Phương pháp acid base dựa vào phản ứng giữa

Nhathuocngocanh.com – Chuẩn độ đo thế  là phương pháp phổ biến hiện nay, được nhiều người quan tâm trong nghiên cứu phát triển khoa học. Vậy chuẩn độ đo thế là gì? Nguyên tắc của phương pháp chuẩn độ đo thế? Các phương pháp chuẩn độ đo thế? Hãy cùng bài viết của nhà thuốc Ngọc Anh tìm hiểu về phương pháp này.

Chuẩn độ đo thế là một trong những ứng dụng quan trọng trong phân tích hóa học và được được điển của tất cả các nước quy định. Đây là một phương pháp vật lý dùng trong kiểm nghiệm.

Cơ sở của phương pháp:

•  Việc đo điện thế được hình thành từ các điện cực được hình hành từ các điện cực đặc biệt nhúng vào trong dung dịch khảo sát.
• Điện thế của điện cực và nồng độ của các thành phần có trong dung dịch có mối liên quan chặt chẽ với nhau.

Chuẩn độ đo thế là phép chuẩn độ trong đó sự thay đổi của sức điện động của một pin nguyên tố Gavanic là hàm số của lượng thuốc thử thêm vào. Bởi vậy trong phép chuẩn độ đo thế có thể tiến hành chuẩn độ và theo dõi sự thay đổi thế của dung dịch cần chuẩn độ mà từ đó xác định điểm tương đương.

Chuẩn độ đo thể giúp xác định được điểm tương đương với độ chính xác và độ lặp lại cao, các thông tin nhiệt động học như hệ số phân lý, hằng số tạo phức,… và một số các thông số khác.

Phương pháp chuẩn độ đo thế có thể ứng dụng cho các hệ có màu sắc hay các hệ không có chỉ thị màu, hạn chế được các sai số chủ quan do người thực hiện.

Các phản ứng hóa học đúng trong phương pháp đo thế phải xảy ra định lượng, tuy vậy đôi khi cũng dùng những phản ứng xảy ra không định lượng. Trong trường hợp này cần ngưng chuẩn độ khi tìm được điểm tương đương thực nghiệm hoặc cần tiến hành chuẩn độ ngược. Độ chính xác của phương pháp chuẩn độ điện thế phụ thuộc việc đọc thể tích của thuốc thử. 

Độ nhạy của phương pháp còn hạn chế do sự xác định thể ở nồng độ nhỏ. Khi nồng độ quá nhỏ thì dòng bị cản trở, đặc biệt khi chuẩn độ điện thế không dòng.

Xem thêm: Phương pháp ngâm lạnh là gì? Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng

Chuẩn độ đo thế là phương pháp nhằm xác định nồng độ các chất dựa vào sự thay đổi thế điện cực được nhúng vào dung dịch phân tích mà không sử dụng các chất chỉ thị hóa học. Phương pháp chỉ thực hiện được khi đáp ứng các điều kiện cơ bản sau:

• Xảy ra phản ứng hóa học giữa thuốc thử và dung dịch chuẩn độ theo đúng yêu cầu của các phản ứng trong phân tích thể tích. Các phản ứng này diễn ra nhanh, hoàn toàn và đúng theo tỷ lệ đã định.
• Xảy ra phản ứng điện hóa trên điện cực chỉ thị.

Hiện nay có hai loại chuẩn độ đo thế là chuẩn độ điện thế có dòng và chuẩn độ điện thế không dòng. Trong đó phương pháp chuẩn độ điện thế không dòng phổ biến hơn. Chuẩn độ đo thế không dòng đòi hỏi phải xác định thế cân bằng của những hệ oxy hóa khử nhanh [đôi khi đo thế hỗn hợp]. Trong trường hợp này, muốn theo dõi sự biến thiên thế của hệ chậm ta cần thêm vào dung dịch chất chỉ thị. Còn đối với chuẩn độ đo thế có dòng cho phép sử dụng các hệ rất chậm nếu chất cần điện phân hay thuốc thử có thể bị oxy hóa hay bị khử hoặc nếu chọn lọc được hệ chỉ thị thích hợp.

