Onderzoeksplan
Bepaling gehalte zink
Federica Gervacio Jr (668412)
& Joshua Kabel (671710)
Amsterdam; 21/09/2021
Onderzoeksplan
Bepaling gehalte zink
Federica Gervacio Jr(668412)
& Joshua Kabel(671710)
Amsterdam, 21 September 2021
Hogeschool Inholland
Domein Agri, Food & Life Science
Chemie
Onderzoekscoach: Amar Oedit
Praktijkcoach: Lucia Baljeu-Neuman
Lijst van gebruikte afkortingen
EDTA: Ethyleendiaminetetra-azijnzuur
L: liter
m/m%: massa percentage
Mg: milligram
RI: referentie inname
VC%: Variatiecoëfficiënt percentage
Zn(II): Zink 2+
Inhoudsopgave
Lijst van gebruikte afkortingen
1.
Verantwoording ................................................................................................................... 1
2.
Probleemstelling ................................................................................................................. 1
3.
Onderzoeksmethode ........................................................................................................... 2
Theoretische deelvragen ........................................................................................................ 2
Experimentele deelvragen ...................................................................................................... 3
4.Theoretische kader ................................................................................................................. 5
4.1 Nut van zink ...................................................................................................................... 5
4.2 Titrimetrie en zijn werking ................................................................................................. 5
4.3 Het belang en werking van indicatoren ............................................................................. 6
4.4 Precisie en juistheid .......................................................................................................... 7
5.
Materiaal & Methode ........................................................................................................... 8
5.1 Materiaal........................................................................................................................... 8
5.2 Methode ........................................................................................................................... 8
7.
Tijd en fasering ..................................................................................................................11
Bijlage .......................................................................................................................................12
1. Verantwoording
Zink tabletten worden geconsumeerd door mensen met een zink tekort. Zink tabletten bevat
zink. Zink wordt niet aangemaakt in het lichaam, maar is een spoorelement. Zink is belangrijk bij
veel functies van het lichaam, zoals het gezichtsvermogen, huid, haar, nagels, concentratie,
geheugen, vruchtbaarheid en het immuunsysteemi.
Op de afdeling ‘Farmacie & lichaamsverzorging’ van het RLI (Regionaal Laboratorium
Inholland) is gevraagd om titrimetrisch het gehalte zink in tabletten te bepalen, echter is er nog
geen voorschrift aanwezig. Daarom is er een verzoek ingediend aan de kenniswerkplaats
Inholland Life Sciences & Chemistry (LSC) om een voorschrift voor het bepalen van het zink in
tabletten te ontwikkelen.
Verder werd ook gevraagd om vast te stellen of deze methode (voorschrift) op langer termijn
globaal gebruikt kan worden bij het nauwkeurig en efficiënt bepalen van het gehalte zink per
tablet, waarbij de precisie en de juistheid ook aan een bepaalde eis voldoet.
Het belang van dit onderzoek is om te kunnen concluderen of dit voorschrift geschikt is bij het
bepalen van het gehalte zink per tablet. Dit is belangrijk voor de opdrachtgever, omdat er dan
bepaald kan worden of het voorschrift aangepast moet worden. Als dit niet onderzocht wordt,
kan dit leiden tot verkeerde resultaten. Dit kan leiden tot incorrecte informatie op etiketten. Het
gevolg hiervan is dat mensen over de referentie inname (RI) heen kunnen gaan. Het RI voor
volwassen vrouwen is 7 milligram (mg) per dag. Voor volwassen mannen geldt 9 mg per dag.
Als dit voorschrift gecheckt is en goed is, dan kunnen volgende laboranten het ook benutten.
2. Probleemstelling
In hoeverre is het gevonden titrimetrische voorschrift van The University of Kentucky, geschikt
voor het bepalen van het gehalte zink waarbij de methode aan de precisie-eis van ≤ 5% voldoet;
de werkelijke concentratie van het onbekende monster binnen het betrouwbaarheidsinterval valt
en wat is het gehalte zink per tablet in massa percentage (m/m%) ?
