Применение кислотно-основного титрования в фармпрактике

Известно, что прибавление  к любому раствору любой кислоты  или щелочи влечет за собой изменение концентрации ионов Н+ в нем, а следовательно, и величины рН. Перемена окраски у индикаторов также связана с изменением рН раствора. Однако каждый индикатор изменяет окраску только в определенном, характерном для него интервале значений рН. Объясняется это тем, что окраска индикатора зависит от соотношения концентраций его диссоциированной и недиссоциированной форм.

Таким образом, переходная окраска индикатора появляется при рН среды, равном рКHInd, но так как изменение цвета индикатора происходит постепенно, цвет недиссоциированных молекул индикатора начинает маскироваться цветом ионов задолго до достижения соотношения [HInd] / [Ind-] = 1.

Следовательно, цвет водного  раствора индикатора определяется соотношением концентрации его молекулярной и ионной форм, отличающихся различной окраской, и зависит от [Н+].  Величину рН, до которой титруют раствор с данным индикатором, называют показателем титрования этого индикатора рТ.

 

Выбор индикатора

В качестве индикаторов используют окрашенные слабые кислоты или основания. Изменение окраски индикатора наступает  при определенном значении рН раствора.

Кислотно-основные индикаторы        [4]

Индикатор	Кислая среда/щелочная среда	ΔрН	рТ
фенолфталеин	бесцветный/малиновый	8,0-10,0	9,0
метилоранж	красный/желтый	3,0 - 4,4	4,0
лакмус	красный/синий	5,0 - 8,0	7,0

 

В кислотно-основном методе титрования различают 

четыре случая титрования:

4. Титрование сильной кислоты сильным основанием. 
   HCl + NaOH = H₂O + NaCl

Допустим, что мы титруем 100 мл 0,1 н. раствора НСl 0,1 н. раствором NaОН. В процессе титрования концентрация водородных ионов (и соответственно рН среды) постепенно меняется.

Концентрацию Н⁺ легко рассчитать в каждом отдельном случае, учитывая, что исходный раствор НСl децинормален. Так, в случае, когда 90% НСl будет оттитровано и останется 10% НСl, нормальность раствора будет 0,1•0,1=0,01, что соответствует Н⁺ = 10^–2 г ион/л и рН = –lg 10^–2 = 2.

Когда останется 1% НСl, нормальность раствора станет 0,1•0,01=0,001, концентрация ионов водорода снизится до 10^–3 г-ион/л, а рН станет равным 3.

В момент полной нейтрализации  рН=рОН=7, а затем при дальнейшем добавлении щелочи рН будет расти по такому же принципу, а рОН соответственно падать. Так, при 10% ном избытке NaOH рН станет равным 12, а рОН=2. Для метода нейтрализации по оси ординат откладывают 14 единиц рН. Можно откладывать эти единицы как снизу вверх, так и сверху вниз. На оси абсцисс откладывается избыток кислоты или щелочи в процентах.     [3]

Анализ кривой титрования сильной кислоты сильным основанием показывает, что рН вначале изменяется постепенно, но по мере приближения к точке эквивалентности кривая идет практически перпендикулярно оси абсцисс. Такое резкое изменение рН раствора вблизи эквивалентной точки, вызванное прибавлением одной капли щелочи, называется скачком титрования. В данном примере эквивалентная точка совпадает с нейтральной точкой, так как в момент эквивалентности в растворе находится только соль NaCl. Такие соли гидролизу не подвергаются, поэтому рН раствора подобных солей будет таким же, как у чистой воды, т. е. 7. При достижении скачка титрования индикатор резко меняет окраску на промежуточную, которая улавливается глазом. В каждом случае титрования применяется тот индикатор, показатель титрования которого находится в пределах скачка титрования. В данном примере можно взять любой индикатор: фенолфталеин, лакмус или метилоранж, так как интервалы изменения окраски у всех трех индикаторов попадают в область скачка рН при титровании.   [3]

 

5.  Титрование слабой кислоты сильным основанием. 
                             СH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O

По мере прибавления щелочи к уксусной кислоте в растворе образуется соль СН₃СООNa, вследствие гидролиза этой соли раствор приобретает щелочную реакцию и поэтому эквивалентная точка титрования лежит при рН больше 7. Скачок титрования в данном случае значительно меньше, чем в случае титрования НСl, и лежит в пределах рН от 7,7 (при 0,1%-ном избытке кислоты) до рН=10 (при 0,1%-ном избытке щелочи). В данном случае титрования можно применить в качестве индикатора только фенолфталеин, так как его показатель титрования (рН=9) лежит в пределах скачка титрования.     [1]

6.  Титрование сильной кислоты слабым основанием.

