محلول استاندارد چیست؟

در شیمی، محلول استاندارد محلولی است که با حل کردن یک ماده حل شونده با جرم مشخص در یک حجم مشخصی از حلال به دست می آید.  این محلول ها معمولا با حل کردن یک محلول با جرم شناخته شده در یک حلال به حجم دقیق یا با رقیق کردن محلولی با غلظت مشخص با حلال بیشتر تهیه می شوند. آنها باید خلوص بالایی (معمولا بالای 99.9%) داشته باشند. به اندازه کافی پایدارند که می توان غلظت آن را پس از مدت زمان طولانی نگهداری به دقت زیاد اندازه گیری کرد. به طور کلی نقش مهمی در تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی و فرایندهای تولید دارند. آزمایش های خلوص و آزمایش های واکنش شیمیایی، مانند خنثی سازی اسید-باز به یک محلول استاندارد نیاز دارند. همچنین می توان از آنها برای کنترل کیفیت محصولات تولید انبوه و آزمایش آلودگی بر اساس یک آستانه خاص استفاده کرد. در ادامه به بررسی دقیق تر آن می پردازیم.

محلول استاندارد چیست؟

محلول استاندارد در واقع یک محلول شیمیایی است که از یک استاندارد اولیه تهیه شده و غلظت آن مشخص است. معمولا دارای جرم مولی بالایی است که می توان آن را برای مقایسه با دقت اندازه گیری کرد. همچنین باید از درجه خلوص، پایداری و حلالیت در آب بالایی برخوردار باشد. این محلول با توجه به نیاز شما با حجم ثابت اندازه گیری می شود. برای تهیه آن، به یک ترازوی دقیق نیاز دارید که به درستی در سطح میلی گرم کالیبره شده باشد. همچنین به یک سیلندر مدرج نیاز دارید که بتواند کسری از میلی گرم را اندازه گیری کند.

ساخت آن نیازمند توجه به زیادی است که از هرگونه خطر آلودگی که می تواند دقت غلظت را کاهش دهد، جلوگیری شود. به همین دلیل در مراحل آماده سازی از ظروف شیشه ای با دقت بالا مانند فلاسک حجمی، پیپت حجمی، میکروپیپت و غیره استفاده می کنند. حلال مورد استفاده نیز باید خالص باشد و به راحتی بتواند محلول را در محلول همگن حل کند.

خصوصیات محلول استاندارد:

این محلول ها می توانند از هر ترکیب محلول و حلال تشکیل شود. اگر غلظت دقیق آن مشخص باشد. آب معمولا به عنوان حلال استفاده می شود. به یاد داشته باشید که همه محلول های استاندارد را نمی توان به صورت آماده تهیه کرد. در ادامه به بررسی ویژگی های آن می پردازیم:

• سطح خلوص بالا: هیچ ماده خارجی دیگری نباید در محلول وجود داشته باشد یا حداقل ناخالصی های آن ناچیز باشد. زمانی که به اندازه گیری های دقیق نیاز دارید، بسیار مهم است.
• غیر واکنش پذیر با آب و هوا: نباید با هوا یا آب واکنش دهد، زیرا تغییر ماهیت می دهد و به نتایج دلخواه دست نخواهید یافت.
• حلالیت: برای دستیابی به مولاریته لازم، ماده حل شده باید به طور معقولی در آب محلول باشد. این نباید به سادگی به عنوان یک سوسپانسیون عمل کند که با رسوب جامد ته نشین می شود.

خاصیت غیر هیگروسکوپی، بدان معناست که املاح رطوبت هوا را جذب نمی کند. بنابراین وزن آن را می توان در یک محدوده دقیق حفظ کرد، حتی اگر رطوبت در نوسان باشد.

انواع محلول های استاندارد:

این محلول ها را می توان بر اساس نوع آنالیت مورد استفاده برای تهیه آنها دسته بندی کرد. این استانداردهای تحلیلی می توانند یک استاندارد اولیه یا ثانویه باشند.

