تیتراسیون معمولا در علم شیمی به کار می­رود و برای تعیین غلظت یک ماده مجهول استفاده می‌­شود. در تیتراسیون اندازه­‌گیری حجم بسیار مهم است، به همین دلیل به آن آنالیز حجمی نیز می‌­گویند. یکی از معمول­ترین آنالیزهای حجمی، تیتراسیون اسید و باز است.

در این روش محلول مجهول در یک ظرف قرار دارد. سپس محلول استاندارد به وسیله بورت به آرامی تا حجم مشخصی به محلول مجهول اضافه می­‌شود.

البته باید اشاره کرد که تیتراسیون شامل روش‌های مختلف دیگر از جمله تیتراسیون وزن سنجی، تیتراسیون خنثی شدن، تیتراسیون کمپلکس سنجی، تیتراسیون پتاسیل سنجی و تیتراسیون اکسایش-کاهش نیز می­‌باشد ولی در این مقاله تیتراسیون حجم سنجی را به دلیل کاربرد بشتر، مورد بررسی قرار داده‌­ایم.

نام دیگر محلول استاندارد، تیترازول است که غلظت دقیق و مشخصی دارد و برای تعیین غلظت محلول مجهول یا همان آنالیت، از واکنش بین تیترازول و آنالیت بهره برده می­‌شود.

همان­طور که اشاره شد، حجم مشخصی از تیترازول برای افزوده شدن مورد نیاز است که به آن نقطه پایانی یا هم­ارزی تیتراسیون گفته می‌­شود. برای تعیین این نقطه از آشکارساز PH یا PH سنج استفاده می­‌شود که به محلول آنالیت اضافه می‌­گردد. این روش نشان­‌دهنده پایان واکنش بین آنالیت و تیترازول می­‌باشد. در واقع با تغییررنگ آشکارساز متوجه می­‌شویم که دیگر نباید به محلول مجهول، تیترازول اضافه کرد و این مقدار از تیترازول برای خنثی سازی آنالیت کافی بوده است. نکته مهمی را در مورد نقطه پایانی و نقطه هم‌­ارزی باید مد نظر قرار داد. نقطه هم‌­ارزی زمانی است که از لحاظ تئوری واکنش به پایان رسیده است یعنی زمانی که تعداد مول آنالیت و تیترازول برابر باشد. نقطه پایانی به صورت عملی اندازه‌­گیری می­‌شود.

یعنی زمانی که یک تغییر فیزیکی در محلول مشاهده شود. حال این تغییر فیزیکی را می‌­توان با روش‌­های مختلف شناسایی کرد که توضیحات آن در زیر آمده است.

اندازه‌­گیری نقطه پایانی در تیتراسیون با استفاده از تیترازول‌ها

در ایتدا یک PH سنج ابتدایی برای نشان دادن واکنش‌­ها مورد استفاده قرار می‌­گیرد. حال می­‌توان از روش‌­های مختلف برای تعیین نقطه پایانی استفاده کرد.

• شناساگر: با تغییر PH محلول، تغییر رنگ می­‌دهد.
• پتانسیل‌­سنج: برای اندازه گیری پتانسیل الکترودها قابل استفاده است
• PH سنج: عملکرد آن بسیار دقیق­‌تر از شناساگر است
• هدایت الکتریکی: یون­‌های موجود در حلال نشان­‌دهنده هدایت الکتریکی هستند.
• تغییر رنگ: در بعضی از واکنش­‌ها خود حلال رنگش عوض می‌­شود و نیاز به استفاده از شناساگر نیست
• ته­نشینی: اگر فراوده جامد باشد، در حین تیتراسیون ته نشینی اتفاق می­‌افتد.
• تیتراسیون گرمایی: با سرعت انتقال گرما تخمین زده می‌­شود
• تیتراسیون هم‌­دما در کالری­‌متر: از اندازه‌­گیری گرمای مصرفی یا تولیدی استفاده می‌­شود
• طیف بینی: با اندازه­‌گیری میزان نور جذب شده در حلال، نقطه پایانی مشخص می‌­شود

