Chia sẻ bài viết
Sau bài viết blog trước của tôi về chủ đề «Tránh những sai lầm phổ biến nhất trong đo pH», giờ đây tôi sẽ đề cập đến chủ đề điện cực liên quan đến chuẩn độ. Tại đây, bạn không chỉ tìm thấy cách chọn đúng loại điện cực cho ứng dụng của mình – mà còn biết cách vệ sinh, bảo quản và quan trọng nhất là cách đảm bảo rằng điện cực của bạn vẫn còn hoạt động tốt để sử dụng.
Các chủ đề sau sẽ được đề cập (Nhấn để đi đến chủ đề tương ứng):
Cách chọn cảm biến phù hợp
Bạn có thể thắc mắc cần lưu ý gì khi chọn cảm biến phù hợp cho quá trình chuẩn độ, bởi trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau. Cảm biến đúng đắn cần được lựa chọn dựa trên loại chuẩn độ bạn muốn thực hiện. Ví dụ, chuẩn độ oxi hóa-khử (redox) sẽ cần cảm biến khác với chuẩn độ phức hợp (complexometric).
Hơn nữa, việc lựa chọn cảm biến còn phụ thuộc nhiều vào ma trận mẫu, thể tích mẫu và các yếu tố gây nhiễu có thể xảy ra. Nếu bạn làm việc trong môi trường khan, cần đặc biệt lưu ý các hiệu ứng tĩnh điện có thể phát sinh. Vì vậy, tôi khuyên bạn nên sử dụng điện cực có lớp che chắn điện bên trong.
Cảm biến cần có thời gian phản hồi nhanh và đủ bền để phù hợp với ứng dụng, nghĩa là phải chịu được các hóa chất sử dụng cũng như quy trình làm sạch áp dụng.
Bảng 1. Tổng quan các cảm biến đề xuất cho các loại chuẩn độ khác nhau
| Loại chuẩn độ | Cảm biến có thể sử dụng | Ghi |
| Chuẩn độ quang học | Optrode | Không có kết tủa |
Chuẩn độ oxi hóa-khử (Redox) |
Pt ring electrode | — |
| Au ring electrode | — | |
| Pt Titrode | Không cần bảo trì, cần giữ giá trị pH ổn định | |
| Au Titrode | Không cần bảo trì, cần giữ giá trị pH ổn định | |
| Double Pt sheet electrode | Chuẩn độ bivoltammetric / biamperometric | |
| Double Au ring electrode | Chuẩn độ bivoltammetric / biamperometric | |
Chuẩn độ kết tủa |
Ag ring electrode | |
| Ag Titrode | Không cần bảo trì, cần giữ giá trị pH ổn định | |
Chuẩn độ phức hợp (Complexometric) |
Copper (Cu) ISE | Hầu hết các ion kim loại |
| Calcium (Ca) ISE | Dùng cho độ cứng nước | |
Chuẩn độ chất hoạt động bề mặt (Surfactant) |
Điện cực chất hoạt động âm (Ionic surfactant electrode) | Môi trường nước, chuẩn độ các chất hoạt động anion |
| Điện cực chất hoạt động dương (Cationic surfactant electrode) | Môi trường nước, chuẩn độ các chất hoạt động cation | |
| Điện cực NIO | Môi trường nước, chuẩn độ chất hoạt động phi ion hoặc dùng STPB làm chất chuẩn độ | |
| Surfactrode Refill | Môi trường khan, pH > 10, không có chloroform | |
| Surfactrode Resistant | Môi trường , pH < 10 | |
| Chuẩn độ axit-bazơ trong môi trường nước (Aqueous acid-base titration) | Ecotrode plus | — |
| Chuẩn độ axit-bazơ trong môi trường (Nonaqueous acid-base titration) | Solvotrode easyClean | — |
Để biết thêm hướng dẫn về cách chọn điện cực phù hợp, bạn có thể tham khảo công cụ tìm điện cực trực tuyến của chúng tôi hoặc xem tờ rơi về «Điện cực trong chuẩn độ» với các mẹo thực tiễn về cách chăm sóc và bảo trì.
Bảo trì và làm sạch
Việc làm sạch đúng cách giữa các lần chuẩn độ là yếu tố then chốt để đảm bảo kết quả đáng tin cậy. Bước rửa phải đảm bảo rằng không có mẫu hoặc chất chuẩn nào làm nhiễm bẩn điện cực, tránh hiện tượng lây nhiễm chéo và kết quả sai lệch. Do đó, giữa các lần chuẩn độ, điện cực (cũng như đầu buret) cần được rửa bằng dung môi thích hợp như nước khử ion, dung dịch tẩy rửa hoặc bất kỳ dung môi nào có thể loại bỏ cặn còn sót lại. Đối với các chuẩn độ khan, điều quan trọng là cần điều hòa màng thủy tinh của điện cực trong nước khử ion sau mỗi lần chuẩn độ.
