Tracce svolte Chimica analitica

Calibrazione con standard interni

Lo standard interno, infatti, deve avere delle caratteristiche particolari: deve essere sufficientemente diverso dall’analita in modo da poter essere determinato, nel medesimo esperimento, senza interferire con l’analita stesso; deve avere un comportamento analogo all’analita, in modo che il suo comportamento rifletta quello dell’analita stesso. Questa tecnica viene impiegata prevalentemente in cromatografia. Si crea una curva di calibrazione con soluzioni a concentrazione nota a cui viene aggiunta una quantità nota di standard interno. Partendo dall’assunzione che il segnale dello standard interno subisca la stessa variazione di quello dell’analita, il loro rapporto è indipendente dalla matrice ed è costante.

Si costruisce il grafico riportando in ascissa la concentrazione dell’analita e in ordinata il rapporto tra il segnale misurato per l’analita rispetto a quello dello standard interno. Quindi si aggiunge la stessa concentrazione nota di standard interno al campione e si effettua la misura. Dal rapporto tra il segnale dell’analita nel campione e il segnale dello standard interno, tramite l’equazione della curva di calibrazione, si determina la concentrazione della specie in esame nel campione stesso.

Titolazioni argentometriche: un esempio

Le titolazioni argentometriche sono un esempio di titolazione di precipitazione. Il reagente precipitante è il nitrato d’argento (AgNO₃), disponibile sotto forma di standard primario, con le seguenti caratteristiche: purezza non inferiore al 99,9%; non deve decomporsi se conservato in condizioni normali; deve poter essere essiccato mediante riscaldamento o sottovuoto. Il titolante è una soluzione standard di AgNO₃, che è fotosensibile per cui non deve essere lavorato sotto la luce solare diretta.

Come reazione di titolazione si utilizza la formazione di un sale poco solubile di argento, AgCl, che precipita secondo questa reazione: Ag⁺ + Cl^- → AgCl. La costante K della reazione è l’inverso della solubilità, per cui la Kps di AgCl è 1.82 × 10^-10 e K è 95.49 × 10^-10 e la reazione è completa.

Nella soluzione, dove vi è l’analita da titolare, è presente un elettrodo ad argento, che è sensibile allo ione Ag⁺, ed un elettrodo di riferimento. Questi ultimi sono collegati ad un potenziometro, che analizza la variabilità di corrente, ed infine ad un registratore. Questa titolazione viene impiegata per la titolazione di alogenuri, mediante indicatori chimici.

Queste titolazioni sono: titolazione di Mohr (utilizza un indicatore di precipitazione, che forma un precipitato colorato in corrispondenza del punto equivalente), titolazione di Volhard (utilizza un indicatore di complessazione, cioè forma un complesso colorato in corrispondenza al punto equivalente), titolazione secondo Fajans (impiega un indicatore di adsorbimento, che viene adsorbito sulla superficie del precipitato in corrispondenza del punto equivalente).

Metodo secondo Mohr

Nella titolazione dello ione cloruro con AgNO₃, si utilizza come indicatore lo ione cromato (CrO₄^2-), aggiunto sotto forma di Na₂CrO₄. La reazione porta alla formazione di cromato d’argento (Ag₂CrO₄), che presenta una colorazione rossa.

Questo metodo permette la determinazione di ioni cloruro, bromuro e cianuro; il pH della soluzione deve essere basico, perché il cromato sia dissociato; per poter vedere la colorazione rossa, il titolante deve essere aggiunto in eccesso, così da creare un errore sistematico positivo, che può essere calcolato compiendo una titolazione in bianco o standardizzando AgNO₃ con NaCl standard, nelle stesse condizioni.

Valutazione dell'effetto matrice

La composizione del campione può essere alquanto complessa ed influenzare la risposta strumentale. La variazione del segnale analitico causata da tutto ciò che è presente nel campione, escluso l’analita, viene definito effetto matrice. Le cause dell’effetto matrice possono essere di tipo chimico o fisico, ad esempio complessazione dell’analita, formazione di composti “mascheranti”, variazione dell’attività, alterazione del pH, variazioni delle proprietà fisiche del mezzo.

Le matrici possono essere costituite da: soluzioni ad alte concentrazioni di soluti, miscele acqua-solvente organico, soluzioni con alto contenuto proteico, soluzioni ad elevata acidità. In spettrofotometria, l’effetto matrice si può manifestare in 3 modi:

• Interferenze spettrotrali, possono originarsi dei composti che hanno bande di assorbimento sovrapposte all’analita (es. CaOH che copre la banda d’assorbimento di Ba alla stessa lunghezza d’onda), presenza di elementi facilmente ionizzabili, oppure formazione di particelle che diffondono la radiazione;
• Interferenze chimiche costituite da fosfati e solfati che formano composti stabili poco volatili con il Calcio, da ossidi misti come quelli formati da Al e Mg;
• Interferenze fisiche dipendono dalla viscosità della soluzione e dalla velocità di aspirazione.