محلول استاندارد اولیه چیست؟

نوعی معرف است که درجه خلوص بالایی دارد. غلظت آن بسیار دقیق است که غلظت مولی املاح را منعکس می کند. حالت خالص آن به این معنی است که می توانید نسبت جرم به حجم را با دقت بالایی اندازه گیری کنید. جدای از سطح خلوص بالای آن که معمولا بیش از 99 درصد است، ماده حل شده پایدار است و نسبت به هوا و آب واکنشی ندارد. تمام مواد به دلیل ناپایداری شیمیایی نسبی آنها برای بخشی از یک محلول استاندارد مناسب نیستند. این نوع می تواند برای کالیبره کردن محلول ثانویه نیز استفاده شود. چند نمونه از آنها شامل موارد زیر است.

کلرید سدیم، به عنوان محلول اولیه برای واکنش های مربوط به نیترات نقره استفاده می شود. پتاسیم هیدروژن فتالات، برای کالیبره کردن اسید پرکلریک و اسید استیک به عنوان محلول های استاندارد استفاده می شود.

محلول استاندارد ثانویه چیست؟

محلول های استاندارد ثانویه به اندازه محلول های استاندارد اولیه خالص یا پایدار نیستند. آنها ممکن است کمی با آب و هوا واکنش دهند. همچنین رطوبت سنجی هستند و این بدین معنی است که ممکن است قبل از وزن کردن نیاز به کالیبره شدن داشته باشند. از آنها برای موارد زیر استفاده می کنند:

• تیتراسیون اسید و باز
• تیتراسیون های احیا-اکسیداسیون
• تیتراسیون های کمپلکسومتری

تفاوت محلول استاندارد اولیه و ثانویه:

در جدول زیر تفاوت این دو را مشاهده می نمایید:

ویژگی	محلول اولیه	محلول ثانویه
خلوص	بسیار بالا 99.9%+	کمتر از استاندارد اولیه
پایداری	پایدار در برابر هوا و رطوبت	ممکن است ناپایدار باشد
تهیه غلظت دقیق	مستقیم با وزن کردن	نیاز به تیتر شدن با استاندارد اولیه
مثال ها	سدیم کربنات، اگزالیک اسید	NaOH، HCl، KMnO4

روش تهیه محلول استاندارد:

برای تهیه آن ابتدا باید یک املاح استاندارد را بر اساس غلظت مولی مورد نظر تهیه کنید. سپس باید محلول وزن مخصوص، pH را در حجم خاصی از حلال حل کنید. شما می توانید غلظت را با استفاده از پارامترهایی مانند سطح طیف سنجی و تست های سنجش اندازه گیری و تنظیم کنید.

تهیه آن فرایندی مهم در آزمایش های شیمیایی است. از این رو برای تعیین غلظت دقیق یک ماده به کار می رود. معمولا با استفاده از مواد با خلوص بالا و تجهیزات دقیق آزمایشگاهی مانند بورت، پیپت، بالن ژوژه، کریستالیزور و پوآر تهیه می شوند. بالن ژوژه برای تنظیم دقیق حجم، کریستالیزور برای خالص سازی مواد اولیه و پوآر برای اندازه گیری دقیق مایعات به کار می رود.

مراحل تهیه شامل وزن کردن دقیق مواد، حل کردن آن در مقدار مشخصی از حلال و تنظیم حجم نهایی در بالن ژوژه است. رعایت دقت در این مراحل اهمیت بالایی دارد، زیرا کوچک ترین خطا می تواند باعث تغییر در نتایج آزمایش شود. استفاده از ابزارهای اندازه گیری دقیق، آب مقطر و مواد اولیه با خلوص بالا، از جمله مواردی هستند که بر دقت این محلول تاثیر می گذارند.

در نهایت، رعایت نکات ایمنی و روش های استاندارد در تهیه این محلول ها اهمیت بالایی دارد. ظروف باید تمیز  باشند و از روش های صحیح برای حل کردن و رقیق سازی مواد استفاده شود. تهیه دقیق آن باعث بهبود دقت آزمایش های شیمیایی و افزایش صحت نتایج می شود.

