分析化學中容量分析的基礎滴定

滴定 (Titration / Volumetric analysis) 無疑在現今的分析化學領域中仍扮演著舉足輕重的角色，其原因不外乎經濟、快速與準確，因此，各國藥典(USP、EP、BP等)、ISO、ASTM等組織無不將滴定相關方法與規範列入標準以做為分析工作者的參考依據。

Part.1 標準溶液 vs. 容量標準品 (Volumetric solution vs. Volumetric standards)

正因為滴定相關規範已趨完善，對於實驗室品質的相關稽核時滴定的流程往往被列入查核重點，面對稽核時，關於試劑的要求，常見的問題不外乎：

1.標準溶液追溯性

2.未開封標準溶液力價 (Titer) 與相關文件佐證 (一般而言為CoA)

3.CoA 格式

4.開封標準溶液穩定性測試

理論上，前兩項要求在一般市售商品都不難達到，唯有 “自行配置” 使用者需備齊相關文件以供查核。第三項要求雖非必要，但是以現今實驗室品質管理日趨熱門的態勢下，ISO 17025 所代表的是實驗室分析能力認證，也代表的是商品品質的保證。Merck Titripur® 標準溶液品管皆由ISO 17025 認證實驗室完成並提供相關報告。

第四項問題較大，產品開封後的穩定性評估！默克常收到來電，要求提供相關產品開封後可以保存多久的聲明書，然而，就稽核的角度來看，廠商聲明書是不具意義的，其原因不外乎不同使用者的操作環境、習慣、儲存條件大不相同，而這些因素都是造成開封後標準溶液不穩定的因素，提供廠商聲明書做為佐證無疑告知稽核老師實驗室沒有作相關評估……而這往往會被認定為實驗室品質管理的缺失，不可不慎。

 

標準溶液穩定性評估期間的一切資料都需文件化，以下建議可列為參考：

1.Who-when-what-why _ 以上資訊皆需文件化

2.以原子筆記錄 _ 使用鉛筆比較容易受質疑

3.所有文件都需簽名並標記日期

4.清楚且有組織的書寫

其次，標準溶液穩定性評估唯有使用正確的容量標準品，經常發生的錯誤是誤用 “試藥”取代 “標準品”，e.g.氯化鈉是常見的試藥，但氯化鈉同時也可做為標定硝酸銀標準溶液的容量標準品，常見使用者誤用試藥級氯化鈉進行標定卻在稽核時無法提供合適的文件而不被承認，其原因在於試藥級CoA格式與標準品CoA格式截然不同所致！

此外，容量標準品的操作也要非常小心，常見錯誤是忽略了前處理步驟! “乾燥”是容量標準品使用前的重要前處理步驟，其原因在於絕大多數的容量標準品都有 “吸水”的能力，所吸附的水分若沒有經過前處理會造成量測上的誤差，而處理的步驟不外乎 “烘乾”與 “真空乾燥”，詳細的步驟應參考容量標準品所檢附的CoA為準。

默克提供相當完整的容量標準品，全產品以Certipur® 作為註冊商標以區隔一般試藥，無論您是遵循美國藥典或歐洲藥典，Merck Certipur®二級認證標準品都將是您最佳的選擇。

 

Part.2 標準溶液的選擇 – 自行配製篇

我們知道，標準溶液 (Volumetric solution) 對於滴定分析結果正確性扮演著舉足輕重的角色，那一般使用者如何取得高品質的標準溶液呢？途徑不外乎以下兩種：

1. 自行配置

2. 直接購買已配置好的標準溶液

這兩種途徑各有甚麼細節是使用者需要注意的呢?以下的資訊可提供使用者做為選擇時的參考！

自行配置時的考量，簡單來說就是掌握 “試藥選擇”、“配製細節”、“品管追溯”與“包材評估”四大原則：

• 試藥等級的選擇 – 最低要求ACS等級，以默克產品為例，請至少選擇Emsure®、Emparta®等級！
• 標準溶液為水溶液時需使用純水，ASTM type 1 Reagent Grade Water為建議的等級，以默克產品為例，建議使用Milli®-Q type 1等級，一勞永逸。
• 鹼性標準溶液的配置需特別注意CO2 free water這項要求，其原因在於標準溶液穩定性的考量，這也是為什麼一般稽核時會將標準溶液開封後穩定性評估列為重點的原因。
• 酸鹼標準溶液的配置還需考量配製時試劑的放熱反應，最後定容務必靜置溶液冷卻至室溫才可進行，過程中需留意環境汙染。
• 配置與品管紀錄需留存備查。
• 標準溶液力價標定所使用的標準品需符合追溯性，相關注意事項請參閱前一篇文章分享。
• 最後，保存標準溶液所使用容器的品質與材質需慎選以確保試劑的穩定性。

