10 quy tắc chuẩn độ hàng đầu (Phần 1 – Chuẩn bị mẫu)

Cho dù bạn đang chuẩn độ bằng buret thủ công và thuốc nhuộm chỉ thị, hay sử dụng hệ thống chuẩn độ tự động ở quy mô đầy đủ, có 10 quy tắc chính mà các nhà khoa học đã kiểm tra thành công. 10 quy tắc này thuộc bốn loại: Chuẩn bị mẫu, Phân tích, Đánh giá Kết quả và Bảo trì và Duy trì. 

Chuẩn độ là gì? Tại sao phải tự động hóa?

Chuẩn độ là một kỹ thuật phân tích được sử dụng để định lượng một số hóa chất trong nhiều ngành công nghiệp. Chuẩn độ thủ công có thể không chính xác và kết quả có thể khác nhau giữa những người thực hiện dựa trên tính chủ quan của chất chỉ thị màu. Đầu tư vào hệ thống chuẩn độ tự động như Hanna Instruments HI932, là một bước giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và độ lặp lại của kết quả chuẩn độ. Tuy nhiên, bản thân công cụ chỉ là một phần của câu đố về độ chính xác. Tư duy phản biện và áp dụng các phương pháp hay nhất trong toàn bộ quá trình phân tích mẫu sẽ cải thiện hơn nữa độ chính xác khi sử dụng hệ thống tự động. Blog này đóng vai trò như một hướng dẫn chung để tối đa hóa độ chính xác của kết quả chuẩn độ bằng cách đề cập đến các phương pháp hay nhất để chuẩn bị mẫu, phân tích, xem xét kết quả cũng như bảo trì và bảo dưỡng. 

Chuẩn bị mẫu

# 1 Chọn đúng kích thước mẫu

Chọn cỡ mẫu chính xác là một trong những tiêu chí quan trọng nhất để đảm bảo rằng kết quả chuẩn độ sẽ chính xác, hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Sử dụng một mẫu quá nhỏ có thể mang lại kết quả không chính xác vì nó cung cấp độ phân giải rất kém về mặt dữ liệu. Khi dữ liệu bị hạn chế, rất khó để nội suy điểm tương đương thực sự ở đâu. Điều này dẫn đến độ lặp lại và độ chính xác kém. Ngược lại, sử dụng quá nhiều mẫu sẽ dẫn đến chi phí hóa chất cao hơn do sử dụng quá nhiều chất chuẩn độ, cũng như tạo ra chất thải hóa học dư thừa. Cỡ mẫu lý tưởng sẽ tiêu tốn thể tích chất chuẩn độ trong khoảng 25-75% tổng thể tích buret.

Bạn có thể đang nghĩ – nhưng làm thế nào để chúng ta biết được cần sử dụng bao nhiêu mẫu để tiêu thụ lượng chất chuẩn độ đó? May mắn thay, nếu chúng ta biết nồng độ ước tính của mẫu của mình, có một cách dễ dàng để xác định cỡ mẫu thích hợp dựa trên mức tiêu thụ chất chuẩn độ bằng cách sử dụng phương trình chuẩn độ! 

Để nhanh chóng xem lại, phương trình chuẩn độ như sau:

 

Hãy xem một ví dụ trong thế giới thực. Tương cà là một loại gia vị rất phổ biến, và một thành phần được kiểm tra thường xuyên là hàm lượng muối. Để xác định phạm vi kích thước mẫu thích hợp để chuẩn độ hàm lượng muối (natri clorua – NaCl) trong nước sốt cà chua (với hàm lượng muối ước tính là 2%), trong khi sử dụng 0,1M (mol / L) bạc nitrat làm chất chuẩn độ của chúng tôi và sử dụng 25 buret mL. 

Áp dụng quy tắc 25-75% cho buret 25 mL (0,025L), chúng tôi lý tưởng muốn tiêu thụ từ 6 – 19 mL (0,006- 0,019L) chất chuẩn độ.

Đây là phương trình của chúng ta, hãy xác định các biến và tính cả giới hạn trên và giới hạn dưới cho kích thước mẫu. 

 

Bây giờ chúng ta đã xác định các biến cho các giới hạn thấp hơn, hãy cắm chúng vào phương trình của chúng ta.

Hủy đơn vị của chúng tôi:

Giải quyết cho SA:

SA = 1,75 g

Thay giới hạn chuẩn độ trên của chúng tôi là 0,019L bằng VT của chúng tôi trong phương trình của chúng tôi, thu được 5,555 gam.

Do đó, đối với ví dụ này, ~ 1,75-5,55 gam sản phẩm là khoảng mẫu lý tưởng sẽ tiêu thụ đủ chất chuẩn độ để phân giải dữ liệu tốt.