1
3. Onderzoeksmethode
Om te kijken in hoeverre het gevonden titrimetrische voorschrift voor het bepalen van het
gehalte zink geschikt is, moeten bepaalde dingen uitgevoerd worden; Om de werkelijke titratie
uit te voeren moet de titrant waarmee er getitreerd mee wordt, eerst gesteld worden. Na dat dit
gesteld is kan het echte werk beginnen namelijk de titraties van de controle en analyse
monsters. Aan de hand van deze berekende monsters kan er gekeken worden als dit
experiment voldoet aan de gestelde eisen en natuurlijk wat het gehalte zink(m/m%) is. Dit
onderzoek wordt dus gezien als een beschrijven, evaluerend onderzoek. Beschrijvend omdat er
iets in kaart gebracht wilt worden, evaluerend omdat de onderzoekseenheid wordt onderzocht
op een bepaalde waarde.
Theoretische deelvragen
1. Wat is zink?
1.1 Wat is de gemiddelde concentratie van zink in zink tabletten?
2. Hoe werkt een titrimetrische bepaling?
2.1 Waarom moet de titrant gesteld worden?
2.2 Wat is het belang van een blanco bepaling?
2.3 Hoe wordt de concentratie van de analiet bepaald?
2.4 Wat betekent het als het equivalentiepunt bereikt is?
3. Hoe zit het complex van EDTA in elkaar?
3.1 Op welke principe berust complexometrie?
3.2 Hoe reageert zink met EDTA?
4. Wat is het belang van een indicator?
4.1 Welke indicatoren kunnen gebruikt worden bij complexometrische titraties?
5. Wanneer is een analyse monster betrouwbaar?
5.1 Wat is juistheid?
5.2 Wat is de score van de juistheid?
5.3 Aan welke eis moet de juistheid voldoen?
5.4 Wat is precisie?
5.5 Wat is de score van precisie?
5.6 Aan welke eis moet de juistheid voldoen?
Strategie: voor het beantwoorden van de deelvragen zal er gebruik gemaakt worden van
internetbronnen(literatuurlijst) en de voorschriften te vinden op moodle.
2
Experimentele deelvragen
1. Wat is de concentratie van de gestelde titer?
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Wat is de verbruikte hoeveelheid titrant om het equivalentiepunt te bereiken?
Wat is de inweeg van de zinktabletten?
Wat is de gevonden hoeveelheid zink in mol?
Wat is het m/m% van zink in?
Wat is het gevonden gehalte zink per tablet?
Strategie: eerst wordt de titer vastgesteld met een bekende concentratie Calciumcarbonaat, om
de analyse monster met de vastgestelde titer te titreren. Hierna wordt er een berekende
hoeveelheid zinktablet afgewogen en kan het getitreerd worden met de titrant. Aan de hand van
de kleuromslag kan het equivalentiepunt bepaald worden. Daarnaast kan er Vanuit het
terugrekenen van de verdunningen, het gemeten volume met de dosimat en equivalentie punt
en naar de reactieverhouding te kijken, bepaald worden wat het gehalte zink per tablet is.
2. Wat is de betrouwbaarheid van de methode van het gevonden voorschrift van de
Universiteit van Kentucky?
2.1 Wat is de werkelijke waarde van de calcium concentratie in de
controlestockoplossingen?
2.2 Valt de werkelijke waarde binnen het betrouwbaarheidsinterval?
2.3 Voldoet de methode aan de eisen van de betrouwbaarheid?
Strategie: Er worden controle monsters met allen dezelfde concentratie gemaakt. Vanuit deze
controle monsters kan er met behulp van Excel de boven en ondergrens berekend worden. Als
de werkelijke waarde van het controle monster binnen deze grenzen vallen kan er
geconcludeerd worden of deze methode juist of niet is.
3. Wat is de precisie van de methode van het gevonden voorschrift van de Universiteit van
Kentucky?
