滴定是什麼?基本概念、常見問題、應用產業一次看!

滴定是一種分析技術，通過添加已知濃度的試劑，可以定量測定溶解在樣品中的特定物質。它基於物質（分析物）和試劑（滴定劑）之間的完整化學反應。

添加滴定劑直至反應完成。為了適用於測定，滴定反應的結束必須在通過適當的技術監測（指示）時容易觀察到，例如電位計（使用傳感器的電位測量）或通過顏色變化。

分配的滴定劑體積的測量允許基於化學反應的化學計量計算分析物含量。為了準確性，滴定反應應該快速、完整、明確且可觀察。

傳統滴定是通過使用帶有刻度玻璃量筒（稱為滴定管）的水龍頭手動添加滴定劑來執行的，而現代自動滴定可實現準確、可重複的滴定劑添加以及更穩健的電位與滴定劑體積圖。然而，手動滴定仍然是世界上許多實驗室的主流（參見下面的手動與自動滴定）。手動和自動滴定背後的基本理論是相同的。

有關什麼是滴定的更多信息，請參閱滴定基礎指南。

• 為什麼滴定很重要以及如何在工業中使用它？
• 什麼是滴定類型？
• 滴定的優點是什麼？
• 手動滴定與自動滴定之間有何區別？
• 什麼是滴定曲線？
• 終點滴定和等當點滴定有什麼區別？
• 如何計算摩爾濃度/摩爾濃度方程/摩爾濃度
• 如何獲得準確的滴定結果？
• 滴定中的基本術語

滴定是一種快速、準確且成熟的分析技術，廣泛應用於研究、產品開發和質量控制。與某些其他分析方法相比，它具有成本效益高、準確度高且自動化程度高的特點。這些因素可以使提高工作流程生產率變得容易，因為滴定可以由沒有特定化學知識的操作員執行。使用滴定化學的行業包括農業、生物技術、化學品、化妝品、電子產品、食品和飲料、油漆和顏料、造紙和紙漿、石化產品和製藥。

• 滴定是一種成熟的分析技術：滴定是最古老和最常用的定量分析方法之一。手動、半自動和全自動滴定已得到廣泛開發，並廣泛應用於各行各業。
  
• 這是一個快速的過程：在手動滴定的情況下，滴定管、滴定劑和合適的終點指示器是唯一需要的物品。滴定劑被添加到滴定管中的樣品中，直到反應完成並且易於觀察。分配的滴定劑體積的測量允許基於化學反應的化學計量計算分析物含量。
  自動滴定速度更快，可以節省大量時間。自動化以最小的操作員工作量實現高吞吐量，並通過提高再現性和避免轉錄錯誤在質量和數據安全方面為用戶提供支持。自動化可提高生產力並提高效率。
  
  
• 非常準確和精確的技術：起初，僅執行那些在到達終點時顯示出顯著顏色變化的滴定。後來的滴定用指示劑染料人工著色。所達到的精確度主要取決於化學家的技能，尤其是取決於他對不同顏色的感知能力。如今，滴定法有了長足的發展：手動和後來的電動活塞滴定管可以準確、可重複地添加滴定劑。電化學傳感器取代了顏色指示劑，從而獲得更高的精度和結果的準確性。電位與滴定劑體積的關係圖和所得滴定曲線的數學評估提供了比終點顏色變化更準確的反應說明。使用微處理器可以自動控制和評估滴定，這是邁向自動化的重要一步。
  
• 最高程度的自動化：滴定儀是一種儀器，它允許滴定中涉及的所有操作自動化：滴定劑添加、反應監測（信號採集）、終點識別、數據存儲、計算和結果存儲。操作員所要做的就是將樣品放在滴定儀的架子上並啟動方法。
  -通過我們的滴定自動化指南了解更多關於自動化的機會和好處
  
  
• 低技能和訓練有素的操作員可以使用自動滴定：在手動滴定的情況下，實驗室技術人員遵循詳細的標準化程序（或方法）並將他或她的技能和知識應用於任務。然後計算並記錄結果。
  自動滴定易於執行，無需高度專業化的化學知識。滴定方法只需編程一次，任何用戶只需按下按鈕即可重複使用。然後自動生成結果。
  