Tìm hiểu thêm về chuẩn độ axit-bazơ trong môi trường không nước qua bài viết blog liên quan của chúng tôi.
Nonaqueous acid-base titrations – Common mistakes and how to avoid them
Ngoài ra, cả điện cực đo và điện cực tham chiếu đều cần được bảo trì định kỳ. Đối với điện cực tham chiếu, việc đảm bảo nó được đổ đầy đến lỗ châm bằng đúng loại điện giải (và không bị nhiễm bẩn) là vô cùng quan trọng. Nên kiểm tra mức điện giải hàng ngày và bổ sung nếu cần thiết. Luôn đổ đầy điện giải đến lỗ châm để đảm bảo dòng chảy điện giải ổn định và giảm thiểu nguy cơ nhiễm bẩn dung dịch điện giải.
Bên cạnh việc bổ sung điện giải định kỳ, cần thay mới toàn bộ điện giải ít nhất mỗi tháng một lần để đảm bảo dung dịch sạch và có nồng độ chính xác (ví dụ: sự bay hơi của nước có thể làm tăng nồng độ điện giải). Việc sử dụng điện giải cũ hoặc bị nhiễm bẩn có thể dẫn đến thay đổi không mong muốn trong điện thế đo được.
Ngoài ra, cần đảm bảo rằng màng ngăn (diaphragm) luôn sạch sẽ, nếu không có thể xảy ra hiện tượng tắc nghẽn, làm cho điện thế đo không ổn định do mất tiếp xúc giữa điện giải và mẫu. Hình 2 minh họa ví dụ về một màng ngăn bị nhiễm bẩn.
Bảng 2 gợi ý một số hóa chất làm sạch có thể sử dụng để loại bỏ các chất bám dính trên màng ngăn. Sau khi làm sạch màng ngăn, luôn luôn thay mới điện giải.
Bảng 2. Các chất gây ô nhiễm điện cực phổ biến và chất tẩy rửa được đề xuất cho từng trường hợp. Vui lòng liên hệ đại diện Metrohm nếu bạn có thêm thắc mắc.
| Chất gây nhiễm bẩn | Chất tẩy rửa đề xuất |
|---|---|
| Silver sulfide | 7% thiourea in c(HCl) = 0.1 mol/L |
| Chloride | diluted ammonium hydroxide solution |
| Proteins | 5% pepsin in c(HCl) = 0.1 mol/L |
Điện cực đo cần được làm sạch kỹ lưỡng ít nhất mỗi tuần một lần. Các điện cực vòng kim loại không phủ hoặc điện cực chọn lọc ion (ISE) cần được đánh bóng định kỳ để duy trì tốc độ phản hồi nhanh. Màng thủy tinh hoặc màng polymer không được đánh bóng hoặc làm sạch bằng chất mài mòn. Nếu điện cực được sử dụng trong các mẫu chứa dầu hoặc dính, cần tẩy dầu hoặc loại bỏ protein bằng cách sử dụng dung môi phù hợp.
Một điểm quan trọng khác cần lưu ý là cách bảo quản điện cực đúng cách. Việc bảo quản không đúng sẽ làm giảm tuổi thọ của điện cực, dẫn đến việc phải thay thế thường xuyên hơn. Tuy nhiên, không có một dung dịch bảo quản nào phù hợp với tất cả các loại điện cực. Dung dịch bảo quản thích hợp phụ thuộc rất nhiều vào loại điện cực.
Nếu là điện cực chỉ đo hoặc chỉ tham chiếu riêng lẻ, thì việc xác định dung dịch bảo quản phù hợp sẽ dễ dàng hơn vì chỉ cần tìm giải pháp tối ưu cho một phần duy nhất. Tuy nhiên, với các điện cực kết hợp, tình hình phức tạp hơn một chút. Điện cực kết hợp bao gồm cả điện cực tham chiếu và điện cực đo – mỗi loại lại có yêu cầu bảo quản khác nhau. Vì vậy, đôi khi cần một giải pháp thỏa hiệp. Điện cực tham chiếu nên được bảo quản trong dung dịch điện giải tham chiếu để luôn sẵn sàng sử dụng, trong khi màng thủy tinh của điện cực đo lại thích hợp với nước khử ion. Mặt khác, điện cực đo kim loại lại thích hợp bảo quản ở trạng thái khô.
Đối với các điện cực pH kết hợp sử dụng dung dịch điện giải tham chiếu c(KCl) = 3 mol/L, Metrohm đã phát triển một dung dịch bảo quản đặc biệt giúp duy trì màng thủy tinh ở trạng thái sẵn sàng mà không làm ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ tham chiếu. Các điện cực pH còn lại được bảo quản trong dung dịch điện giải tham chiếu tương ứng (thông tin thường được ghi rõ trên đầu điện cực, xem Hình 3).
