimenetelmä, jossa tämän työn tapauksessa mitataan yhdistelmäelektrodin sisällä olevan liuoksen ja näyteliuoksen välille kehittyvää potentiaalieroa. Tätä hyödynnetään esim. sairaalassa mittaamalla verestä samanaikaisesti Na + -, K + -, Ca 2+ -pitoisuudet sekä ph. Työssä käytettävällä lasielektrodilla potentiaaliero syntyy lähes pelkästään H + -ioneista: laite muuttaa automaattisesti mitatun potentiaalieron ph:ksi. Työssä tuntemattoman hapon liuokseen lisätään NaOH:ia ja jokaista lisäystä vastaava ph mitataan. Piirtämällä mitattu ph lisätyn emäksen tilavuuden funktiona, voidaan ekvivalenttipiste(et) määrittää tarkemmin kuin esim. silmämääräisesti indikaattorin avulla. Laskemalla taulukkolaskentaohjelman (työssä Excel) avulla kyseisen kuvaajan ensimmäinen ja toinen derivaatta voidaan ekvivalentipiste(et) määrittää tarkasti myös heikkojen happojen tapauksessa, missä pelkkä f(v NaOH)=pH -kuvaajan silmämääräinen tarkastelu ei aina ole riittävää. Työn suoritus: Työ koostuu hapon potentiometrisesta titrauksesta sekä titraustulosten jälkikäsittelystä tietokoneella. Tutkittava happonäyte on kosteuden poistamiseksi laitettu ph-mittareiden lähettyvillä olevaan lämpökaappiin. Posliiniupokkaassa oleva happonäyte tulee siirtää 10 minuutiksi uunin oikealla puolella sijaitsevaan eksikaattoriin (katso kuva vasemmalla) jäähtymään. Eksikaattorin pohjalla oleva kuivausaine estää kosteuden uudelleenadsorption näytteen viilentyessä. Suoraan uunista punnittuna aiheuttaisi näytteen ja upokkaan ympäristöään korkeampi lämpötila tuloksia vääristäviä ilmavirtauksia. Eksikaattori avataan ja suljetaan liu uttamalla kantta. Eksikaattoria kannettaessa tulee pitää myös kannesta kiinni, kannen pohjassa oleva rasva ei riitä pitämään tätä paikoillaan siirron aikana. Happoa punnitaan analyysivaa alla vaakahuoneesta löytyville kertakäyttöisille punnitusalustoille yksi osanäyte jonka massa on välillä mg. Ennen mittausten aloittamista tehdään osasta jäljelle jääneestä haposta liukoisuuskoe veteen, jos näyte ei vaikuta liukenevan täydellisesti käytetään liuottimena veden sijaan etanolia. Punnittu osanäyte siirretään huolellisesti vesipullon avulla dekantterilasiin ja tämä laimennetaan noin 150 millilitraan. Yhdistelmäelektrodin kärjessä oleva suoja poistetaan ja kärki

10 huuhdellaan vesipullon avulla ennen kärjen upottamista mittaliuokseen. Laite ei toimi, jos yhdistelmäelektrodin lasikupu ja siinä olevan vertailuelektrodin suolasilta eivät ole kokonaan mittausliuoksessa. ph-mittareita on kahdenlaisia: jos käyttämäsi laitteen virtanappula on laitteen takana, painetaan liuoksen ph:n saamiseksi mittapäätteen alalaidassa olevaa V-nappulaa ja odotetaan Result-tekstin ilmestymistä näyttöön. Jos mittarin käynnistysnappula on mittarin päällä, tulee emäslisäyksen jälkeen painaa Readnappulaa ja odottaa stabiilista mittasignaalista kertovan A-merkin ilmestymistä näytön oikeaan laitaan. Jos jälkimmäisenä mainittuun päätteeseen ilmestyy pelkkä neliöjuuri A:n sijaan, tulee Read nappulaa pitää pohjassa kunnes A ilmestyy näytön oikeaan laitaan. Titraus ja ph:n kirjaaminen tehdään n. 0,5 ml lisäyksin. Titraamista jatketaan kunnes ekvivalenttikohta/- kohdat on varmasti ohitettu, tällöin ph-arvo on noin ja ph nousee enää hitaasti emästä lisätessä. Mittausdatasta piirretään laboratoriossa löytyvillä tietokoneilla Excelissä kaksi kuvaajaa: ph emäslisäyksen funktiona sekä alla olevan kuvan mukainen derivaattakuvaaja, josta ekvivalenttipiste(et) määritetään. Tarkka ekvivalenttikohta otetaan taulukon luvuista, ei kuvaajasta. Ekvivalenttikohdan avulla lasketaan moolimassa hapolle, käyttäen standardin avulla laskettua NaOH:n konsentraatiota. Osa jaetuista hapoista on kahden-/kolmenarvoisia mikä saattaa ilmetä 0,5 ml lisäyksin tehdyn titrauksen kuvaajasta, riippuen hapon pk a-arvoista (katso alla oleva kuvasarja). Kahden pk a-arvon eron ollessa noin alle 2,7 havaitaan kuvaajassa ainoastaan 1 ekvivalenttikohta. Hapon kemiallinen luonne (eli onko kyseessä HX, H 2X, H 3X, H 4X) täytyy ottaa huomioon stoikiometriassa laskettaessa moolimassaa ja määrittäessä pk a-arvoja. Huomaa alla olevassa kuvasarjassa ekvivalenttipisteiden sijainti tilavuusakselilla.