3.1 Wat is het verkregen vc%?
3.2 Voldoet de methode aan de eisen van de precisie?
Strategie: Er worden controle monsters met allen dezelfde concentratie gemaakt. Vanuit deze
controle monsters kan er met behulp van Excel een variatiecoëfficiënt% berekend worden. Aan
de hand van dit getal kan er gezegd worden of de methode precies is of niet.
3
4. In hoeverre is het voorschrift ‘Experiment 3 complexometrie titration of Zn(ll) with EDTA’
geschikt voor het bepalen van het zinkgehalte in tabletten?
Strategie: De resultaten worden nauwkeurig geanalyseerd en worden vergeleken met de
verwachtingen. Hierna kan er geëvalueerd worden als het voorschrift juist is of niet.
4
4.Theoretische kader
Uit de probleemstelling blijkt het dat er onderzocht moet worden of het gevonden voorschrift
‘Experiment 3 complexometrie titration of Zn(II) with EDTA’ van University of Kentucky voor het
bepalen van het gehalte zink per tablet met visuele eindpunt indicatie juist is. Waarbij de
juistheid en precisie ook aan een specifiek eis moet voldoen. Tijdens het uitvoeren van dit
experiment kan door middel van titrimetrie het gehalte zink per tablet bepaald worden.
Daarnaast kan er na dit experiment geconcludeerd worden of dit voorschrift juist is om op een
dagelijkse basis te gebruiken.
Het gaat hier om een beschrijvend en evaluerend onderzoek.
Het titrimetrisch bepalen van het gehalte zink per tablet valt onder in het chemische domein en
analytische chemie als thema
Uit de probleemstelling kan er gezegd worden dat de onderzoekseenheden: evaluatie van het
titrimetrische voorschrift van The University of Kentucky voor het bepalen van het gehalte zink
per tablet en als het voorschrift geschikt is.
Verder zijn de Variabelen: voldoening aan eisen van de precisie-eis van ≤ 5% en de
betrouwbaarheidsgrenzen.
De score is in procenten voor de Vc% en m/m% voor de gehalte zink.
4.1 Nut van zink
Zink is een spoorelement en nodig is bij de stofwisseling. Onder andere bij de eiwitopbouw, de
groei, het ontwikkelen van weefsels en de werking van het afweer- immuunsysteemii [2].
De zink tabletten, die worden gebruikt, hebben een samenstelling van 10 mg 100%, dus 0,1
m/m%.iii
4.2 Titrimetrie en zijn werking
Titrimetrie is een veelgebruikte laboratoriummethode voor het kwantitatief bepalen van een
geïdentificeerde analyt, maar met een onbekende concentratie. Titrimetrie wordt dus gebruikt
om achter komen wat de onbekende concentratie is. Dit wordt gedaan aan de hand van een
titratie met een bekende concentratie en hoeveelheid volume, het is van belang dat deze titrant
gesteld wordt, je hebt namelijk de exacte concentratie nodig om de analyt te bepalen. Als dit
niet het geval is, kan je ook niet achter komen wat de precieze concentratie van de analyt is.
Het volume titrant dat met de analyt reageerde, wordt het titratie volume genoemdiv. Naast dat
de titer gesteld moet worden, moet er ook een blanco uitgevoerd worden. Dit moet worden
gedaan zodat er met zekerheid gezegd kan worden dat het gewenste reactie/experiment
uitgevoerd wordt en niet een totaal andere reactie/experiment. De gewenste reactie is voldaan
wanneer het equavalentiepunt bereikt is, dit is wanneer al het toegevoegde titrant heeft
gereageerd met de analiet.
5
4.2.1 Complexometrie
Complexometrische titraties worden gebruikt om metaalionen te bepalen met behulp van
complexvormende reacties.
EDTA heeft de meeste voorwaarden om een goede complexometrische titrant te zijn. Het vormt
stabiele structuren met bijna alle metaalionen. Alle complexen hebben een 1:1 stoichiometrie.
