POTENTIOMETRIE DIRECTA - Determinarea continutului de fluorura din pasta de dinti folosind electrozi ion-selectivi

POTENTIOMETRIE DIRECTA

Determinarea continutului de fluorura din pasta de dinti folosind electrozi ion-selectivi

Metodele potentiometrice permit determinarea concentratiei ionilor fie prin determinarea valorii potentialului, fie in urma variatiei de potential a unui electrod indicator adecvat. Potentialul depinde de reactia electrochimica care are loc la interfata electrodului, de natura si activitatea speciilor ionice prezente in solutie, precum si de natura electrodului.

Masurarea directa a potentialului unui electrod nu este posibila. Astfel potentialul acestuia se determina intr-o celula electrochimica, alcatuita dintr-un un electrod indicator si un electrod de referinta (caracterizat de un potential constant).

Potentiometria poate fi directa sau indirecta:

1. Potentiometria directa este bazata pe relatia directa dintre potentialul electrozilor si activitatea ionilor din solutie (ecuatia lui Nernst).

2. Potentiometria indirecta sau titrarea potentiometrica se bazeaza pe variatia potentialului in functie de volumul de solutie titranta adaugat. In acest caz reactia de titrare trebuie sa fie rapida si completa.

Dozarea ionului fluorura se realizeaza prin potentiometrie directa cu ajutorului unui electrod ion-selectiv pentru fluoruri (electrod membrana solida de fluorura de lantan). Determinarile se realizeaza pe baza valorii potentialului celulei electrochimice formate dintre electrodul ion-selectiv si electrodul de referinta  Ag/AgCl (3M KCl).

Toate solutiile analizate trebuie sa aiba aceeasi forta ionica, aceasta realizandu-se prin utilizarea unei solutii tampon de ajustare a fortei ionice totale (acid acetic glacial, clorura de sodiu si acid ciclohexilaminodinitrilotetraacetic, pH=5). Utilizarea unei astfel de solutii tampon in determinarile potentiometrice directe are rolul de a creste si uniformiza forta ionica a tuturor solutiilor analizate (atat a solutiilor de calibrare, cat si a solutiilor proba) si de a masca majoritatea interferentilor din solutiile proba (in cazul probelor de pasta de de dinti in special ionii Al³⁺). Totodata, la pH-ul creat de aceasta solutie tampon specia predominanta din compusii fluorurati este F^-.

Mod de lucru:

Prepararea solutiei tampon de ajustare a fortei ionice totale (TISAB - Total Ionic Strenght Adjustment Buffer)

Intr-un balon cotat de 250 mL se amesteca sub agitare 14,25 mL acid acetic glacial, 14,5 g NaCl, 1 g acid ciclohexilaminodinitrilotetraacetic (CDTA) si 125 mL apa distilata. Dupa racire se va ajusta pH-ul la 5-5,5 cu ajutorul unei solutii NaOH 6M si se va completa la semn cu apa distilata.

Prepararea solutiilor standard pentru calibrare

Pornind de la o solutie stoc de fluorura 25 ppm se vor prepara prin diluare cate 25 mL din solutiile standard de calibrare 0,5; 1; 2,5; 4 si 5 ppm F^-. In baloane cotate de 25mL, se vor masura volumele corespunzatoare fiecarei concentratii din solutia stoc fluorura, se vor adauga 10 mL solutie TISAB si se va completa la semn cu apa distilata.

Prepararea solutiei proba din pasta de dinti

Cu ajutorul unei balante analitice se vor cantari 0,0500 g pasta de dinti intr-un pahar Berzelius. Se vor adauga 10 mL solutie TISAB si se va mentine pe baia de apa timp de 30-45 minute sub agitare. Dupa racire, suspensia se va trasfera cantitativ intr-un balon cotat de 25 mL si se va completa la semn cu apa distilata.

ATENTIE! TOATE DATELE SI OBSERVATIILE VOR FI TRECUTE SI IN CAIETELE DE LABORATOR!

Masurarea potentialelor solutiilor standard si a solutiei proba

Pentru determinarea potentialului se va utiliza un pH/potentiometru CONSORT C830 (Figura 1). Dupa pornirea aparatului de la butonul ON/OFF se va apasa pe butonul MODE o singura data pentru a selecta scala de potential.

Electrodul ion-selectiv de F^- (Figura 2) si cel de referinta (Ag/AgCl, 3M KCl) se vor spala cu apa distilata (cu ajutorul unei pisete), se vor usca prin tamponare usoara cu ajutorul unei hartii de filtru si apoi se vor imersa in paharul Berzelius care contine prima solutie standard (0,5 ppm F^-). Determinarile se realizeaza sub agitare cu ajutorul unui agitator magnetic. Dupa stabilizarea potentialului se va nota valoarea obtinuta. Procedeul se va repeta pentru celelalte solutii standard si pentru solutia proba.

ATENTIE! Dupa fiecare utilizare ambii electrozi se vor spala cu apa distilata si se vor usca cu ajutorul hartiei de filtru.

Calcularea pe baza rezultatelor obtinute a concentratiei F^- din pasta de dinti

Rezultatele obtinute se vor trece intr-un tabel si se va reprezenta grafic valoarea potentialului in functie de -log(conc F^-), concentratia fiind exprimata in ppm, adica µg/mL, ca in modelul de mai jos. Dupa trasarea dreptei de calibrare (Figura 3), utilizand ecuatia dreptei, se va determina -log(conc F^- _proba), din care se determina apoi concentratia ionilor de F^- "c" (exprimata in µg/mL) din solutia probei de pasta de dinti.

Cunoscand concentratia "c", conform calculelor de mai jos, putem afla masa x (µg) de F^- din proba noastra:

c_sol µg F^-.1 mL proba

x µg F^-.25 mL proba (volum balon cotat)

x = 25·c_sol

Cunoscand densitatea (g/mL) pastei de dinti (vezi pe cutia pastei de dinti) putem afla volumul de pasta (mL) corespunzator masei cantarite:

V_pasta = m_pasta / d

Cunoscand masa x (µg) de F^- din proba noastra si volumul pastei cantarite, putem calcula concentratia F^- din pasta de dinti:

m_pasta (g) V _pasta (mL). x µg F^-

1 mL pasta de dinti.C_pasta µg F^-

C_pasta = x / V _pasta (µg/mL sau ppm)

Calculele se vor efectua automat in fisierul "fluoruri lp.xls" prin completarea cu valorile obtinute a urmatoarelor campuri: Potential solutii standard F^-(mV), Potential solutie proba(mV), vol balon proba(mL), masa pasta de dinti cantarita(g), densitate pasta(g/mL). Rezultatul final va fi calculat in campul conc F^- din pasta (µg/mL sau ppm).

Rezultatul obtinut se compara cu valoarea declarata pe ambalaj.

Tabel 1. Exemplu de valori obtinute in urma determinarilor solutiilor standard

Figura . Exemplu de dreapta de calibrare obtinuta pentru o serie de solutii standard de fluorura pe domeniul de concentratii 0,5 - 5 ppm