  
• 與更複雜的技術相比，具有良好的性價比。

滴定是一種定量分析技術，用於確定目標分析物（待分析物質）的未知濃度。它是通過逐漸向我們要分析的樣品中添加精確已知量的物質（tritrant）來執行的，該物質會以一定的比例與我們的分析物發生反應。分配的滴定劑體積的測量允許基於化學反應的化學計量計算分析物含量。

添加滴定劑直到化學反應完成，並且滴定反應的結束很容易通過適當的技術（例如電位法或適當指示劑的顏色變化）檢測到。因此，滴定中的反應必須快速、完整、明確且可觀察。

有關更多信息和比較，請參見此處：

滴定曲線說明了滴定的定性進展。它們允許快速評估滴定方法。對數滴定曲線和線性滴定曲線之間存在區別。

滴定曲線基本上有兩個變量：

• 滴定劑的體積作為自變量。溶液的信號，例如酸/鹼滴定的 pH 作為因變量，取決於兩種溶液的組成。
• 滴定曲線可以採用 4 種不同的形式，應使用適當的評估算法進行分析。這四種形式是：對稱曲線、非對稱曲線、最小/最大曲線和分段曲線。

終點滴定模式（EP）：

終點模式代表經典的滴定程序：添加滴定劑直到觀察到反應結束，例如，通過指示劑的顏色變化。使用自動滴定儀滴定樣品直至達到預定值，例如 pH = 8.2。

當量點滴定模式（EQP）：

當量點是分析物和試劑以完全相同的量存在的點。在大多數情況下，它實際上與滴定曲線的拐點相同，例如從酸/鹼滴定中獲得的滴定曲線。曲線的拐點由相應的 pH 值或電位 (mV) 值和滴定劑消耗量 (mL) 定義。當量點是根據已知濃度滴定劑的消耗量計算的。滴定劑濃度和滴定劑消耗量的乘積給出了與樣品反應的物質的量。在自動滴定儀中，測量點根據特定的數學程序進行評估，從而得出評估的滴定曲線。然後根據該評估曲線計算等當點。

實體 X 溶液的物質濃度濃度（符號 c(X)）是物質 n 的量除以溶液的體積 V。

N 是體積 V 中存在的分子數（以升為單位），比率 N/V 是數濃度 C，N _A是阿伏加德羅常數，大約為 6.022×10 ²³ mol ^-1 。

分析中常用的單位是 mol/L 和 mmol/L。

獲得精確和準確的滴定結果需要了解如何最大限度地減少可能對準確性產生負面影響的因素，以及選擇正確的滴定方法。

減少對結果準確性產生負面影響的因素需要了解所有測量活動中可能存在的錯誤類型：系統錯誤、隨機錯誤和工作流程錯誤。

系統錯誤

系統誤差是由於分析過程中的一致錯誤而導致的恆定或漂移的誤差。滴定中的典型系統誤差包括：

• 分析方法或滴定公式不正確
• 由於一致的、無法識別的稱重錯誤而導致的抽樣錯誤或錯誤的樣本量
• 空白值錯誤或缺失，傳感器調整不正確
• 反應或電極響應速度過高

一旦在滴定過程中確定了系統誤差的來源，通常很容易糾正。

隨機誤差

隨機錯誤是整體錯誤的一個組成部分，它以不可預測的方式變化，通常更難識別。滴定中隨機誤差的典型來源包括：

• 樣品處理不當
• 設備不足（天平分辨率低、玻璃器皿等級錯誤等）
• 方法參數不正確（增量太大，等待時間不足）
• 滴定管中有氣泡或樣品之間的沖洗無效
• 缺乏操作員培訓或環境條件不一致

如果無法確定隨機錯誤的來源，則必須增加重複次數以獲得更可靠的平均值。這通常會導致樣本、試劑和時間的浪費。

工作流程錯誤

這些類型的錯誤通常非常耗時，有時跟踪起來也非常昂貴，尤其是在存在時間或成本壓力的情況下。典型的工作流程錯誤包括：

• 符號/轉錄錯誤（例如，複製數據、錯誤標記樣本）
• 計算錯誤
• 混合樣品和/或試劑
• 錯誤的樣本量
• 系統設置、儀器操作或清潔錯誤（例如，未清除管路中的氣泡）