Các điện cực kim loại cũng được bảo quản theo cách khác nhau, tùy thuộc vào từng loại. Các điện cực vòng kim loại kết hợp được bảo quản trong dung dịch điện giải tham chiếu để duy trì tình trạng tốt của màng ngăn, trong khi các điện cực Titrode được bảo quản trong nước khử ion vì chúng có chứa màng thủy tinh pH cần được giữ ẩm. Luôn đổ khoảng 1–2 mL dung dịch bảo quản vào bình chứa của điện cực và thay mới thường xuyên, vì dung dịch này có thể bị nhiễm bẩn do mẫu hoặc dung dịch làm sạch.
Bảng 3 trình bày các điều kiện bảo quản điển hình tùy theo loại điện cực.
Nếu bạn không chắc chắn về cách bảo quản điện cực đúng cách, hãy kiểm tra thông tin trong tờ rơi điện cực miễn phí bên dưới hoặc trên trang web của chúng tôi.
Flyer: Electrodes in titration
Kiểm tra điện cực của bạn
Cách đơn giản nhất để kiểm tra hiệu suất của điện cực là theo dõi nó trong quá trình chuẩn độ tiêu chuẩn (ví dụ: xác định titer) được thực hiện thường xuyên (ví dụ: hàng tuần), trong đó các điều kiện như khối lượng mẫu, nồng độ chất chuẩn và thể tích nước thêm vào luôn tương tự nhau. Ngoài ra, bạn cũng có thể làm theo quy trình kiểm tra được Metrohm khuyến nghị.
Để kiểm tra các điện cực kim loại, bạn có thể tham khảo quy trình kiểm tra trong Tài liệu Ứng dụng dưới đây:
Check of Silver, Platinum and Gold electrodes
Đối với thông tin về cách kiểm tra điện cực chất hoạt động bề mặt, vui lòng tải xuống Tài liệu Ứng dụng sau:
Check of surfactant electrodes
Quy trình kiểm tra điện cực chọn lọc ion (ISE) được trình bày trong tài liệu hướng dẫn ISE dưới đây:
Leaflet: Manual for ion-selective electrodes
Ví dụ, tôi sẽ giải thích chi tiết hơn quy trình kiểm tra điện cực bạc. Điện cực bạc có thể được kiểm tra dễ dàng bằng chuẩn độ tiêu chuẩn sử dụng axit hydrochloric (c(HCl) = 0,1 mol/L) làm mẫu và bạc nitrat (c(AgNO₃) = 0,1 mol/L) làm chất chuẩn. Thực hiện ba lần xác định với các thông số chuẩn độ và kích thước mẫu được khuyến nghị.
Các thông số sau sẽ được đánh giá và so sánh với giá trị tối ưu:
- thể tích chất chuẩn tại điểm tương đương (EP)
- thời gian để đạt đến điểm tương đương
- bước nhảy điện thế (chênh lệch điện thế) giữa giá trị điện thế đo được tại 90% và 110% thể tích
Nếu các dữ liệu đánh giá không đạt được giá trị yêu cầu, hãy làm sạch điện cực kỹ lưỡng và lặp lại thử nghiệm. Nếu không có cải thiện, cảm biến cần được thay thế.
Một số dấu hiệu khác cũng cho thấy điện cực cần được thay thế: phản hồi chậm, tín hiệu không ổn định hoặc bị trôi, thời gian chuẩn độ kéo dài, bước nhảy điện thế nhỏ hơn và đường cong chuẩn độ có hình dạng kém rõ ràng.
Trong Hình 5 bên dưới, hai đường cong chuẩn độ khác nhau cho canxi và magiê trong nước được thể hiện bằng cách sử dụng điện cực chọn lọc canxi kết hợp (Ca-ISE). Đường cong phía trên thu được bằng một điện cực Ca-ISE mới: chuẩn độ diễn ra nhanh và có hai điểm tương đương rõ ràng – một cho canxi và một cho magiê. Trong khi đó, đường cong phía dưới sử dụng điện cực đã cũ: chuẩn độ kéo dài hơn đáng kể và điểm tương đương thứ hai cho magiê không còn được nhận biết rõ do điện cực đã mất độ nhạy.
Tóm tắt
- Chọn loại điện cực phù hợp với loại chuẩn độ của bạn.
- Chất lượng điện cực ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng kết quả chuẩn độ.
- Bảo trì và bảo quản đúng cách có thể kéo dài tuổi thọ của điện cực.
- Thường xuyên kiểm tra hiệu suất điện cực hoặc theo dõi quá trình chuẩn độ (thời gian, bước nhảy điện thế) theo thời gian để giảm thiểu thời gian ngưng hoạt động của thiết bị.
Your knowledge take-aways
On-demand webinar: Avoid titration mistakes through best practice sensor handling
Basics of potentiometry
The present article addresses the theory, practical aspects and troubleshooting of potentiometry.
