
滴定(滴定法[ 1 ]および容量分析法とも呼ばれる)は、特定された分析対象物(分析される物質)の濃度を決定するための一般的な定量化学分析法です。滴定剤または滴定液と呼ばれる試薬[ 2 ]は、既知の濃度と容量の標準溶液として調製されます。滴定剤は、分析対象物(被滴定液[ 3 ]とも呼ばれる)の溶液と反応して、分析対象物の濃度を決定します。分析対象物と反応した滴定剤の容量は、滴定容量と呼ばれます。
「滴定」という言葉は、金貨や金銀細工に含まれる金や銀の割合、つまり純度や純度の尺度を意味するフランス語のtiltre (1543) に由来します。tiltreはtitreとなり[ 4 ]、こうして「合金金の純度」[ 5 ]を意味するようになり、その後「特定の試料中の物質の濃度」[ 6 ]を意味するようになりました。1828 年、フランスの化学者ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックはtitre を動詞 ( titrer ) として初めて使用し、「特定の試料中の物質の濃度を決定する」という意味で使いました[ 7 ] 。
容量分析は18世紀後半のフランスで始まった。フランスの化学者フランソワ=アントワーヌ=アンリ・デクロワジールは1791年に最初のビュレット(目盛付きシリンダーに似ている)を開発した。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]ゲイ=リュサックは、側管を備えた改良版のビュレットを開発し、1824年のインディゴ溶液の標準化に関する論文で「ピペット」と「ビュレット」という用語を発明した。 [ 11 ]最初の真のビュレットは、1845年にフランスの化学者エティエンヌ=オシアン・アンリ(1798~1873)によって発明された。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 容量分析法の改良と普及に大きく貢献したのはカール・フリードリヒ・モールで、彼はビュレットをシンプルで使いやすい形に再設計し、このテーマに関する最初の教科書である『Lehrbuch der chemisch-analytischen Titrirmethode 』 (分析化学滴定法の教科書)を1855年に出版した。[ 16 ] [ 17 ]
典型的な滴定は、非常に正確な量の分析対象物と少量の指示薬(フェノールフタレインなど)が入ったビーカーまたは三角フラスコを、滴定液が入った目盛りの付いたビュレットまたは化学ピペットシリンジの下に置くことから始まります。 [ 18 ]次に、滴定液の飽和閾値に反応して指示薬の色が変わるまで、少量の滴定液を分析対象物と指示薬に加えます。これは滴定の終点に達したことを意味し、2つの反応に応じて、滴定液の量が分析対象物の量と釣り合っていることを意味します。目的の終点に応じて、滴定液の1滴または1滴未満が、指示薬の永続的な変化と一時的な変化の違いを生むことがあります。分析対象物/指示薬溶液が入ったビーカーまたはフラスコは、加えた滴定液が均一に分散するように、継続的に撹拌または攪拌する必要があります。
Typical titrations require titrant and analyte to be in a liquid (solution) form. Though solids are usually dissolved into an aqueous solution, other solvents such as glacial acetic acid or ethanol are used for special purposes (as in petrochemistry, which specializes in petroleum.)[19] Concentrated analytes are often diluted to improve accuracy.
Many non-acid–base titrations require a constant pH during the reaction. Therefore, a buffer solution may be added to the titration chamber to maintain the pH.[20]
In instances where two reactants in a sample may react with the titrant and only one is the desired analyte, a separate masking solution may be added to the reaction chamber which eliminates the effect of the unwanted ion.[21]
Some reduction-oxidation (redox) reactions may require heating the sample solution and titrating while the solution is still hot to increase the reaction rate. For instance, the oxidation of some oxalate solutions requires heating to 60 °C (140 °F) to maintain a reasonable rate of reaction.[22]