Stoichiometrie betekent de relatie tussen de hoeveelheid van de reactanten en producten voor,
tijdens en na de reactie. De reactie is snel met de meeste metaalionen. En als laatst de
complexen zijn wateroplosbaar en kleurloos. De reactie tussen een metaalion en EDTA (H4Y)
gaat als volgt:v
Chelator en divalent kation
𝑀𝑒 𝑛+ + 𝑌 4− ↔ 𝑀𝑒𝑌 (4−𝑛)− + 4𝐻 +
4.2.2 EDTA
Figuur 1. Complex EDTA
EDTA heeft 6 stikstof en zuurstofatomen in zijn structuur, waardoor het ook 6 vrije elektronen
heeft om te binden met metaalionen. Dit geeft dus een hoge affiniteit voor metalen.
De hoge affiniteit van EDTA voor metalen is het resultaat van een zeer snelle en diffusiebeperkte gekoppeld aan een zeer lage dissociatie snelheid. Bovendien bindt EDTA met Zn2+
veel sterker dan andere gewone tweewaardige metalen zoals Mg2+ en Ca2+. EDTA zal daarom
selectief een oplossing van vrij Zn2+ uitputten, zelfs in aanwezigheid van hoge concentraties van
deze andere tweewaardige kationen.
4.3 Het belang en werking van indicatoren
Het belang van indicator bij titratie is om het eindpunt/equivalentiepunt van de titratie te
detecteren, dit wordt gedetecteerd doormiddel van een visuele (kleur)omslagpunt. Wanneer de
kleur van de oplossing verandert, geeft dit aan dat de concentratie van de chemische substantie
een kritisch bereik heeft bereikt. Deze kleurverandering is mogelijk met behulp van indicatorenvi.
Echter is er wel een verschil tussen het equivalentiepunt en eindpunt. Het equivalentiepunt is
het punt waarop het toegevoegde titrant precies heeft kunnen reageren met de analiet,
daarentegen is het eindpunt, het punt waarop er een kleuromslag plaatst vindt en dus niet
6
“precies” is maar echter persoonsgebonden is. Niet iedereen herkent een kleuromslag even
snel of even goed.
De indicatoren die worden gebruikt bij complexometrische titraties zijn organische kleurstoffen.
Ze vormen een gekleurd complex tijdens het titreren met de metaalion. Tijdens de reactie wordt
de indicator vervangen door EDTA om een meer stabiel complex te vormen met het metaal.
Wanneer de reactie klaar is, wordt een kleurverandering aanschouwd. Meest voorkomende
indicatoren zijn organische kleurstoffen zoals Fast Sulphon Black, Eriochrome Black T,
Eriochrome Red B, Patton Reeder of Murexidevii.
4.4 Precisie en juistheid
Als men over precisie spreekt dan wordt er gekeken naar hoe ver de metingen van de
controlemonsters van elkaar liggen, ook is juistheid de mate waarin de geproduceerde informatie
een correcte weergave is van de werkelijkheid.
Zo moet de Variatiecoëfficiënt% (precisie) een waarde onder de 5% hebben, als dit niet het geval
is, is de gebruikte methode niet precies. De formule luidt als volgt:
𝑉𝐶% =
𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑎𝑟𝑑𝑑𝑒𝑣𝑖𝑎𝑡𝑖𝑒
× 100%
𝑔𝑒𝑚𝑖𝑑𝑑𝑒𝑙𝑑𝑒
Daarnaast moet de juistheid ook voldoen aan een specifiek eis, de werkelijke bekende
concentraties moeten binnen een betrouwbaarheidsinterval vallen om te concluderen of de
methode juist is of niet. Deze betrouwbaarheidsinterval wordt berekend aan de hand van de
gemeten resultaten, de formule luidt als volgt: viii
Hier is:
X= gemiddelde concentratie van de controle monsters
S= de standaarddeviatie
N= aantal monsters
7
5. Materiaal & Methode
5.1 Materiaal
Om bepaalde stoffen af te wegen wordt een analytische balans gebruikt.
De EDTA oplossing wordt in een 1 liter bekerglas met een roerboon en roerplaat. De EDTA
oplossing wordt gefiltreerd met een Buchner trechter en Buchner kolf.