HCl + NH₄OH = NH₄Cl + H₂O

По мере прибавления соляной  кислоты к гидроксиду аммония в растворе образуется соль NH₄Cl, вследствие гидролиза которой раствор приобретает кислую реакцию, поэтому эквивалентная точка титрования лежит при рН меньше 7. Скачок титрования лежит в пределах от рН=6,24 (при 0,1%-ном избытке гидроксида аммония) до рН=4 (при 0,1%-ном избытке кислоты). Следует применить индикатор метилоранж, так как его показатель титрования (рН=4) лежит в пределах скачка титрования.      [8]

7. Титрование слабой кислоты слабым основанием.

                СН₃СООН + NН₄ОН = СН₃СООNН₄ + Н₂О 
Катион и анион образовавшейся соли подвергаются сильному гидролизу.

Скачок на кривой титрования почти совершенно исчезает, поэтому  точно определить момент эквивалентности  невозможно, и следовательно, на практике такое титрование не применяется.

Метод нейтрализации применяется  в медико-биологических исследованиях, при проведении клинических анализов для определения кислотности  мочи, желудочного сока, женского молока, а также в санитарно-гигиеническом  контроле пищевых продуктов (молока, хлеба, мяса, муки) и воды.         [9]

 

 

8. Метод кислотно-основного титрования в неводных средах

       В последние годы в аналитической практике широко используется метод кислотно-основного титрования в неводных средах как разновидность классической титриметрии.

      Этот метод имеет определенные преимущества перед титрованием в водных средах и поэтому включен в ГФ X.

      Основное преимущество этого метода заключается прежде всего в том, что он позволяет титровать с достаточной четкостью не только сильные кислоты и основания, но также слабые, очень слабые кислоты, основания, их соли и многокомпонентные смеси часто без их предварительного разделения. Так, этот метод позволяет определять физиологически активную часть в солях алкалоидов. Кроме того, методом неводного титрования можно определять вещества, плохо растворимые в воде. Нахождение точки конца титрования в неводных средах может осуществляться индикаторным, потенциометрическим, жондуктометрическим, амперометрическим и другим методами.    [4]

       К преимуществам этого метода относится также и то, что титрование можно проводить как бесцветных, так и окрашенных растворов. Метод неводного титрования дает более точные результаты по сравнению с точностью титрования водных растворов, так как вследствие небольшого, как правило, поверхностного натяжения органических растворителей размеры капель неводных жидкостей меньше размеров капель водных растворов.

     Титрование в неводных средах, или неводное титрование, - такое титрование, при котором средой служит неводный растворитель с минимальным содержанием воды. В качестве неводных растворителей применяют обычно обезвоженные (преимущественно органические) жидкости - индивидуальные вещества или их смеси, например: ацетон, диметилформамид, диметилсульфоксид, диоксан, кислоты (уксусная, муравьиная), уксусный ангидрид, метилэтилкетон, нитрометан, пиридин, спирты (метанол, изопропанол, третичный бутиловый спирт), этилендиамин и другие.

Окончание титрования при использовании  неводных растворителей фиксируют  либо визуальным индикаторным методом, либо, что предпочтительнее, потенциометрически (методом потенциометрического титрования). Применение неводного титрования расширяет возможности титриметрического анализа.

Многие органические вещества, нерастворимые  в воде, хорошо растворяются в различных  органических растворителях, что позволяет  определять их титриметрическими методами.

Силу слабых в водных растворах  кислот и оснований можно увеличить  подбором растворителя, в котором  их титрование становится возможным.

Применение растворителей, понижающих силу кислот и оснований по сравнению  с их водными растворами, позволяет  раздельно титровать такие кислоты, которые являются сильными в водных растворах, например смесь хлороводородной HCl и хлорной HClO₄ кислот.         [4]

Растворители, используемые в неводном кислотно-основном титровании

По своим кислотно-основным свойствам, т.е. по способности отдавать или  присоединять протоны, растворители разделяют  на апротонные и протонные (протолитические).