Determinazione della durezza dell'acqua

La durezza dell’acqua è un esempio di titolazione complessometrica. Il grado di durezza dell’acqua indica il suo carico di calcio e carbonato, con formazione di calcare (CaCO₃), che è insolubile. La determinazione della durezza può avvenire mediante una soluzione di EDTA.

Come prima cosa si deve stabilire il titolo della soluzione di EDTA: si versano 10 ml di una soluzione standard di Calcio in un becker da 250 ml; si aggiunge 10 ml di acqua distillata ed una soluzione tampone ed indicatore; si titola con EDTA fino al punto di viraggio. Si calcola il titolo di EDTA mediante la seguente formula.

Effettuato questo calcolo, si passa a determinare la durezza totale nel campione effettuando lo stesso procedimento descritto in precedenza. La durezza del campione si calcola in gradi francesi mediante questa formula. Per calcolare la durezza permanente, invece, si preleva un’aliquota di campione, la si fa bollire, e si filtra. Il filtrato viene titolato con la medesima procedura ed i medesimi calcoli. Mediante la durezza permanente, si può ricavare la durezza temporanea, sottraendo alla durezza totale, la durezza permanente.

Questa tecnica può essere impiegata per la determinazione di calcio e magnesio. Si ricorda che la durezza viene calcolata in gradi francesi, per i quali un grado francese corrisponde a 10 mg di Calcio per litro d’acqua. Conoscere la durezza dell’acqua è importante, in quanto può essere dannosa per elettrodomestici, ad esempio la lavastoviglie potrebbe non lavorare bene, oppure le tubature potrebbero essere intasate; mentre non è pericolosa per l’uomo, anzi è molto importante conoscere la concentrazione di Calcio per il bene delle ossa e di tutto l’organismo, infatti vi è una legge che vieta di abbassare la durezza sotto i 15°F, nel caso in cui si voglia installare un addolcitore.

Sensibilità di un metodo analitico

I parametri tecnici per la validazione di un metodo analitico sono: selettività, limite di rivelabilità, limite di quantificazione, linearità, precisione, accuratezza, sensibilità, recupero, robustezza, incertezza. Per sensibilità s’intende la capacità di discriminare tra piccole concentrazioni di analita.

Per poter vedere quando un metodo analitico è sensibile, si crea la curva di taratura, preparando campioni a concentrazioni note ed analizzandole con la tecnica più consona, ad esempio la spettrofotometria. Una volta identificata la tecnica, si crea un grafico, il grafico di calibrazione appunto, nel quale si mette sull’asse delle X la concentrazione dei campioni e sull’asse delle Y l’assorbanza. La pendenza della retta mi indica la sensibilità; per cui se ho due rette con pendenze diverse, si deve studiare l’equazione della retta. L’equazione della retta, infatti, mi indica quella più o meno pendente, valutando il valore m, che può essere anche calcolato mediante metodo grafico e la seguente formula.

Analisi gravimetrica

L’analisi gravimetrica viene considerata un’analisi “classica”, poiché l’analita viene convertito per l’aggiunta di un opportuno agente precipitante in un precipitato scarsamente solubile, che viene isolato e pesato. Per poter effettuare la pesata del precipitato ottenuto si possono utilizzare bilance analitiche, con elevata sensibilità e alta risoluzione, oppure tecniche, impiegate per pesare quantità relativamente grandi senza aver bisogno di elevata risoluzione ma di un’alta portata. Per poter effettuare l’analisi gravimetrica, un reagente deve essere specifico, o almeno selettivo, per l’analita.

Si deve far attenzione ad eventuali interferenti, che potrebbero precipitare con o al posto dell’analita stesso, per cui tali sostanze devono essere eliminate o inattivate prima dell’inizio dell’analisi. Un precipitato adatto per un’analisi gravimetrica dovrebbe avere: bassa solubilità, facile filtrabilità, elevata purezza, composizione chimica costante e ben definita.

I precipitati, quindi, possono essere:

• Microcristallini (formati da particelle di grosse dimensioni, sedimentano facilmente, sono facili da filtrare e da lavare, sono di elevata purezza),
• Colloidali (formati da particelle di piccole dimensioni, non sedimentano, sono difficilmente filtrabili e lavabili, tendono a trattenere delle quantità di impurezze nonostante il lavaggio).

Delle tecniche che possono essere impiegate per la riduzione delle impurezze nel precipitato sono: riprecipitazione, che prevede il lavaggio, la ridissoluzione e riprecipitazione del primo precipitato, in quando si assiste ad una diminuzione dell’effetto di coprecipitazione; mascheramento, che consiste nell’aggiunta di additivi particolari in grado di mantenere le impurezze in soluzione evitando la coprecipitazione.

Per poter vedere il grado di sovrasaturazione, si può utilizzare la tecnica della precipitazione omogenea, che prevede la formazione dell’agente precipitante direttamente all’interno della soluzione. Un altro fattore importante è che il precipitato sia a composizione costante e definita, per cui, prima di procedere alla pesata, si può essiccare (eliminazione dell’acqua o altro solvente presente in soluzione) o calcinare (conversione del precipitato in un prodotto stabile e composizione definita).