用戶培訓、SOP 遵守以及數據可追溯性和完整性的先進措施相結合，將大大減少工作流程錯誤。

樣品處理

樣品處理錯誤可能是滴定工作流程中最大的錯誤來源。樣品的均勻性、存儲問題、不正確的樣品量和稱量誤差都是示例。

就大小而言，樣品應足夠大以具有代表性，但不能大到滴定過程中需要重複滴定管填充。理想的滴定滴定劑消耗量應為單個滴定管體積的 30% 至 80%。如果不均勻性要求樣品更大，則應使用濃度更高的滴定劑。

樣本也應該足夠大，以便樣本測量誤差最小化。這通常需要合適的天平並確保樣品量超過天平的最小樣品淨重要求。最小重量通常是您希望或給定的稱重過程公差的一個因素。例如，USP41 規定稱重結果的最大允許誤差為 0.1%。為了確保准確稱量，您的個別過程公差應小 2 到 4 倍，以確保足夠的安全餘量。對於非 USP 監管行業，1% 是典型的過程公差。

例如，當用脫水酒石酸二鈉對 KF 滴定劑進行標準化時，由於甲醇溶解度問題，通常需要 50 mg 的樣品。為確保稱量不確定度小於 0.1%，需要可讀性至少為 0.01 mg 的天平。但是，如果使用純水來標準化 KF 試劑並確保足夠的滴定劑消耗，則必須使用 7.5 至 20 mg 的水。在這種情況下，可讀性為 0.01 mg 的天平可能不符合 USP 對重量超過 14 mg 的樣品進行準確稱量的指南。對於液體樣品，還必須使用適當等級的玻璃器皿或容量裝置，並且必須小心避免處理錯誤。為幫助最大程度地減少滴定方法中可避免的錯誤源，請下載我們的免費海報以了解如何識別和避免滴定錯誤。

以下滴定定義可能使您更容易了解所有您需要了解的有關滴定的知識。

分析物：樣品中的特定化學物質，其含量或數量通過滴定法確定。

滴定結束：滴定終止並評估滴定劑消耗的所需終點或等當點。同一滴定過程中可能出現多個等當點。

終點：觀察到滴定反應結束的點（通常通過顏色變化或其他滴定指示劑）。定義滴定及其終點代表了經典技術。

當量點：加入的滴定劑的實體數（當量）與樣品分析物的實體數相同的點。

指示：跟踪反應和檢測滴定結束的程序。通常，使用電位計（電極）或顏色指示器進行指示。

視差：基於觀察者視線的物體表觀位置的差異。在滴定中，用肉眼觀察滴定管中的液體半月板時必須考慮到這種現象。

一級標準：經過認證的高純度物質，用於準確測定滴定劑濃度。

信號採集：信號採集是對物理現象的監測，以獲得特定點（如滴定實驗終點或等當點）的數字或數值。

標準化：使用高純度參考化學物質（標準）來確定滴定劑濃度。

化學計量學：滴定中試劑和產物之間的摩爾/質量關係。滴定試劑按照固定的關係進行反應，因此如果已知各個反應物的量，就可以計算出產物的量。如果已知一種反應物的量並且可以確定產物的量，那麼也可以計算出其他反應物的量。

滴定劑：某種化學試劑的溶液，其濃度已標準化，可用於精確滴定。

滴定：定量化學分析，其中規定量的滴定劑與被分析的樣品化合物發生定量反應。根據消耗的滴定劑體積，根據測定反應的化學計量計算樣品化合物的量。也稱為體積法或滴定法。

滴定曲線：滴定曲線說明了滴定的定性進展。曲線一般以滴定劑的體積為自變量，溶液為因變量。曲線允許快速評估滴定方法。曲線有四種形式：對稱、不對稱、最小/最大和分段。

滴定循環：執行並重複直到達到滴定反應的終點或等當點的循環。滴定循環主要包括四個步驟：滴定劑添加、滴定反應、信號採集和評估。

滴定方程式：一系列滴定公式，可用於計算固體樣品的質量摩爾濃度、酸鹼溶液的濃度、稀釋溶液的濃度以及直接滴定後的滴定劑消耗量。要輕鬆計算滴定結果， 請訪問我們的滴定計算器。

滴定理論：滴定理論通過使用物理或電化學方法觀察滴定反應來探索與其濃度相關的產物的測定。了解物種、產品或化學功能的確切濃度有助於確保過程效率和/或產品質量。