# 2 Sử dụng Mẫu Đại diện

Kích thước mẫu không phải là yếu tố duy nhất được xem xét để làm việc với các ma trận mẫu phức tạp. Điều quan trọng là đảm bảo rằng một mẫu đại diện được sử dụng để xác định chính xác chất phân tích. Mẫu đại diện là mẫu thể hiện toàn bộ nền mẫu trong đó nó chứa tất cả các phần của sản phẩm gốc hoặc mẫu theo đúng tỷ lệ. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các mẫu không đồng nhất theo mặc định, chẳng hạn như hỗn hợp gia vị hoặc đất. Nếu kết quả không thể lặp lại, ngay cả khi sử dụng kỹ thuật đo thích hợp, thì nguồn có khả năng gây ra lỗi là mẫu không đại diện.

Đôi khi, thật khó để đảm bảo một mẫu đại diện nằm trong phạm vi cỡ mẫu được khuyến nghị cho phương pháp. Trong trường hợp này, việc pha loãng là một cách tuyệt vời để vừa đảm bảo mẫu đại diện, vừa sử dụng cỡ mẫu phù hợp để phân giải dữ liệu tốt. Pha loãng cũng là một ý tưởng hay nếu kích thước mẫu được đề xuất bởi phần trước là quá nhỏ để đo thực tế. Với độ pha loãng, một lượng mẫu lớn hơn được cân và cho vào bình định mức. Nước khử ion được thêm vào bình để đưa lượng chứa trong bình đến thể tích mong muốn. Sau đó, hỗn hợp được phép khuấy trong một khoảng thời gian để trở thành đồng nhất và hoặc để chiết chất phân tích. Một phần nhỏ của hỗn hợp này sau đó được chuẩn độ đến điểm cuối. Với hệ thống chuẩn độ tự động của Hanna Instruments, 

Để lập trình độ pha loãng vào máy chuẩn độ, bạn sẽ cần:

 

# 3 Sử dụng các Công cụ và Kỹ thuật Đo lường Thích hợp

Sử dụng các công cụ và kỹ thuật đo thích hợp là những thành phần quan trọng trong chiến lược cải thiện độ chính xác của kết quả chuẩn độ. Nhớ lại phương trình chuẩn độ của chúng tôi, rằng kích thước mẫu được tính trực tiếp vào kết quả. 

Nếu cỡ mẫu nhập vào máy chuẩn độ không chính xác, kết quả chuẩn độ sẽ không chính xác như nhau. Do đó, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng bạn có thể lấy được các phần mẫu bằng các công cụ thích hợp. Thông thường, mẫu chất lỏng được đo bằng thể tích và mẫu rắn được đo bằng khối lượng. 

Mẫu chất lỏng

Hãy bắt đầu bằng cách nói về xử lý chất lỏng. Không phải tất cả các dụng cụ thủy tinh thể tích đều được tạo ra như nhau, vì vậy điều quan trọng là phải hiểu các loại dụng cụ thủy tinh khác nhau và mục đích sử dụng của chúng.

Loa và Bình Erlenmeyer

Bình loa và bình Erlenmeyer, mặc dù chúng có thể chứa các vạch chia độ để chỉ ra thể tích của mẫu, nhưng chủ yếu được sử dụng để giữ, rót hoặc trộn các dung dịch. Chúng thường không được đánh giá với một tuyên bố về độ chính xác để đo các khối lượng cụ thể. Việc sử dụng các công cụ như thế này để đo kích thước mẫu có thể gây ra sự dao động trong kết quả, do đó cản trở khả năng lặp lại của thử nghiệm của bạn. 

Chuyển Pipet

Pipet truyền dùng một lần (không nên nhầm lẫn với pipet định mức dùng một lần) là một dụng cụ khác có vẻ chính xác do đánh dấu của chúng, nhưng thường không được đánh giá về độ chính xác. Chúng không phải là công cụ được khuyến nghị để đo thể tích, nhưng tuy nhiên, chúng là những công cụ tuyệt vời để thêm thuốc thử mà không cần thêm chính xác.

Xi lanh chia độ

Xi lanh chia độ được thiết kế để đo và rót chất lỏng. Các bình chia độ thường có dung sai sai số là 1% và thường được coi là kém chính xác hơn so với bình định mức và pipet. Chúng nhanh và dễ sử dụng, và có thể là một lựa chọn tốt cho môi trường thông lượng cao.    

Bình định mức

Bình định mức chính xác đối với một thể tích chất lỏng cụ thể. Chúng thường không có vạch chia độ để đo các thể tích dung dịch khác nhau, nhưng chúng là dụng cụ thủy tinh được lựa chọn để tạo các dung dịch pha loãng chính xác. 