نقش تجهیزات آزمایشگاهی در تهیه محلول استاندارد:

برای تهیه این محلول، استفاده از ابزارهای مناسب و استاندارد از اهمیت بالایی برخوردار است. بالن ژوژه، کریستالیزور و پوآر از جمله تجهیزاتی هستند که در این فرایند نقش مهمی دارند. در ادامه به بررسی آنها می پردازیم.

اهمیت استفاده از بالن ژوژه:

این تجهیز برای تهیه محلول های با غلظت مشخص استفاده می شود. در واقع در فراینده تهیه آن، پس از وزن کردن دقیق ماده و حل کردن آن، محلول به بالن ژوژه منتقل می شود. در نتیجه حجم نهایی با دقت تا خط نشانه تنظیم می شود. این ابزار از رایج ترین وسایل برای استانداردسازی محلول هاست.

اهمیت کریستالیزور در خالص سازی مواد اولیه:

کریستالیزور ظرف شیشه ای با دیواره های بلند و مقاوم است که در فرایند تبلور برای خالص سازی مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. بسیاری از مواد شیمیایی مورد استفاده در محلول های استاندارد ممکن است ناخالصی داشته باشند. برای دستیابی به بالاترین دقت، این مواد باید خالص سازی شوند. کریستالیزور در فرایندهایی مانند تبخیر تدریجی حلال یا رسوب گیری کنترل شده به کار می رود تا ماده ای با خلوص بالا برای استفاده در محلول های استاندارد به دست آید.

نقش پوآر در انتقال دقیق مایعات:

پوآر ابزاری لاستیکی است که برای مکش و انتقال مایعات به پیپت ها و سایر ظروف حجم سنجی استفاده می شود. هنگام تهیه این محلول، دقت در اندازه گیری مایعات بسیار مهم است. استفاده از پوآر در کنار پیپت به جلوگیری از تماس مستقیم دهان با مواد شیمیایی و همچنین انتقال دقیق و ایمن محلول ها کمک می کند. این وسیله به ویژه در آزمایشگاه هایی که نیاز به تکرار پذیری و دقت بالا دارند، نقش مهمی دارد.

محلول استاندارد در اسپکتروفتومتری چیست؟

در اسپکتروفتومتری، این محلول به محلولی گفته می شود که غلظت مشخص و دقیقی از یک ماده مورد نظر را دارد و برای کالیبراسیون، رسم منحنی استاندارد و اندازه گیری غلظت نمونه های مجهول استفاده می شود. این محلول ها معمولا از مواد با خلوص بالا تهیه می شوند و باید در شرایطی نگهداری شوند که پایداری آنها حفظ شود.

اسپکتروفتومتری بر اساس میزان جذب یا عبور نور از یک محلول در یک طول موج مشخص کار می کند. برای اینکه بتوان غلظت یک ماده ناشناخته را تعیین کرد، ابتدا باید یک سری محلول استاندارد با غلظت های معلوم از آن ماده تهیه شود. این محلول های استاندارد، معمولا شامل چندین غلظت مختلف هستند. محلولی که در اسپکتروفتومتری استفاده می شود باید خلوص بالا، پایداری، طول موج مناسب، شفافیت و عدم آلودگی داشته باشد. برای مثال محلول دی کرومات پتاسیم، سولفات مس و نیترات پتاسیم می توانند مثال هایی برای آن باشند.

جمع بندی:

محلول استاندارد، محلولی با غلظت دقیق و مشخص است که در آزمایش های شیمیایی و کنترل کیفیت مورد استفاده قرار می گیرد. این محلول ها از موادی با خلوص بالا تهیه شدند که در برابر عوامل محیطی پایدار هستند. محلول های استاندارد به دو دسته اولیه و ثانویه تقسیم می شوند. برای تهیه آن از ابزارهایی مانند بالن ژوژه، کریستالیزور و پوآر استفاده می شود تا دقت اندازه گیری حفظ شود. این محلول ها در تیتراسیون، اسپکتروفتومتری و غیره کاربرد دارد. استفاده از این محلول ها در آزمایش های شیمیایی باعث افزایش دقت و صحت نتایج شده و نقش مهمی در فرایندهای تحلیلی و صنعتی ایفا می کند.