Để thực hiện phương pháp chuẩn độ đo thể, tiến hành sử dụng hai điện cực. Trong đó một điện cực chỉ thị và điện cực còn lại dùng để so sánh. Điện cực so sánh thường là điện cực hydro hoặc là điện cực bạc clorua. Kết quả điện thế được xác định trong khoảng thời gian chất chuẩn độ được đo và thêm vào dung dịch. Điện thế này phụ thuộc vào nồng độ của các ion tiếp xúc với điện cực chỉ thị. 

Có nhiều các phương pháp chuẩn độ đo thế khác nhau. Bốn phương pháp phổ biến hay được sử dụng hiện nay bao gồm phương pháp chuẩn độ acid base, phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử, phương pháp chuẩn độ phức hợp, phương pháp chuẩn độ kết tủa.

• Phương pháp chuẩn độ acid- base: phương pháp này được sử dụng để xác định nồng độ của hoạt chất acid hoặc base, bằng cách trung hòa hoạt chất bằng cách sử dụng dung dịch chuẩn với nồng độ xác định.
• Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử: phương pháp phù hợp với những mẫu chất phân tích và mẫu chuẩn có phản ứng oxy hóa khử rõ ràng. Ví dụ như chuẩn độ dung dịch iod [qua phản ứng oxy hóa khử tạo chất khử ion iodua], trong quá trình sử dụng chất chỉ thị là tinh bột.
• Phương pháp chuẩn độ phức hợp: Phương pháp chuẩn độ phức hợp hay còn có tên gọi khác là phương pháp đo chelat. Nguyên tắc của phương pháp này là tạo thành phức hợp màu trong dung dịch, từ đó xác định được điểm cuối phản ứng. Phương pháp này thường được sử dụng để xác định hỗn hợp các ion kim loại trong một dung dịch nhất định.
• Phương pháp chuẩn độ kết tủa: Trong dung dịch chuẩn độ bao gồm chất phân tích và chất chuẩn độ, phản ứng tạo thành kết tủa không tan trong dung dịch đó. Khi thêm chất chuẩn độ nhưng không có thêm lượng tủa tạo thành, thời điểm đó sẽ được ghi nhận là điểm cuối phản ứng.

Bài viết cung cấp những thông tin cơ bản về phương pháp chuẩn độ đo thế. Việc chuẩn độ này nên thực hiện thường xuyên để có được kết quả chính xác nhất. 

Xem thêm:

Phân tích nhiệt là gì? Một số phương pháp phân tích nhiệt hiện nay

Tác giả: A. Hulanicki , S. Glab Potentiometry, đăng năm 2013. Truy cập ngày 25/12/2021.

Phương pháp chuẩn độ đo điện thế – Dược điển Việt Nam 5.

Chuẩn độ có thể được phân loại theo các nguyên tắc chỉ thị và phản ứng hóa học xảy ra:

Đo điện thế:

Việc đo trực tiếp điện thế galvanic sinh ra bởi một cụm điện cực gọi là phép đo điện thế, trong khi đó việc thực hiện chuẩn độ bằng cách sử dụng phương pháp này được gọi là chuẩn độ điện thế.

Điện thế U sinh ra cần được đo, nếu có thể, tại dòng điện bằng không với máy khuếch đại tín hiệu có trở kháng cao vì các lý do sau:

• Cơ sở của phép đo điện thế là phương trình Nernst, được suy ra cho các điện cực trong cân bằng điện hóa. Dòng điện dư đi qua các bề mặt ranh giới pha liên quan sẽ phá vỡ trạng thái cân bằng này.
  