註 : 標準溶液的穩定性除了與試劑本身特性有關外，配製細節、使用習慣、保存容器等因素常是造成標準溶液力價“飄移”的主要原因。

總結來說，使用者自行配置標準溶液若能把握以上原則，也可視為一種較 “經濟”的標準溶液取得模式！

當然，不同類型實驗室會依據需求或人力配置等因素而有不同的選擇，簡單來說就是將上述這些惱人的準備工作 “委外”，也就是直接購買已配置好的標準溶液，如此，使用者只需依據實驗室所遵循的內部或外部規範進行相關評估即可 e.g. 產品開封後穩定性評估。

 

Part.3 標準溶液的選擇 – 直接購買篇

基於實驗室品質管理概念的導入與執行，直接購買配置好的標準溶液已成趨勢，考量不外乎是節省時間與人力的成本。因此，市售商品也如雨後春筍般的出現，提供使用者更多元的選擇！然而，使用者在選擇上有任何需考量的細節嗎？

標準溶液的四大考量，“試藥選擇”、“配製細節”、“品管追溯”與“包材評估”，這四部分在市售商品中也必須被列入思考，以下就以默克滴定產品線 Titripur®作為範例進行解說。

 

試藥選擇：

Merck Titripur® 配製原料的選擇 : 默克在化學試劑領域一貫的堅持一直都是 “批次”一致性，乍聽之下好像口號，但其背後所代表的意義卻是對原始物料的嚴格管控，眾所皆知的Emsure®試藥等級比起一般國際規範(e.g. ACS、ISO、Reag. Ph Eur)要更加嚴格，其目的就在於減少無謂的 “再製”風險，在生產製程管控上也能減少不確定性。

• 配製細節：

環境與配製流程的嚴格控管是要求品質一致最低的標準，最適批次量的訂定有賴長期生產經驗的累積，而這也是一般實驗室小量配置較難以達到的目標。

• 品管追溯：

賣瓜說瓜甜，這無異是一般人對產品品質的基本質疑，因此， “認證”已經是消費大眾普遍接受的觀念，經由第三方稽核取得的認證無疑對於產品品質作出保證，QC實驗室的能力認證取得長期以來一直是默克所追求的目標，ISO 17025 認證的完成無疑帶給消費者更透明的產品資訊，Merck Titripur®全系列標準溶液產品提供透明的追溯資訊，品管作業也是由獨立認證ISO 17025 實驗室完成並出據相關文件。

• 包材評估：

品管再精準的標準溶液若沒有合適的包裝材料其穩定性是堪慮的。一般而言，產品效期 (min. shelf life) 的評估是供貨廠商就所訂定的產品規格為依據，逐一檢視在效期內各項規格是否超出規範，也就是說，效期內產品的各項規格是獲得保證的，但前提是產品必須是維持在 “未開封”狀態。這也是為甚麼稽核老師會要求使用者提出 “開封”穩定性評估相關資料的主要原因，其目的在於要求使用者必須了解標準溶液在不同環境、不同儀器參數、不同操作習慣等因素下其穩定性(力價)是會有差異的，而這些差異是會造成最終量測結果的誤差的。

Part.4標準溶液的選擇 – 包材選擇篇

包材對於標準溶液的穩定性扮演著關鍵的角色，而這也是自行配置標準溶液最大的“痛”，明明標定好的標準溶液，怎麼要用的時候力價”跑”掉了？

一般而言，“陰涼、乾燥、避光”是化學試劑保存的不二法門，標準溶液也不例外，常見的包裝材質不外乎 “塑膠”與 “玻璃”兩種，選擇上則要依據標準溶液的化學性質而定，多數標準溶液都非常適合保存於塑膠瓶中，但是也有例外，e.g. 碘標準溶液、非水滴定用的過氯酸等，由於其化學特性的緣故，必須置於玻璃瓶中， 因此，為求穩定性，包材材質固然重要，包材品質更是關鍵。其原因如下：

●鹼性溶液與EDTA溶液會腐蝕玻璃

●CO2與O2對塑膠材質是有穿透性的

●非水標準溶液中的有機溶劑會擴散出塑膠材質容器

●非水標準溶液中的有機溶劑會將塑膠材質容器中的塑化劑溶出

●硝酸銀標準溶液遇光會分解

諸如此類的相關因素都會造成標準溶液的不穩定性，其他如溫度、試藥等級、標準品等級等因素也都可能是造成標準溶液不穩定的元凶。對於包材的評估方法無他，唯有經過長期的穩定性測試藉以累積足夠的資訊後才有科學上的依據，而這也是為何市售商品必須將Min. shelf life (MSL)揭露於CoA中，讓使用者能充分了解產品的相關資訊。

 

