Внедрение автоматизированных методов титрования в практику химико-аналитической лаборатории

В практической деятельности любой химико-аналитической лаборатории титриметрические методы занимают от 70 до 90% всего объема аналитических работ.

Для лаборатории, выполняющей большой объем различных определений, замена обычного титрования на автоматизированное — это возможность значительно снизить трудоемкость проведения анализов. При автоматизированном титровании отсутствуют такие рутинные операции, как подготовка и заполнение бюреток раствором, ручное дозирование титранта, считывание показаний со шкалы бюретки. Кроме того, полностью исключаются субъективные факторы при определении точки эквивалентности, которые имеют место при визуальном восприятии перехода окраски индикаторов.

В настоящее время для автоматического титрования на нашем рынке представлены автоматические титраторы швейцарской фирмы Metrohm, немецкой фирмы Shott, а также транснациональной корпорации Mettler Toledo.

Компания «НИЦЭВТ» с 2006 года сотрудничает со швейцарской фирмой Metrohm [1], которая за последние десять лет выпустила несколько серий универсальных автоматических титраторов: это серии Titrino, Titrando и Touch-аnd-go.

В химической лаборатории «НИЦЭВТ» используется автоматический титратор базового уровня Titrino 702 SM. С его помощью можно проводить титрование любого типа: кислотно-основное, окислительно-восстановительное, комплексонометрическое, титрование с образованием труднорастворимых соединений и др.

Поскольку химическая лаборатория обслуживает как цех по производству печатных плат, так и цех нанесения химико-гальванических покрытий на различные металлические детали, общий объем анализов, которые выполняют ее сотрудники, велик.

Титриметрические методы анализа занимают в нем до 90% всех определений. Поэтому внедрение автоматизированных методов титрования в практику лаборатории позволило более рационально распределить рабочее время и значительно снизить трудоемкость проводимых работ.

В таблице представлены растворы, анализ которых проводится с помощью автоматической бюретки Titrino 702 SM (рисунок). Верхняя часть бюретки представляет собой сменный модуль, в который входит емкость для хранения раствора, собственно бюретка, объем которой по желанию заказчика может быть различным (от 1 до 50 мл), и дозатор титранта. При необходимости перейти на титрование другим раствором модуль снимают и заменяют модулем с требуемым раствором.

Рис. Автоматитический титратор Titrino 702 SM

В основе работы бюретки заложен принцип потенциометрического титрования, то есть точка эквивалентности устанавливается по скачку потенциала, который изменяется при одинаковом дискретном добавлении титранта. Этот режим известен под названием МЕТ. Он применим практически для всех типов титрований. Однако в работе бюретки предусмотрен еще один режим — SET. Он необходим, когда титрование проводят до какой-то заранее заданной точки, например до рН 8,2. В этом случае конечную точку прибор автоматически определит при достижении данного значения рН.

Каждый новый тип титрования проводится по отдельной программе, которая вводится в память бюретки под определенным названием. Перед началом титрования требуемую программу выбирают из меню методов и нажатием на кнопку [start] запускают титрование по этой программе. Чтобы программа была универсальной и подходила к определению одного и того же компонента в различных растворах, в параметры титрования не следует вводить конкретные величины, необходимые для расчета концентрации этого компонента в анализируемом растворе. Достаточно, чтобы результат титрования выражался в миллилитрах раствора, пошедшего на титрование. Расчет концентрации производится в этом случае по соответствующим формулам обычным математическим путем.

Освоение и внедрение в практику лаборатории различных методов титрования происходило в несколько этапов по мере приобретения новых электродов.

Сначала было запущено аргентометрическое определение хлорид-ионов в электролитах гальванического меднения Cupracid TP, а затем в электролите никелирования Nicotron S 210.Титрование выполнялось по программе МЕТ U CHLOR с комбинированным серебряным электродом (6.0404.100). (Здесь и далее представлены номера из каталога фирмы Metrohm.)

Возможность заменить длительный и трудоемкий гравиметрический метод определения сульфатов в растворах аммиакатно-сульфатного травления фирмы Elo-Chem на экспрессный потенциометрический метод [2] стала стимулом для внедрения в практику лаборатории автоматизированного титриметрического метода определения сульфат-ионов. Титрование разбавленного в 100 раз травильного раствора проводится 0,005М раствором перхлората свинца в 85%-ном этаноле по программе MET U SO4. Индикаторным электродом служит свинцовый электрод (6.0502.170), а электродом сравнения — стекло-углеродный электрод (6.0808.000).

На следующем этапе освоения бюретки Titrino 702 SM был приобретен комбинированный стеклянный электрод (6.0203.100) для проведения различных кислотно-основных титрований. Растворы, для анализа которых применен метод кислотно-основного титрования, представлены в таблице. Это наиболее часто применяемый метод. Он существует в трех вариантах: титрование кислоты щелочью, титрование щелочи кислотой и титрование до заданного значения рН. Титрование кислот в растворах, представленных в таблице, проводились по программе МЕТ U 1-2 0,1 N раствором едкого натра. Титрование щелочи в растворе щелочного очистителя осуществлялось по программе МЕТ U 1-3 0,1N раствором соляной кислоты. Титрование щелочи в растворе Desmear и в растворах снятия водопроявляемого резиста (RR3 Resist Stripper и Post RR3 Resist Stripper) проводилось по одной и той же программе SET pH 1–4 до конечной точки рН 8,2. В первом случае титрование ведется 0,1N раствором соляной кислоты, а во втором случае — 0,5N раствором серной кислоты.

Приобретение ионоселективного электрода Jonic Surfactant (6.0507.120) для определения ионогенных ПАВ и хлорид-серебряного электрода сравнения (6.0726.100) дало возможность заменить индикаторный метод определения катионного ПАВ в растворе Соnditioner Neopact UX на автоматизированный. Титрование пробы анализируемого раствора проводится 0,025М раствором поливинилсульфата калия (PVSK) по программе MET U 4-1. Преимущество потенциометрического метода по сравнению с методом титрования в присутствии индикатора толуидина заключается в том, что субъективный фактор в оценке размытого перехода окраски индикатора полностью исключается, тем самым повышается точность анализа.

Для определения сернокислого магния в растворе матового никелирования был применен обратный комплексонометрический метод. Титрование анализируемой пробы, к которой добавлен избыток 0,1N раствора трилона Б, проводился 0,1N раствором хлорида кальция по программе MET U 5-1 с ионоселективным кальциевым электродом (6.0508.110) и хлорид-серебряным электродом сравнения (6.0726.100). Метод позволяет определить магний без традиционного отделения никеля в виде осадка с диэтилдитиокарбаматом натрия, что значительно сокращает время проведения анализа и упрощает методику.

Возможности автоматической бюретки Titrino 702 SM далеко не исчерпаны, и если возникнет необходимость в каком-либо новом методе автоматизированного титрования, то, как показывает приобретенный опыт, эта задача будет с успехом решена.