• Một lý do khác để sử dụng đầu vào đo có trở kháng cao xuất phát từ cấu tạo đặc biệt của các điện cực chọn lọc ion và pH. Mạch đo gồm màng chọn lọc ion, có điện trở dễ dàng đạt 100–1000 MΩ. Nếu sai số thực nghiệm do ảnh hưởng của bộ chia điện áp được duy trì dưới 0,1% thì trở kháng đầu vào của thiết bị đo ít nhất phải cao hơn 1000 lần. Điều này có thể được thể hiện qua phương trình sau:
  

Đối với các điện cực có điện trở rất cao, cần các bộ khuếch đại tín hiệu có trở kháng đầu vào là 1012 Ω.

Kỹ thuật chỉ thị này bao gồm việc đo hiệu điện thế giữa hai điện cực kim loại được phân cực bằng một dòng điện nhỏ. Như trong trường hợp đo điện thế, đường cong chuẩn độ vôn-ampe là đường cong điện thế theo thể tích.

Cần có thiết bị đo sau đây:

Nguồn cấp điện ổn định để cấp dòng. Điện trở R được kết nối trong mạch phải được chọn sao cho dòng điện Ipol có thể được tạo ra trong khoảng 0,1 – 20 μA. Điện thế U sinh ra giữa các điện cực được đo chính xác như trong phương pháp đo điện thế. Một trong những ứng dụng chính của phương pháp chỉ thị vôn-ampe là xác định hàm lượng nước bằng phương pháp Karl Fischer.

Cơ sở của phương pháp chỉ thị quang trắc là sự giảm cường độ tại một bước sóng cụ thể của chùm sáng đi qua dung dịch. Độ truyền qua là biến đo được chính trong quá trình quang trắc và được cho bởi

T: Độ truyền qua

I0: Cường độ ánh sáng tới

I: Cường độ ánh sáng truyền đi

Nếu toàn bộ ánh sáng được hấp thụ thì I = 0 và do đó T = 0. Nếu ánh sáng không được hấp thụ,

I = I0 và T = 1 [hoặc %T = 100%].

Trong phương pháp quang trắc, công thường được thực hiện sử dụng độ hấp thụ là biến đo được. Mối quan hệ giữa độ truyền qua và độ hấp thụ được mô tả bằng Định luật Bouguer- Beer-Lambert:

A = − log T = A = ε · b · c

A: Độ hấp thụ

ε: Hệ số tắt

c: Nồng độ chất hấp thụ

d: Chiều dài đường đi của ánh sáng qua dung dịch

Từ mối quan hệ trên, có thể thấy rằng có mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thụ A và nồng độ c.

So với các điện cực đo điện thế, các điện cực quang điện có nhiều ưu điểm trong chuẩn độ:

• dễ sử dụng hơn [không phải nạp thêm dung dịch điện phân, không bị tắc ở điểm nút]
  
• tuổi thọ cao hơn [gần như không thể bị vỡ]
  
• chúng có thể được dùng để thực hiện tất cả các chuẩn độ cổ điển đối với thay đổi màu sắc [không thay đổi trong các quy trình và tiêu chuẩn truyền thống].
  

Có thể chỉ thị trắc quang đối với nhiều phản ứng phân tích:

• Chuẩn độ axit-bazơ [môi trường nước và khan]
  
• Đo độ tạo phức
  
• Chuẩn độ oxy hóa khử
  
• Chuẩn độ kết tủa
  
• Chuẩn độ đo độ đục
  

Trong chuẩn độ quang học, cần chọn bước sóng tạo sự chênh lệch lớn nhất trong độ truyền qua trước và sau điểm tương đương. Trong vùng nhìn thấy, các bước sóng này thường trong khoảng 500 to 700 nm.

Các ví dụ sử dụng: Các phản ứng tạo phức và đo độ đục.

