Titraus on kemiassa käytetty menetelmä, jossa lasketaan liuosta (titrantti) titrattavan liuoksen päälle samalla sekoittaen. Titrattavaa liuosta sitten mitataan esimerkiksi pH-mittarilla ja kun on päästy ns. ekvivalenttipisteelle (jolloin tutkittava suure muuttuu huomattavan nopeasti tai tiettyyn suuntaan), niin voidaan tehdä laskelmat ja johtopäätökset titrantin kulutuksesta. Titrausmenetelmiä on useita, pH:n seuraaminen on vain yksi monista arvoista, mitä titratessa voi seurata. Metalliteollisuuden nesteissä yleisimmät titraukset ovat käsittääkseni ihan pH-titraukset (pH:n määritys) sekä pitoisuusmääritykset työstöneste-emulsioille ja pesunesteille. Vaikka titraaminen on edullinen ja monipuolinen menetelmä, niin itsehän en titraa käsin mitään, ellei ole ihan pakko. Paitsi, että käsin titraaminen on suoritteena varsin tarkkaa ja työlästä, niin saadut tuloksetkin riippuvat tekijästä ja käytetyistä välineistä hyvin paljon. Voin nyt tähän alkuun jo sanoa, että jos titraus suoritetaan sillä lailla ”rennosti”, eli titranttia lasketaan suorana norona seisovaan liuokseen ja lopetetaan kun indikaattorin väri katoaa kokonaan, niin ei ole kovin tarkkaa tulosta odotettavissa. Käsirefraktometrit ja pH-mittarit ovat hyvin edullisia, etenkin kun ottaa huomioon millaisen työn niillä säästää titraamiseen verrattuna.
Titraus ja pesunesteet
Pesunesteiden pitoisuusmäärityksessä titraaminen tosin alkaa jo olla perusteltua, sillä toiseksi halvin tapa määrittää pesunesteiden pitoisuus on spektrofotometrinen mittaus näkyvän valon alueella ja kyseisten laitteiden hinnat ovat tuhansissa euroissa. Pesuainepitoisuuden määrityksen suhteen ei oikein ole vaihtoehtoja, ellei halua sitten laittaa euroja maailmalle.
Virhelähteet titrauksessa
Toleranssit ovat tuttu käsite metalliväelle ja nesteetkään eivät ole poikkeus. Jokaisessa mittausmenetelmässä on virhelähteitä. Nämä ovat mittausmenetelmässä käytettyjen välineiden, yms. aiheuttamia epävarmuuksia, jotka vaikuttavat mittaustulokseen. Esimerkiksi käsin titrauksessa virhelähteitä ovat ja voivat olla: lasiastioiden mitta-asteikkojen epävarmuus, titrantin pitoisuuden epävarmuus ja pH-mittarin mittaustuloksen epävarmuus. Nämä ovat ns. systemaattisia virhelähteitä, jotka ovat aina läsnä kyseisiä menetelmiä käytettäessä. Ne ovat yleensä merkittyinä lasitavaroihin ja liuospulloihin (esim. HCl 1M ±0,01 M). Jos pH-mittarin sijaan käyttää nestemäistä indikaattoria tai pH-paperia, niin mittavirhe kasvaa, varsinkaan kun ei saa edes mitään lukua vastaukseksi ja indikaattorin värinmuutos ei todennäköisesti ole kohdakkain titrauksen ekvivalenttipisteen kanssa.
Miten ei titrata?
Titrauksessa on oltava hyvin kärsivällinen ja tarkkana, kun päätepiste saavutetaan, oli sitten indikaattori tai pH-mittarin juoksevat numerot. Huolimattomuus itse suoritteessa puolestaan tuo virhettä lisää mittaukseen satunnaisen virheen muodossa. Satunnaisella virheellä tarkoitetaan sitten sellaisia virheitä, mitä käytännössä voidaan välttää samoja välineitä käytettäessä. Näitä ovat titrauksessa esimerkiksi: väärin mitattu tilavuus titrattavaa liuosta sekä tavoitepisteen ohi titraaminen. Kaikki virheet summautuvat yhteen ja vaikuttavat tuloksen luotettavuuteen. Tämän kaiken lisäksi käytetyt työstöneste-emulsiot ja pesunesteet ovat melko sekavia näytematriiseja, eli ne hyvin todennäköisesti myös sisältävät monenlaisia mittaustulosta vääristäviä komponentteja, kuten vaikkapa pH-boosteria tai metalleja.