حال برای بدست آوردن غلظت آنالیت از روش زیر استفاده می‌­شود:

C_a: غلظت آنالیت

C_t: غلظت تیترازول (به مولاریته)

V_t: حجم تیترازول اضافه شده (به لیتر)

M: نسبت مولی آنالیت و واکنش‌­دهنده در فرمول شیمیایی

V_a: حجم آنالیت استفاده شده (به لیتر)

شرایط تیتراسیون

به طور معمول تیترازول و آنالیت به صورت محلول هستند. در این راستا اگر جامدی داشته باشیم، آن را در محلول آبی حل می­‌کنیم. همچنین برای عملکرد بهتر محلول و افزایش دقت، محلول­های آنالیت غلیظ را رقیق می­‌کنیم.

تیتراسیون­‌های غیر اسید و بازی وجود دارند که در طی واکنش نیازمند PH ثابت می‌­باشند. برای رفع این نیاز از یک محلول بافر در محفظه تیترازول استفاده می­‌شود. ممکن است که در شرایطی واکنش‌دهنده دیگری علاوه بر آنالیت در واکنش شرکت کند که در آن صورت می‌­توان از محلول‌­های پوشاننده (Masking solution) استفاده کرد. این محلول در برابر واکنش یون ناخواسته (Unwanted ion) مانند یک پوشش عمل می‌­کند.

نمودار تیتراسیون

معمولا در نمودارهای تیتراسیون محور x نشان­دهنده حجم تیترازول اضافه شده و محور y نشان‌­دهنده غلظت آنالیت در آن لحظه است. حال در نمودارهای تیتراسیون اسید-باز، محور y را نشانگر PH محلول می­‌دانیم. نمودار می­‌تواند منبع مناسبی برای نشان دادن قدرت اسید و باز به کار رفته باشد. اگر در نگاه کلی تغییرات زیادی در نمودار دیده نشود به جز شیب تند ناگهانی، نشان­‌دهنده آن است که اسید و باز قوی داریم. در این حالت امکان دارد که با اضافه کردن تیترازول، تغییرات ناگهانی در PH محلول مشاهده شود که با این معنی است که از شیب تند نمودار عبور کرده است. در این حالت از شناساگرهایی مثل کاغذ لیتموس یا فنول فتالین استفاده می­‌شود.

در حالت دیگر ممکن است یکی از بازها یا اسیدها قوی نباشد. در این حالت تغییرات شدید نیز در نمودار دیده نمی‌­شود. بنابراین با افزودن تیترازول به محلول تغییر شدید PH نیز نخواهیم داشت. این نمودارها به طور کلی شکل منظمی ندارند و معمولا از PH سنج‌­ها استفاده می­‌شود.

چند حالت از نمودارهای تیتراسیون در تصویر زیر آمده است که تکمیل­‌کننده توضیحات بالا می‌­باشد.

در ادامه جدولی از انواع اسیدها وبازهای قوی و ضعیف آورده شده است.

کاربرد تیتراسیون اسید-باز

در تهیه سوخت­های زیستی از تیتراسیون اسید-باز استفاده بهره می­برند. برای مثال از روغن­های مایع مصرفی برای تولید بیودیزل استفاده می­شود. در این روش حذف اسیدهای چرب از روغن را خواهیم داشت که برای سلامتی نیز بی­خطرتر است. اروش کار به این صورت است که میزان اسیدی بودن روغن پس از استفاده توسط تیتراسیون اندازه­گیری می­شود. با این کار می­توانیم حجم زیادی از بخش اسیدی را به حالت خنثی تبدیل کنیم.

از کاربردهای زیست محیطی آن می­توان به تعیین میزان آلودگی­های موجود در باران یا برف اشاره کرد که هزینه بالایی هم ندارد. همچنین می­توان به استفاده­ی آن در صنعت داروسازی نیز اشاره کرد. از آن جایی که تولید دارو نیازمند اندازه­گیری های دقیق مواد شیمیایی موجود در دارو می­باشد، تیتراسیون می­تواند بسیار کمک­کننده باشد.