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酸碱滴定基本原理

发布时间:2015-05-12 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1750

酸碱滴定的终点可用pH来判断,它可用pH计直接测得,但更为普遍的是使用指示剂。在一些情况下,滴定中pH的变化方式会导致一些小问题的产生,酸理论的背景知识有助于充分理解滴定原理并解决可能发生的问题。

一、缓冲体系

尽管pH值能设定在1一14的范围内,而实际上pH计是很难测得pH=1以下的值,这是由于氢离子在高浓度酸存在的条件下解离不完全造成的。在0.1mol/L时,强酸被认为完全解离因此在强酸滴定强碱时会出现充分解离,在滴定过程中,pH等于剩余酸的氢离子浓度的负对数。
所有食品的有机酸为弱酸,最多只能从分子中解离出3%的氢离子,在滴定中随着游离氢离子的减少,新的氢离子从其他未解离的分子中解离出来,这种趋势减缓了溶液pH的突变,溶液减缓pH变化的性质称为缓冲作用,缓冲现象存在于含弱酸及其盐的食品中。由于缓冲作用,在滴定弱酸时pH滴定曲线比滴定强酸更为复杂,这种关系可用亨德森一哈塞尔巴尔赫(Henderson一Hasselbalch)方程式来预测:

pH=pKa+lgI([A-]/[HA])

[HA]表示未离解酸的浓度。[A-]表示其盐浓度,被看作共扼碱,共扼碱等于共扼酸【H3O+」的浓度。pK.表示在未离解酸与共扼碱处于等量时的pH,方程式表明pH=pKa时将出现最大缓冲能力。

二元和三元酸分别有两个或三个缓冲区。如果多元酸存在三个或更多的pKa,那么Henderson一Hasselbalch方程能预测每一步离解的平台。然而,在两个区间的过渡地区,由于存在从非离解状态转化生成的质子和共扼碱而变得复杂,而且Henderson一Hasselbalch方程在两个pKa之间的。等当点附近也不成立。但在等电点处的pH易于计算,即pH等于(pKal+pKa2)/2。

二、电位测定

在滴定等当点时,酸克当量数与碱克当量数相等,所有的酸都被中和。当接近等当点,Henderson一Hasselbalch方程式中的分母[HA]慢慢变小,商[A-]/[HA〕变高,结果溶液pH迅速升高,最终接近滴定终点。确切的等当点实际为pH发生突跃范围的中间值。使用pH计确定滴定终点,称为电位滴定法。电位滴定决定等当点的优势是精确度高。

由于滴定终点的pH变化非常快,pH计无法得到其真实而精确的终点pH,为了确定等电点,必须仔细记录pH滴定值的变化。这一点加上pH计探头的物理因素的限制以及某些电极的缓慢响应使电位滴定方法在一定程度上显得有些麻烦。

三、指示剂

在常规测定中,可简便地使用指示剂指示近似终点,这个近似点应稍微超过等电点。当使用指示剂时,用指示终点或终点颜色来代替等电点,需要强调的是该测定值是近似值,它取决于所用的指示剂。酚酞指示剂是食品分析中最常用的指示剂,其变色范围是pH=8.0到pH=9.6,通常在pH=8.2时变色明显,这是酚酞指示的终点。

pKa显示存在于食品中的天然的有机酸在酚酞的变色范围没有缓冲作用;然而,磷(常在软饮料中作为酸味剂)和碳酸(溶于水中的CO2)在此pH时却具有缓冲作用。因此,对于许多酸而言,从真正的等电点到实际的滴定终点还需要较大的过量滴定,从不真实的终点滴定得到的是夸大的测定结果;因此滴定这些酸时,通常首选电位分析,先煮沸样品以去除CO2的干扰,然后用酚酞作指示剂滴定剩余的酸。深色样品会出现终点难以确定的问题,当有色溶液干扰终点观察时,通常使用电位分析。对于常规分析,pH相对于滴定值是不会改变的,样品只能被滴定到pH=8.2(酚酞终点)。甚至对于电位分析方法,由于也只能对应于酚肤的终点,因此实际测得的是反应终点,而不是真正的等电点。pH=7作为电位分析终点应比pH=8.2更加准确。毕竟这个pH值标志着在pH值刻度中的真实中性。然而,一旦所有的酸被滴定至中性,而共扼碱还存在于溶液中,结果导致等电点时的pH略大于pH=7,而如果将pH=7定为有色溶液的终点,而无色溶液的终点又变为pH=8.2,就会容易发生混淆。

指示剂溶液的浓度很少超过0.1g/mL、所有的指示剂都是弱酸或弱碱,在其变色的区域有一定的缓冲作用,如使用过量,会在分析时破坏样品的酸碱体系从而干扰滴定。指示剂溶液应尽量使用可满足分辨颜色的最小需求量即可,在使用两或三种混合指示剂时尤其要注意这一点。所用指示剂的浓度越低,滴定终点就越明显。

稀酸溶液(如蔬菜汁)在滴定时要求使用稀的标准溶液,以进行精确的滴定。可是,从等当点滴定到pH=8.2时需大量体积的稀碱溶液,在低浓度的酸溶液中有时也采用澳百里酚蓝作指示剂,它从黄变蓝的变色范围是pH值为6.0一7.6,其终点通常是亮绿色,但终点的判别比用酚酞作指示剂更易受其他因素的影响。实际人眼观察到的大多数指示剂的变化范围小于2pH单位,且指示剂的理论变色点不是变色范围的中间点,这是由于人眼对各种颜色的敏感程度不同,观察的范围与理论变色范围略有差别。

发酵生产醋酸时,有时要知道有多少酸度来自于醋酸,而又有多少是来自于产品中其他一些天然存在的酸。可以先进行第1次滴定以确定总酸度。然后煮沸除去醋酸,将溶液冷却。再滴定非挥发性酸,总酸度与非挥发性酸度之差为挥发性酸度。有时类似的实验还可应用于酿造工业中测定除去溶解的CO2后的非挥发性酸度。可在低温(40℃)和轻微搅拌的条件下去除CO2后滴定非挥发性酸度。

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