Esimerkki mittavirheistä
Olen haukkunut titraamista tässä tekstissä jo niin paljon, että ehkäpä minun olisi aika havainnollistaa jo jotain. Lasketaanpa, että mikä on virhe, kun käytössä on tarkka pH-mittari, kunnon lasiastiat (byretti ja mittalasi), kaupasta ostettu titrantti ja kaikki suoritetaan suht kunnolla, eikä oteta huomioon näytteessä olevien komponenttien häirintää. Lasitavaroiden kohdalla on itse mitta-asteikon virhe yhdistettynä arvioituun käyttäjävirheeseen. Esimerkkitapauksessa titrataan 50 ml pesuaineliuosta 0,1 M suolahappoliuoksella ja tavoitepisteellä (pH = 6,00) on kulunut byretistä 17 ml suolahappoa. Kalibraatiosuorasta saadaan, että liuoksen pesuainepitoisuus on 4,0 %.
pH-mittarin virhe: 0,02 / 6,00
Mittalasin virhe: 1 ml / 50 ml
Byretin virhe: 0,1 ml / 17 ml
HCl-liuoksen virhe: 0,001 M / 0,1 M
Suhteellinen virhe
Suhteelliset virheet summataan yhteen, saadaan 3,92 % ja se kerrotaan lopputuloksella ja siten saadaan 0,157 %-yksikköä virheeksi. Tämä vielä hyvien tieteellisten tapojen kunniaksi pyöristetään yhden numeron tarkkuuteen ja aina ylöspäin, jolloin virhe on lopulta ±0,2 %-yksikköä. Eli kun kaikki menee hyvin, niin 4,0 %:n tulos onkin siinä 3,8-4,2 % alueella. Eikä siinä mitään, tuohan on ihan hyvä tulos ja virheellä ei ole juurikaan merkitystä toiminnalle. Mutta kuten aiemmin mainitsin, niin tuo on tuloksena käytetyillä menetelmillä paras mahdollinen. Otetaan sama tilanne, mutta pH-mittarin sijaan käytetään ”kusilappuja” 0,3 pH-yksikön skaalalla, on vain pullo harvalla asteikolla titrattavalle liuokselle, byretistä päästetään rohkeasti ja HCl-liuos on laimennettu ”hyvin” väkevämmästä itse:
pH-mittarin virhe: 0,15 / 6,00
Mittalasin virhe: 10 ml / 50 ml
Byretin virhe: 1 ml / 17 ml
HCl-liuoksen virhe: 0,01 M / 0,1 M
Virheet summataan ja saadaan 38,4 % tuloksen arvosta eli noin 1,5 % yksikköä. Ja tulos seilaa tällöin 2,5-5,5 %-yksikön väliä. Ainoa tieto, mitä olisi toisessa esimerkkitapauksessa saavutettu on se, ettei pesuainetta ole liikaa, jos tavoitteena on vaikka 5 %-liuos. Tällöin voidaan kysyä, että kuinka paljon lisätään pesuainetta? Ei voi tietää, eli ollaan samassa tilanteessa kuin ennen titrausta, jolloin koko työ on osoittautunut tässä tapauksessa turhaksi.
Lopuksi
Pesu- ja työstönesteasioissa käsin titrausta suosittelisin ehkä vain pesuaineiden pitoisuuden määrittämiseksi, jos asiakas haluaa saada suuntaa antavan tuloksen pesukylpynsä pitoisuudelle. Tällöinkin titrauksen tulisi suorittaa henkilö, joka on kiinnostunut tekemään sitä ja haluaa suoritutua hommasta hyvin. Ja oikeilla välineillä.