De ammonia/ ammonium oplossing wordt voorbereid in een 1 L erlenmeyer. De oplossing wordt
met behulp van een roerboon en roerplaat gemixt. De pH wordt gesteld met een pH meter en
met een buffer.
De calcium standaard oplossing wordt voorbereid in een 150 of 250 ml bekerglas voorbereid.
Deze oplossing wordt gemixt met behulp van een roerboon en een roerplaat.
De standaardisatie van het EDTA oplossing wordt gedaan met een motorburet. De buffer, demi
water en de indicator wordt door middel van een pipet toegevoegd. Dit mengsel wordt getitreerd
met een motorburet.
Voor de blanco geldt twee bekerglazen van 150 of 250 ml met de vloeistoffen gevoegd met een
pipet. Dit mengsel wordt getitreerd met een motorburet.
Voor de controlemonsters wordt een stock oplossing voorbereid in een 250 ml bekerglas. Dit
wordt verder verdeeld in 5 bekerglazen van 150 of 250 ml. De vloeistoffen worden met een
pipet toegevoegd. Dit mengsel wordt getitreerd met een motorburet.
De analysemonster wordt in een 250 ml maatkolf voorbereid. In 3 of 4 bekerglazen van 150 of
250 ml wordt de monster verder verspreid. De vloeistoffen worden met een pipet toegevoegd.
Dit mengsel wordt getitreerd met een motorburet.
5.2 Methode
EDTA, 0,01 M
Om een 0,01 M EDTA oplossing te bereiden, wordt eerst 3,8 g van het dihydraat van het
dinatriumzout (Na2H2Y 2H2O) en 0,1 g MgCl2 opgelost in 1 L demi water in een grote beker
m.b.v. een roerboon. Natrium hydroxide kan toegevoegd worden, als er moeilijkheden zijn bij
het oplossen van EDTA. De EDTA oplossing wordt vervolgens gefilterd met een Buchner
trechter.
Ammonia/ Ammonium Chloride buffer stock oplossing, pH 10
8
Om een buffer te maken met de pH 10, wordt eerst 64,0 g ammonium chloride in een 600 ml
geconcentreerde ammonia (14,8 M, 28% NH3) opgelost. Vervolgens wordt 400 ml demi water
roerend toegevoegd. De pH van deze oplossing wordt gesteld met een buffer.
Calcium standaard oplossing
Ongeveer 1 g CaCO3 wordt in een weegboot gewogen. Circa 0,25 g CaCO3 wordt op een
analytische balans gewogen en het wordt in een 150 of 250 ml bekerglas overgebracht.
Vervolgens wordt 25 ml demi water toegevoegd en langzaam wordt HCl druppelsgewijs roerend
toegevoegd totdat de oplossing opgelost is. Daarna wordt nogmaals 2 druppels toegevoegd. Dit
wordt 3 of 4 keer herhaald.
Standaardisatie van het EDTA oplossing
Een motorburet wordt klaar gezet. Een wit papiertje wordt geplaatst op de roerplaat van het
apparaat. Als eerst wordt de buret schoon gemaakt door het drie keer te spoelen met demiwater
en dan drie keer met het EDTA oplossing. Vervolgens wordt in elke 3 of 4 250 ml erlenmeyers
25 ml calcium standaard oplossing gepipetteerd. In elke erlenmeyer wordt 7-8 ml buffer; 15 ml
demi water en 3 druppels Eriochrome Black T indicator toegevoegd. Als laatst wordt het
getitreerd met EDTA.
Blanco
De blanco wordt in tweevoud uitgevoerd. In een bekerglas wordt 15 ml demi water, 9-10 ml
buffer en 3 druppels indicator toegevoegd en gemixt. Dit mengsel wordt getitreerd met EDTA
totdat het equivalentiepunt is bereikt.