Pipet thể tích

Pipet thể tích thường cung cấp độ chính xác cao nhất và lý tưởng để chuyển chất lỏng từ nguồn này sang nguồn khác. Loại pipet này bao gồm pipet nhựa dùng một lần, pipet thủy tinh và pipet tự động. Để đạt được độ chính xác khi sử dụng các công cụ này, điều quan trọng là phải sử dụng kỹ thuật thích hợp khi lấy mẫu. Hai yếu tố quan trọng nhất là góc hút và độ sâu ngâm. Khi lấy mẫu bằng pipet, pipet phải được giữ thẳng đứng để đảm bảo hút được lượng chất lỏng thích hợp. Pipet chỉ nên ngập trong mẫu đủ để có thể hút lượng mong muốn mà không cần kéo không khí vào. Hơn nữa, mẫu phải được hút và phân phối một vài lần cho đầu buret trước khi chuyển một lượng mẫu cuối cùng vào bình chuẩn độ. Khi phân phối chất lỏng từ pipet, pipet phải được giữ ở một góc từ 20-45 độ trực tiếp so với tâm của cốc. Cần cẩn thận để không đẩy mạnh chất lỏng còn lại ra khỏi pipet.

Các phương pháp hay nhất về xử lý chất lỏng

Ngay cả trong cùng một loại dụng cụ thủy tinh, vẫn có một hệ thống phân loại để định lượng độ chính xác. Dụng cụ thủy tinh loại A là chính xác nhất và thường chính xác đến hai chữ số thập phân. Loại dụng cụ thủy tinh này thường sẽ đi kèm với một chứng chỉ xác định độ chính xác của dụng cụ. Dụng cụ thủy tinh loại B có khả năng chịu sai số cao hơn loại A và thường có tuyên bố độ chính xác đến một chữ số thập phân. Do đó, đồ thủy tinh loại A có xu hướng đắt hơn loại B. Đối với nhu cầu về độ chính xác cao, dụng cụ thủy tinh Class-A được khuyến khích sử dụng và đáng để đầu tư. Cũng hữu ích khi sử dụng dụng cụ thủy tinh định mức hướng tới cỡ mẫu đang đo. Đo 10 mL mẫu trong ống đong 10 mL, sẽ chính xác hơn sau đó đo 10 mL bằng ống đong 100 mL. 

Để đạt được độ chính xác khi thực hiện các phép đo thể tích, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng thể tích được đọc chính xác. Nước có xu hướng cong ở đầu thể tích, gây khó khăn cho việc xác định phép đo. Độ cong này được gọi là mặt khum. Khi đọc thể tích trên dụng cụ thủy tinh định mức, đáy của mặt khum phải nằm trên vạch của thể tích mong muốn. 

Khi thêm mẫu lỏng vào cốc, phải đảm bảo rằng mẫu được thêm vào giữa cốc và mẫu không bị dính vào thành cốc. Trong hầu hết các trường hợp, một lượng nhỏ nước khử ion có thể được sử dụng để rửa bất kỳ phần nào còn sót lại trên mặt của vật chứa vào mẫu. 

Dụng cụ thủy tinh phải được tráng bằng nước khử ion và làm khô giữa các mẫu, hoặc nếu sử dụng pipet tự động, nên sử dụng một đầu tip mới cho từng mẫu khác nhau. Tất cả các dụng cụ thủy tinh phải được làm sạch bằng xà phòng phòng thí nghiệm, tráng axit (nếu cần), và tráng bằng nước khử ion trước khi bảo quản.

Một số mẫu chất lỏng quá nhớt để có thể đo thể tích một cách chính xác. Trong những trường hợp này, khối lượng có thể được sử dụng thay cho khối lượng. Tuy nhiên, chúng ta phải cẩn thận ở đây vì nếu đơn vị cuối cùng của chúng ta có liên quan đến khối lượng, chúng ta phải tính đến mật độ của mẫu trong phép tính kết quả của chúng ta để tính toán chính xác. 

 

Mẫu rắn

Cũng giống như xử lý chất lỏng, điều quan trọng là sử dụng các công cụ và kỹ thuật thích hợp khi làm việc với các mẫu rắn. 

Hiểu được sự phân biệt giữa cân và số dư là chìa khóa. Chúng tôi thường sử dụng các điều khoản quy mô và số dư thay thế cho nhau, nhưng có sự khác biệt rõ ràng giữa chúng. 

Cân có xu hướng có thể xử lý nhiều loại khối lượng (cả nặng và nhẹ). Họ cho phép mình đo lường các thành phần hoặc sản phẩm số lượng lớn một cách nhanh chóng. Cân thường ít tốn kém hơn cân. Tuy nhiên, thiết kế hở và độ phân giải kém không làm cho chúng phù hợp hoặc lý tưởng để đo cỡ mẫu để chuẩn độ. Chúng sẽ tạo ra sự thay đổi và do đó ảnh hưởng đến độ lặp lại chuẩn độ của bạn. 