以下就以Merck Titripur®產品線為例，多樣的包裝提供使用者依據工作型態自由選擇：

1.Titrisol® _ 濃縮液劑型

與一般RTU (Ready-to-Use)包裝不同，高濃縮標準溶液包裝於塑膠或玻璃Ampoule中，使用前須先定容至標示體積就可得到固定濃度的標準溶液，優點是包裝體積小、高濃度試劑在此類型包裝中的穩定性佳，一般而言，產品效期可以達到5年，此類型產品對於穩定性不佳的標準溶液非常合適，e.g. 硫酸亞鐵銨溶液 (Ammonium iron (II) sulfate solution / Iron(II) ammonium sulfate solution)，經常檢測COD的朋友對此標準溶液一定不陌生，撇開配置的困難不說，對於她的不穩定性感受必定深刻，此時，Titrisol®濃縮標準液或許就是ㄧ個可思考的方向。濃縮標準液當然也有其缺點，對於認證實驗室而言，濃縮液與RTU標準溶液的主要不同在於使用者多了一道 “稀釋”的流程，而稀釋流程的量測不確定度 (Uncertainty)就有賴使用者自行評估以符合稽核的要求。

 

2.Titripur® _ RTU solution 隨開即用型

經 ISO 17025 認證實驗室品管的標準溶液，包裝多樣化，500ML 瓶裝 ~ 25L桶裝，各式常用包裝一應俱全，搭配轉接頭可直接連結於一般市售半自動、自動滴定儀，是目前最為使用者接受的包裝，優點是對於分析種類繁多，需要多樣性標準溶液的使用者而言，不再需要為了配製各種標準溶液而必須購買大量化學藥品，而化學品開封的穩定性測試又往往是實驗室稽核的重點，徒增困擾。雖然，RTU solution開封後的穩定性測試也是稽核重點，但執行上 (力價標定 _ titer determination) 已經有明確規定，也詳列於各式法規中，反之一般化學藥品開封後的穩定性評估方法雖然也有相關方法可參考，但是，以ACS等級試藥為例，其規格要求動則10多項，以分析角度來看並不困難，但似乎不符合經濟效益。這也是為甚麼市售標準溶液的需求愈來愈多的原因。

 

3.Titripac® _ 魔術盒，值得信任的穩定包材

4L，10L 兩種包裝，對於需求單純、用量大的使用者的最佳選擇。外包裝為紙盒包裝，內裝採用可撓式內袋並內建水龍頭，可完全阻隔CO2、空氣與微生物的汙染，標準溶液在效期內可獲得絕佳的保障，兩種轉接頭可供索取，可搭配於Mettler、Metrohm 自動滴定儀上使用，徹底阻絕外界干擾，此外，在使用完畢後的廢棄物處理上也能達到 “最少化”。令人驚艷的穩定性 -由於Titripac®的特殊包材設計概念為完全阻隔 “汙染”因子，開封後標準溶液的力價穩定性獲得證實，可有效降低使用者對於開封後標準溶液 “力價”標定的頻率。 (下圖)

你/妳今天滴定了嗎？滴定相關工作可以不必那麼繁瑣，就讓Titripur®為您處理滴定的大小事！

番外篇 你的標準溶液(Volumetric solution)保護了嗎？

在前幾篇的文章裡（連結請見文末）我們介紹到，在滴定實驗中，標準溶液可以說是一個非常重要的因素，除了之前介紹的配製方法、直接購買法、甚至是包材的選擇外，當我們開始使用標準溶液時，維持其穩定性及準確度就是最重要的關鍵了。

在實驗室裡，常見到的滴定裝置不外乎「玻璃滴定管」、「半自動數位滴定管」與「自動電位差滴定儀」，後面兩者的廠商多半有配備「乾燥吸附管」這項配件；然而，「乾燥吸附管」這名詞就常常造成使用者的誤解，總覺得應該＂塞＂一些乾燥劑進這空管中以避免環境中的水氣進入標準溶液中進而影響實驗的準確性。

在執行＂塞＂這動作之前請先了解您目前是使用何種標準溶液？簡單來說，若您是執行「非水」滴定，這個動作基本上沒有任何問題，乾燥劑的確可以保護您的標準溶液不受外界水氣干擾，帶有指示劑的乾燥劑會是您最佳選擇，以默克產品為例：

105734 Molecular sieve 0.3 nm beads w/ moisture indicator，

105739 Molecular sieve 0.4 nm beads w/moisture indicator，

101969 Silica gel with indicator (orange gel), granulate ,等都是很好的選擇。

但是，當所使用的標準溶液是水溶液，如 HCl 1N solution，您＂塞＂進的乾燥劑固然可以避免外界水氣的侵入，但，她同時也不斷的吸附您標準溶液中的「水」，長此下來，標準溶液力價的改變是可以預期的，過度的保護反而是實驗量測不確定度的來源，不可不慎！

了解各種「標準溶液」的不安定性採取適度的保護措施才是王道，如常用的鹼性標準溶液，其不安定性主要來自空氣中的CO2，阻隔CO2才能維持鹼性標準溶液的穩定性，此時，乾燥管中建議充填可吸附CO2的吸附劑，以默克產品為例：

101564 Sodium hydroxide on support granulated about 1.6-3 mm，

101567 Sodium hydroxide on support granulated about 0.8-1.6 mm會是您最佳的幫手。

更多產品請參考：https://goo.gl/2MdMn0

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