11 Moolimassan määrittämisen lisäksi lasketaan pk a-arvo(t) helpottamaan hapon tunnistamista. Tässä hyödynnetään Henderson-Hasselbalch:in yhtälöä: ph = pk a + log( [A ] [HA] ), joka supistuu muotoon ph = pka, kun titrattavan hapon happo- ja emäsmuotojen konsentraatiot ovat yhtä suuret. Alla olevassa kuvassa on esitetty mistä kohdasta pka-arvo luetaan f(v NaOH)=pH kuvaajasta 1 arvoisen hapon tapauksessa. Tämän oikealla puolella olevassa taulukossa on esitetty pka-arvon laskeminen 2- ja 3 arvoisille hapoille (pka-arvo luetaan aina peräkkäisten ekvivalenttikohta-kulutusten välistä), taulukossa oleva V ekv on kulutus ekvivalenttikohdassa. Jos kuvaajassa oli 2 ekvivalenttikohtaa, käytetään pka-arvon laskemisessa näistä jälkimmäistä arvoa (tilavuudeltaan suurempaa). Mistä kohdasta pka-arvo luetaan: pk a1 pk a2 pk a3 1. arvoinen happo 1/2*V ekv 2. arvoinen happo 1/4* V ekv 3/4 V ekv 3. arvoinen happo 1/6* V ekv 3/6* V ekv 5/6V ekv Saatujen pk a- arvon/arvojen ja moolimassan avulla selvitetään tuntemattoman hapon nimi laboratoriossa löytyvästä happolistasta. Tätä varten tulee etukäteen laskea pk a-arvo(t) ja moolimassa olettaen hapon olevan yhden-, kahden- tai kolmenarvoinen, vaikka kuvaajan perusteella happo olisikin monoproottinen.

12 4. Nitraatin määritys ioninvaihtimen avulla Analyytit ovat toisinaan sellaisessa muodossa, että näiden suora määritys ei ole mahdollista. Usein tällaista analyysia edeltävä esikäsittely on työn aikaa vaativin ja eniten virhettä aiheuttava osio. Alla on esitetty taulukko usein titrauksessa käytettävistä esikäsittelymenetelmistä erilaisten alkuaineiden määrittämiseksi titraamalla. Työssä tutkittava näyte on kaliumnitraattia (KNO 3), jossa oleva nitraatti (NO 3- ) määritetään muuttamalla näyte aluksi ioninvaihtimen avulla typpihapoksi (HNO 3) ja titraamalla tämä natriumhydroksidilla. Ioninvaihdin sisältää kationinvaihtohartsia, jonka aktiiviset kohdat ovat kyllästettyjä vetyioneilla. Ioninvaihtimeen lisätyn näytteen kaliumioneilla on vetyioneja suurempi affiniteetti kationihartsiin, minkä johdosta kaliumhartsiin kiinnittyneet vetyionit korvaantuvat kaliumioneilla. Ioninvaihtoa hyödynnetään tämän lisäksi mm. veden puhdistuksessa, biokemiassa proteiinien eristämisessä. Saatu tulos saa poiketa maksimissaan 4 % työn läpäisemiseksi, alle 1,5 % virheellä saa pisteen. Työn suoritus: Happo-emästitrauksen mallina käytetään suolahappostandardia ((m(cl - )=50 mg eli n(hcl)=1,41 mmol) käyttäen metyylipunaindikaattoria, jonka värinmuutos (punaisesta keltaiseksi) kertoo ekvivalenttipisteen saavuttamisesta. Yksilökohtaisen loppupisteen avulla määritettyä titrausliuoksen konsentraatiota kannattaa käyttää näytteen määrän laskemisessa. Ennen näytteen syöttämistä ioninvaihtimen lävitse tulee kationihartsi kyllästää vetyioneilla. Tämän suorittamiseksi kaadetaan ioninvaihtimen lävitse 40 ml 2,5 M suolahappoa. Jotta vältettäisiin ylimääräisten vetyionien joutuminen näytteeseen, lisätään ioninvaihtimeen tislattua vettä kunnes ulostippuvan veden ph on indikaattoripaperilla mitatessa 5. Ioninvaihtimen alle vaihdetaan puhdas dekantterilasi ja näyte valutetaan ioninvaihtimen lävitse. Kaiken näytteen läpisaamiseksi huuhdellaan näytteen sisältänyttä dekantterilasia n. 150 ml tislatulla vedellä ja tämä lasketaan ioninvaihtimen lävitse. Näin saatu typpihappo titrataan natriumhydroksidilla metyylipunaindikaattoria hyväksikäyttäen. Näytteen titraamisen jälkeen tulee ioninvaihdin regeneroida kaatamalla ioninvaihtimen lävitse 20 ml 2,5 M suolahappoa ja vettä kunnes ulostippuvan veden ph on 5.