Cân phân tích thường phức tạp hơn cân. Ngoài ra, chúng thường có các tính năng như tấm chắn để bảo vệ mẫu khỏi các luồng không khí có thể làm sai lệch kết quả. Cân phân tích cũng rất khác nhau về độ phân giải và giá cả, do đó, điều quan trọng là phải chọn cân phân tích chính xác cho các cỡ mẫu điển hình của bạn. Dưới đây là các độ phân giải được đề xuất dựa trên kích thước mẫu mong muốn.  

Khuyến nghị rằng tất cả các số dư được hiệu chuẩn hàng năm.

Cỡ mẫu	Độ phân giải cân bằng
1 gam	0,1 gam
0,1 gam	0,01 gam
0,01 gam	0,001 gam
0,001 gam	0,0001 gam

 

Các phương pháp hay nhất về mẫu rắn

Khi thiết lập cân phân tích, hãy chọn vị trí cách xa cửa ra vào, tủ hút và lỗ thông hơi để giảm thiểu khả năng bị nhiễu. Để chính xác, cân phải được cân bằng thích hợp và hiệu chuẩn theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Có thể mua một bộ quả cân để đảm bảo rằng quả cân được đọc đúng cách. 

Cân phải được làm mờ hoặc bằng 0 với bình cân trước khi thêm mẫu. Để có kết quả tốt nhất, lấy khối lượng của mẫu trực tiếp trong cốc chuẩn độ để đảm bảo không có sản phẩm tràn lên cân. Nếu sử dụng thuyền cân, hãy rửa các vật chứa bên trong thuyền cân 3 lần bằng nước khử ion để đảm bảo tất cả sản phẩm được tính toán. Vì nước khử ion, trong hầu hết các trường hợp, không chứa chất phân tích đang được thử nghiệm, nên nó có thể được thêm vào mà không sợ bị nhiễu. 

Bạn nên làm quen với độ chính xác của các dụng cụ đo vì kết quả chuẩn độ được tính toán cuối cùng sẽ chỉ chính xác bằng biến số kém chính xác nhất của bạn trong phương trình chuẩn độ.

 

# 4 Sử dụng đúng loại nước

Cũng giống như với đồ thủy tinh, tất cả nước không được tạo ra như nhau. Có nhiều cách phân loại nước khác nhau dựa trên quá trình lọc mà nó trải qua. Khi chuẩn bị mẫu, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng bạn có và sử dụng đúng loại nước.

Nước máy: 

Nước máy là nước thô đi qua vòi từ giếng tư nhân hoặc nguồn thành phố. Nước máy chứa tất cả các loại chất gây ô nhiễm bao gồm khoáng chất, chất khử trùng và những chất góp phần vào độ pH, độ axit và độ kiềm. Do sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm tiềm ẩn, nước máy thô không được khuyến khích để phân tích trong phòng thí nghiệm mà không cần làm sạch thêm. Thông thường, nước máy có mức tổng chất rắn hòa tan (TDS) là 100-500 phần triệu (ppm). 

Thẩm thấu ngược:

Thẩm thấu ngược, viết tắt là nước RO, là nước được tinh lọc thông qua áp suất ép qua màng bán thấm. Các chất bẩn bị giữ lại trong màng lọc, ngược lại nước sạch được phép đi qua màng lọc. Nước RO loại bỏ 98% tổng chất rắn hòa tan (TDS), nhưng không loại bỏ tất cả thuốc trừ sâu, chất rắn hoặc VOC. Nước RO có TDS <100 ppm

Nước cất: 

Nước cất, được viết tắt là DH ₂ O, là nước đã được tinh lọc qua quá trình chưng cất. Tại đây, nước được đun sôi, sau đó hơi nước được ngưng tụ vào một thùng chứa vô trùng, đồng thời để lại các chất bẩn rắn phía sau. Tuy nhiên, bất cứ thứ gì có nhiệt độ sôi thấp hơn nước, chẳng hạn như các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), sẽ được đưa vào sản phẩm chưng cất. Nước đóng chai không giống như nước cất, vì nó thường được bổ sung khoáng chất. Nước cất có giá trị TDS điển hình là <0,5 ppm. 

Nước khử ion:

Nước khử ion , viết tắt là DI H ₂ O, loại bỏ gần như tất cả các chất gây ô nhiễm và là tiêu chuẩn vàng của nước để phân tích trong phòng thí nghiệm. Đầu tiên, nước được lọc trước thông qua một loạt bộ lọc bao gồm vật lý, carbon và thẩm thấu ngược. Sau đó, nước đi qua nhựa cation và anion DI. Tại đây, các ion âm và dương được bắt giữ và thay thế bằng các ion H ⁺ và OH ^– , kết hợp với nhau để tạo thành nước tinh khiết. Nước khử ion thường được đo bằng điện trở suất và phải có giá trị ít nhất là 18 MΩ · cm.