A titration curve is a curve in the graph the x-coordinate of which represents the volume of titrant added since the beginning of the titration, and the y-coordinate of which represents the concentration of the analyte at the corresponding stage of the titration (in an acid–base titration, the y-coordinate usually represents the pH of the solution).[23]
In an acid–base titration, the titration curve represents the strength of the corresponding acid and base. For a strong acid and a strong base, the curve will be relatively smooth and very steep near the equivalence point. Because of this, a small change in titrant volume near the equivalence point results in a large pH change, and many indicators would be appropriate (for instance litmus, phenolphthalein or bromothymol blue).
一方の試薬が弱酸または弱塩基で、もう一方の試薬が強酸または強塩基の場合、滴定曲線は不規則になり、当量点付近では滴定剤を少量添加してもpHの変化は小さくなります。例えば、シュウ酸(弱酸)と水酸化ナトリウム(強塩基)の滴定曲線を図に示します。当量点はpH 8~10の間にあり、当量点では溶液が塩基性であることを示しており、フェノールフタレインなどの指示薬が適しています。弱塩基と強酸に対応する滴定曲線も同様の挙動を示し、当量点では溶液が酸性であり、メチルオレンジやブロモチモールブルーなどの指示薬が最も適しています。
弱酸と弱塩基の滴定では、滴定曲線が非常に不規則になります。そのため、明確な指示薬が適さない場合があり、反応を監視するためにpHメーターがよく使用されます。 [ 24 ]
曲線を表すために使用できる関数の種類は、シグモイド関数と呼ばれます。
滴定には、手順や目的が異なる様々な種類があります。最も一般的な定性滴定は、酸塩基滴定と酸化還元滴定です。

酸塩基滴定は、溶液中で酸と塩基を混合したときの、それらの間の中和反応に基づいています。試料に加えて、当量点のpH範囲を表す適切なpH指示薬が滴定チャンバーに加えられます。酸塩基指示薬は、色の変化によって滴定の終点を示します。終点と当量点は厳密には同じではありません。当量点は反応の化学量論によって決定されるのに対し、終点は指示薬の色の変化にすぎないからです。したがって、指示薬を慎重に選択することで、指示薬の誤差を減らすことができます。たとえば、当量点がpH 8.4の場合、フェノールフタレイン指示薬はアリザリンイエローの代わりに使用されます。フェノールフタレインの方が指示薬の誤差を減らすことができるからです。一般的な指示薬、その色、および色が変わるpH範囲は、上の表に示されています。[ 25 ]より正確な結果が必要な場合、または試薬が弱酸と弱塩基である場合は、pHメーターまたは導電率メーターが使用されます。
有機リチウム試薬、金属アミド、水素化物などの非常に強い塩基の場合、水は一般的に適切な溶媒ではなく、pKaが水溶液のpH変化の範囲内にある指示薬はほとんど役に立ちません。代わりに、滴定剤と指示薬ははるかに弱い酸であり、THFなどの無水溶媒が使用されます。[ 26 ] [ 27 ]

滴定中の近似pHは、3種類の計算で近似できます。滴定開始前に、は、塩基を加える前の弱酸水溶液で計算されます。加えた塩基のモル数が最初の酸のモル数と等しいとき、いわゆる当量点では、加水分解の1つとpHが、滴定された酸の共役塩基が計算されたのと同じ方法で計算されます。開始点と終了点の間では、はヘンダーソン・ハッセルバルヒの式から得られ、滴定混合物は緩衝液とみなされます。ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式では、[酸]と[塩基]は解離または加水分解があっても存在していたモル濃度であると言われています。緩衝液では、正確に計算できますが、 HAの解離、加水分解また、水の自己イオン化も考慮に入れなければならない。[ 28 ] 4つの独立した方程式を使用する必要がある。[ 29 ]
方程式では、そしては、緩衝液中で使用される酸 ( HA ) と塩 ( XA、ここで X は陽イオン)のモル数であり、溶液の体積はVです。質量作用の法則は、水のイオン化と酸の解離に適用され、最初の式と 2 番目の式が導出されます。質量バランスは 3 番目の式で使用され、その合計はそしてそれぞれ溶解した酸と塩基のモル数に等しくなければならない。電荷バランスは4番目の式で使用され、左辺は陽イオンの総電荷を表し、右辺は陰イオンの総電荷を表す。は陽イオンのモル濃度です(例えば、緩衝液を作る際に酸のナトリウム塩または水酸化ナトリウムを使用する場合はナトリウム)。[ 30 ]
酸化還元滴定は、酸化剤と還元剤の間の酸化還元反応に基づいています。滴定の終点を決定するために、通常は電位差計または酸化還元指示薬が使用されます。これは、成分の1つが酸化剤である二クロム酸カリウムである場合などです。溶液の色がオレンジから緑に変化するだけでは終点が明確ではないため、ジフェニルアミンナトリウムなどの指示薬が使用されます。[ 31 ]ワイン中の二酸化硫黄の分析には、酸化剤としてヨウ素が必要です。この場合、指示薬としてデンプンが使用されます。過剰なヨウ素が存在すると、青色のデンプン-ヨウ素複合体が形成され、終点を示します。[ 32 ]
酸化還元滴定の中には、成分の色が濃いため指示薬を必要としないものもあります。例えば、過マンガン滴定では、過剰な酸化剤である過マンガン酸カリウムの色のため、わずかにピンク色が残ることで滴定の終点が示されます。[ 33 ]ヨウ素滴定では、濃度が十分に高い場合、濃い赤褐色の三ヨウ化物イオンの消失自体を終点として使用できますが、濃度が低い場合は、三ヨウ化物と濃い青色の錯体を形成するデンプン指示薬を加えることで感度が向上します。