Апротонные растворители не проявляют кислотно-основных свойств. Молекулы таких веществ не отдают и не присоединяют протоны. К их числу относятся бензол, толуол, гексан, четыреххлористый углерод, хлороформ и некоторые другие. Апротонные растворители мало влияют на кислотно-основные свойства растворенных в них веществ.     [2]

Неводные среды используют в аналитической практике для  титрования

различных неорганических и  органических веществ, дифференцированного  титрования многокомпонентных смесей солей, кислот и оснований.

Заключение

Правильное определение  точки эквивалентности при титровании зависит не только от выбора индикатора, но и от порядка титрования. По методу нейтрализации титруют растворы кислот растворами оснований или  наоборот. Этот порядок следует учитывать  при выборе индикатора. Например, если титруют кислоту основанием и  в качестве индикатора используют метиловый  оранжевый (или метиловый красный), то розовая окраска индикатора от избыточной капли щелочи должна перейти  в желтую. Такое изменение окраски гораздо хуже улавливается глазом, чем переход ее из желтой в розовую. Поэтому с метиловым оранжевым (или метиловым красным) рекомендуют титровать растворы оснований растворами кислот. С фенолфталeином удобнее титровать растворы кислот растворами оснований, так как при этом бесцветный раствор становится малиновым. Следует заметить, что при использовании индикаторов для фиксирования конечной точки титрования возможно появление индикаторной ошибки. Она образуется в случае несовпадения рН раствора в точке эквивалентности и рТ индикатора. Если такое несовпадение имеет место, то раствор обычно либо несколько перетитровывают, либо наоборот - недотитровывают.

Для уменьшения индикаторной ошибки титрование проводят с так  называемым "свидетелем". В запасную коническую колбу (или стакан) наливают дистиллированную воду в количестве, приблизительно равном объему жидкости, получающейся в конце титрования. Прибавляют к воде столько же капель индикатора, например метилового оранжевого, сколько и к титруемому раствору, и приливают из бюретки 1-2 капли  кислоты, вызывающей слабое порозовение раствора. Приготовленный таким образом "свидетель" используют в качестве образца при титровании, добиваясь, чтобы окраска анализируемого раствора и "свидетеля" была одинакова. С помощью "свидетеля" вводят также поправку в результаты титрования на прибавленный избыток кислоты, то есть из затраченного ее объема вычитают объем двух капель (≈ 0,04 мл), использованных на окрашивание индикатора в "свидетеле".

Наконец, правильное определение  точки эквивалентности зависит  от количества прибавленного индикатора. Иногда стараются прилить, побольше индикатора, полагая, что большая интенсивность окраски раствора облегчит определение точки эквивалентности. Но чем больше прибавлено индикатора, тем труднее заметить изменение окраски, так как оно будет происходить медленнее. Для установления конечной точки титрования имеет значение не столько яркость окраски раствора, сколько четкость ее изменения. Опытным путем найдено, что на 10-15 мл анализируемого раствора следует брать одну каплю раствора индикатора, а на 25 мл - не более 2 капель.

Таким образом, результат  объемного определения зависит  не только от выбора индикатора, но также  от взятого количества его и от принятого порядка титрования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Большая медицинская энциклопедия: [в 30-ти т. АМН СССР] Гл. ред. Б.В. Петровский. – 3-е изд. – М.: Советская энциклопедия. –

Т.25. ТЕННИС – УГЛЕКИСЛОТА. 1985.

 

2. Васильев В.П. Аналитическая химия. кн. 1,2. М., Дрофа, 2003.

 

3. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии,т.1,2, ВШ, 2000.

 

4. Кельнер Р., Мерме Ж.М., Отто М., Видмер Г.М. Аналитическая химия.         

т. 1,2  Перевод с англ. яз. М., Мир, 2004.

 

5. Кислотно-основное титрование : методические указания

Составитель доц., канд. хим. наук Л. Б. Сельдерханова.— СПб. : Изд-во СПХФА, 2008.— 63 с. (2-е изд., переработанное)