Độ dẫn điện là khả năng dung dịch cho dòng điện đi qua. Đơn vị đo độ dẫn điện là µS/cm [microsiemen/centimet] hoặc mS/cm [milisiemen/centimet]. Giá trị cao thể hiện lượng ion lớn. Cường độ dòng điện trong dung dịch tỉ lệ với lượng ion. Nếu biết độ dẫn điện của dung dịch, chúng ta có thể biết được tổng hàm lượng ion. Hơn nữa, nếu biết lượng ion, thậm chí có thể khẳng định hàm lượng ion.

Để đo độ dẫn điện, cho điện áp chạy qua hai tấm điện cực nhúng trong dung dịch. Các tấm làm bằng kim loại hoặc cũng có thể sử dụng điện cực graphit. Trong khi các ion đã hòa tan sẽ bắt đầu di chuyển về phía các tấm điện cực thì dòng điện sẽ chạy giữa hai tấm.

Nguyên lý chuẩn độ độ dẫn.

Trong quá trình chuẩn độ, một trong các ion bị thay thế bởi ion khác và hai ion này luôn có độ dẫn điện ion khác với kết quả mà độ dẫn điện của dung dịch thay đổi trong quá trình chuẩn độ. Vì vậy, nếu bạn thêm dung dịch của một điện cực vào điện cực còn lại, độ dẫn điện cuối cùng sẽ phụ thuộc vào phản ứng xảy ra. Nhưng nếu không có phản ứng hóa học nào xảy ra trong dung dịch điện phân, độ dẫn điện sẽ tăng. Điểm tương đương có thể được thể hiện trên hình bằng cách vẽ đồ thị sự thay đổi độ dẫn điện dưới dạng hàm của thể tích dung dịch chuẩn độ thêm vào.

Phát biểu cơ bản rằng mỗi phản ứng hóa học đều đi kèm sự thay đổi năng lượng chính là cơ sở của phương pháp chuẩn độ nhiệt. Trong quá trình diễn ra các phản ứng thu nhiệt, năng lượng được hấp thụ và người ta quan sát thấy hiện tượng giảm nhiệt độ. Ngược lại đối với các phản ứng tỏa nhiệt trong đó năng lượng được tỏa ra. Điểm tương đương [EQP] của phương pháp chuẩn độ có thể được phát hiện bằng cách theo dõi sự thay đổi nhiệt độ [Hình 1]. Trong quá trình chuẩn độ tỏa nhiệt, nhiệt độ tăng đến khi đạt đến EQP. Sau đó, nhiệt độ ban đầu ổn định, rồi giảm. Ngược lại đối với chuẩn độ thu nhiệt

Như mô tả ở trên, nhiệt độ giảm trong quá trình diễn ra phản ứng chuẩn độ thu nhiệt. Khi đạt đến điểm tương đương, nhiệt độ ổn định. Điểm cuối được xác định bằng cách tính toán đường cong phái sinh thứ hai [đánh giá theo đoạn].

Yêu cầu duy nhất của chuẩn độ nhiệt là: phản ứng hóa học có sự thay đổi năng lượng lớn, nhiệt kế chính xác và nhanh và máy chuẩn độ có khả năng thực hiện đánh giá theo đoạn đường cong chuẩn độ.

• Tìm hiểu thêm về Chuẩn độ nhiệt

Kỹ thuật chuẩn độ culông được phát triển đầu tiên bởi Szebelledy và Somogy [1] vào năm 1938. Phương pháp này khác với chuẩn độ thể tích ở chỗ dung dịch chuẩn độ được tạo ra tại chỗ bởi quá trình điện phân, sau đó phản ứng với chất đang được xác định. Lượng chất phản ứng được tính theo tổng điện tích đi qua, Q, tính bằng culông, và không tính theo thể tích dung dịch chuẩn độ tiêu thụ như trong chuẩn độ thể tích.

• Tìm hiểu thêm về chuẩn độ culông, hãy đọc bài trên UserCom 7 của chúng tôi