気相滴定とは、気相で行われる滴定であり、特に、滴定剤として作用する過剰量の他の気体との反応によって反応性種を決定する方法として用いられる。一般的な気相滴定の1つとして、気体オゾンを窒素酸化物で滴定する方法がある。反応式は次のようになる。
反応が完了した後、残った滴定剤と生成物を定量します(例えば、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)によって)。これは、元のサンプル中の分析対象物の量を決定するために使用されます。
気相滴定は、単純な分光光度法に比べていくつかの利点があります。まず、過剰滴定液と生成物の両方の測定に同じ光路長が使用されるため、測定は光路長に依存しません。次に、測定は、Beer-Lambertの法則で定義される分析対象濃度の関数としての吸光度の線形変化に依存しません。第三に、分析対象に通常使用される波長で干渉する物質を含むサンプルに有用です。[ 36 ]
錯滴定は、分析対象物と滴定剤との間に錯体が形成されることに基づいています。一般的に、分析対象物と弱い錯体を形成する特殊な錯滴定指示薬が必要です。最も一般的な例は、ヨウ素滴定の感度を高めるためにデンプン指示薬を使用することです。デンプンとヨウ素およびヨウ化物との濃い青色の錯体は、ヨウ素単独よりも見やすいです。その他の錯滴定指示薬としては、カルシウムイオンとマグネシウムイオンの滴定に使用されるエリオクロムブラックT、および溶液中の金属イオンの滴定に使用されるキレート剤EDTAがあります。[ 37 ]
ゼータ電位滴定は、コロイドなどの不均一系を特徴づけるために、指示薬ではなくゼータ電位によって完了を監視する滴定です。[ 38 ] 用途の1つは、 pHを変更したり界面活性剤を加えたりして表面電荷がゼロになる等電点を決定することです。もう1つの用途は、凝集または安定化のための最適な投与量を決定することです。[ 39 ]
アッセイは、ウイルスや細菌の濃度を測定するために使用される生物学的滴定の一種です。サンプルに対して一定の比率(1:1、1:2、1:4、1:8など)で連続希釈を行い、最後の希釈液でウイルスの存在に対する陽性反応が出なくなるまで続けます。陽性または陰性の値は、顕微鏡で感染細胞を目視で検査するか、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)などの免疫酵素測定法によって決定できます。この値は力価として知られています。[ 40 ]
終点を決定するさまざまな方法には以下が含まれます。[ 41 ]
当量点と終点という用語はしばしば同義語として使われますが、これらは異なる用語です。 当量点とは、反応が理論的に完了する点、すなわち滴定剤のモル数が分析対象物のモル数、またはその倍数(多塩基酸の場合など) に等しくなる滴定剤の添加量です。終点とは、実際に測定されるものであり、上述の指示薬または機器によって決定される溶液の物理的変化です。 [ 42 ]
滴定の終点と当量点の間にはわずかな差がある。この誤差は指示誤差と呼ばれ、不確定である。[ 43 ]
逆滴定は逆の滴定です。元のサンプルを滴定する代わりに、既知量の過剰量の標準試薬を溶液に加え、その過剰量を滴定します。逆滴定は、沈殿反応のように、逆滴定の終点が通常の滴定の終点よりも容易に特定できる場合に有用です。逆滴定は、分析対象物と滴定剤との反応が非常に遅い場合、または分析対象物が不溶性の固体である場合にも有用です。[ 44 ]
滴定プロセスでは、純粋な酸から純粋な塩基まで組成が変化する溶液が生成されます。滴定プロセスのどの段階においても、一塩基酸と塩基の場合は、pH を特定することは比較的簡単です。複数の酸または塩基グループが存在すると、これらの計算は複雑になります。平衡グラフ[ 46 ]などのグラフ法[ 45 ]は、結合した平衡の相互作用を考慮するために長年使用されてきました。

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