Optimization and validation of potassium hydrogen phthalate coulometric titration: A potentially primary method

Abstract

The implementation of primary quantification methods in the National Metrology Institute of Colombia (INM) will allow the certification of reference materials (CRMs) required by Colombia's industrial and scientific fields. One of these materials is potassium hydrogen phthalate (KHP). Furthermore, coulometry is a well-known potentially primary method because it directly relates the amount of substance to the international system of units (SI). Therefore, we implemented a coulometric system for KHP quantification. Also, a nonlinear regression to the experimental data was made with two models, an exponential W-function (eWf) and our proposal, the theoretical titration curve (TC). One of the main advantages of the TC is the possibility to study and correct the effect of CO2 as the main impurity in the coulometric system. Additionally, the TC allows us to directly estimate the KHP concentration without estimating the endpoint time. On the other hand, using a coulometer developed in this work (CC), we have found that the TC has a better relative uncertainty (0.102 %) compared to the eWf (0.247 %). We also studied the coulometric cell geometry, vertical and horizontal, with two convection modes, ultrasound and magnetic stirring. We obtained no statistical difference between the cell geometry in the amount of substance, and the best convection mode is still magnetic stirring. Finally, using the coulometer developed in INM of Colombia (CC) and the TC, we decreased the uncertainty and bias of the amount of substance of KHP obtained by coulometric titration with respect to the results obtained in the INM of Colombia in the intercomparison study between national metrology institutes in 2016.

La implementación de métodos primarios de medición en el Instituto Nacional de Metrología de Colombia (INM) permitirá la certificación de materiales de referencia (MRCs) los cuales son requeridos en el sector industrial y científico del país. Uno de los MRCs más importantes es el biftalato de potasio (KHP). Por su parte, la coulombimetría es un método altamente conocido por ser potencialmente primario, ya que permite la cuantificación de la cantidad de sustancia en magnitudes del sistema internacional de medidas (SI). En este trabajo, se implementó la titulación coulombimétrica de KHP a nivel metrológico. La implementación incluyó el ajuste de dos modelos a los datos experimentales mediante regresión no lineal: la función exponencial W (eWf) que se ha usado hace varios años, y nuestra nueva propuesta la curva teórica de titulación (TC). Con la TC se pudo estudiar el efecto del CO₂ sobre los resultados de la titulación. El CO₂ es la principal impureza en la titulación coulombimétrica de KHP, y su efecto en el resultado final se corrigió mediante la estimación directa de la concentración de KHP, cosa que se logra con la TC pero que es imposible hacer con la eWf. Por otro lado, y de acuerdo a los parámetros de validación del método desarrollado, se encontró que las incertidumbres relativas obtenidas con TC (0.102 % ) fueron mejores que las obtenidas con eWf (0.247 %). También se estudió la geometría de la celda coulombimétrica, celdas horizontal y vertical, junto con dos métodos de convección, ultrasonido y la agitación magnética. Los resultados indican que no hay diferencia significativa entre la celda vertical y la horizontal. Además, el mejor método de convección resultó ser la agitación magnética. Finalmente, se adecuó un coulombímetro, el cual junto con el uso de la TC, nos permitió disminuir el porcentaje de incertidumbre y sesgo de la cantidad de sustancia de KHP obtenida por titulación coulombimétrica respecto a lo obtenido en el Instituto Nacional de Metrología de Colombia en el estudio de intercomparación de Institutos Nacionales de Metrología de 2.016. (Texto tomado de la fuente)