Controlemonster
De controlemonsters worden in vijfvoud uitgevoerd. De controlemonsters hebben een 1,2 mmol
stock oplossing nodig. Dus er wordt 1,20 g zink afgewogen en opgelost in een 250 ml bekerglas
met demi water. Dit mengsel wordt verder verdeeld in vijf bekerglazen. Elk bekerglas bevat 25
ml. Veder wordt hieraan 15 ml demiwater, 9-10 ml buffer en 3 druppels indicator toegevoegd.
Als laatst worden de controlemonsters getitreerd met EDTA totdat het een kleuromslag
vertoont.
Analyse van de onbekende zinkconcentratie in (zink) tabletten
Het monster wordt verdund in een 250 ml maatkolf met demi water. In 3 of 4 250 ml
erlenmeyers wordt 25 ml van het monster gepipetteerd. Aansluitend wordt 15 ml demiwater, 910 ml buffer en 3 druppels Eriochrome Black T toegevoegd. Ten slotte wordt het getitreerd met
EDTA totdat de oplossing van roze naar blauw veranderd.
9
6. Literatuurlijst
[1] https://www.davitamon.nl/vitamines-en-mineralen/zink/#section-wat-is-zink, geraadpleegd
op 9/10
[2] https://www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/zink.aspx , geraadpleegd op 9 september
2021.
https://www.kruidvat.nl/kruidvat-zink-tabletten/p/1290612 , geraadpleegd op 9 september
2021.
[4] https://www.gpsil.co.uk/our-products/auto-titrators/mesuring-principle/# , geraadpleegd op
11 september 2021.
Díaz-Cervantes, E., García-Revilla, M.A., Soto-Arredondo, K. et al. Computational study of metal
complexes formed with EDTA, melatonin, and its main metabolites: implications in lead intoxication and
clues to a plausible alternative treatment. J Mol Model 25, 18 (2019). https://doi.org/10.1007/s00894-0183898-y
[6] NYBORG, J., & PEERSEN, O. (2004). That zincing feeling: the effects of EDTA on the
behaviour of zinc-binding transcriptional regulators. Biochemical Journal, 381(3).
https://doi.org/10.1042/bj20041096
[7] https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/complexometric-titration , geraadpleegd op
9 september 2021.
[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Complexometric_titration , geraadpleegd op 13 september 2021
[9]
https://moodle.inholland.nl/pluginfile.php/1209167/mod_folder/content/0/Opgavenboek%20Data
verwerking%202020-2021.docx?forcedownload=1 , geraadpleegd op 16 september.
10
7. Tijd en fasering
Figuur 2. Geplande tijd en fasering per deelnemer voor het onderzoeksplan van 30/08/2021 tot 05/11/2021. F staat
voor de deelnemer 'Federica Gervacio Jr'. En J voor de 'Joshua Kabel'.
11
Bijlage
https://studylib.net/doc/8127611/experiment-3-complexometric-titration-of-zn-ii--with-edta
i
[1] https://www.davitamon.nl/vitamines-en-mineralen/zink/#section-wat-is-zink, geraadpleegd
op 9/10
ii
[2] https://www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/zink.aspx , geraadpleegd op 9 september
2021.
iii
https://www.kruidvat.nl/kruidvat-zink-tabletten/p/1290612 , geraadpleegd op 9 september
2021.
iv
[4] https://www.gpsil.co.uk/our-products/auto-titrators/mesuring-principle/# , geraadpleegd op
11 september 2021.
Díaz-Cervantes, E., García-Revilla, M.A., Soto-Arredondo, K. et al. Computational study of metal
complexes formed with EDTA, melatonin, and its main metabolites: implications in lead intoxication and
clues to a plausible alternative treatment. J Mol Model 25, 18 (2019). https://doi.org/10.1007/s00894-0183898-y
v
vi
[7] https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/complexometric-titration , geraadpleegd op
9 september 2021.
vii
[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Complexometric_titration , geraadpleegd op 13 september
2021
viii
[9]
https://moodle.inholland.nl/pluginfile.php/1209167/mod_folder/content/0/Opgavenboek%20Data
verwerking%202020-2021.docx?forcedownload=1 , geraadpleegd op 16 september.
12