测温滴定法进行多参数分析的肥料

人们认为不使用化肥,大约一半的世界人口不能支持¹。在现代世界,农业在很大规模没有化肥不再是可能的。

为了生产足够生产近80亿人和工业用途和驯养动物,不同营养成分的肥料可以迎合不同土壤类型的独特需求。

信息关于化肥的成分(例如,总氮、磷、钾)是为了提供选择的理想肥料特定的土壤。这些选民建立常规重量分析地(如钾、磷或硫酸)^{2 - 4}或与ICP-OES(如磷或钾)⁵。

这些技术需要昂贵的仪器运行成本高(ICP-OES)或长时间分析的缺点和艰苦的样品制备(重力测量)。

本文概述了如何测温滴定法是一种廉价的、快速替代技术提供信息内容的大量营养物质在不同的肥料。

肥料成分的不同的需求

营养素,肥料的主要营养物质,被称为磷、氮和钾。其他营养物质是次要的营养素(如硫)或微量元素(如硼)。

对植物营养素尤其重要,因为他们需要发展的种子和水果,树叶生长在植物和水运输。多数情况下,肥料使用他们的营养成分进行分类。

除了单一的营养或直接肥料(如单过磷酸钙或硝酸铵),multi-nutrient肥料是由两个或两个以上的营养是常见的,如mono -和di-ammonium磷酸(地图和DAP)或氮磷钾化肥(nitrogen-phosphate-potassium)。

图片来源:瑞士万通AG)

除了分类根据其营养,肥料也可以分为无机矿物肥料和有机肥料²。正如它们的名字所暗示的,有机肥料是由有机质来源于植物和/或动物,例如,粪便。

另一方面,除尿素,无机肥料不含碳基材料,本文将主要集中在无机肥料。亚博网站下载

常规营养成分的测定

至关重要的养分含量无论知道肥料成分。过多的肥料可以分发给工厂没有这个信息,导致环境污染和不良的肥料烧伤。

这些营养素的标准化的决心,肥料生产商必须指定数量的营养物质在他们的产品,和各种规范ISO, EN和采用AOAC公认的存在。

然而,一些提出的分析方法非常耗时,需要昂贵的设备或技术。app亚博体育例如,磷、钾和硫通常建立重量分析地或利用ICP-OES。

凯氏消化通常需要与随后的酸碱滴定法建立氮组件。分析磷、硫、钾、氨氮和尿素,热量滴定法供应廉价的替代解决方案没有耗时的步骤。

热量滴定法的一般原则是之前下面所描述的分析这些特定营养热量滴定法。

测温滴定法原理

滴定法是一个分析技术建立,一个物种(分析物)是确定的内容通过添加试剂溶液滴定剂(),它反应化学计量的分析物。

分析物的内容能够可靠地确定通过建立所需的滴定剂体积的反应。一个合适的指示滴定剂技术是利用建立所需的体积。

测温滴定法采用反应焓的原则来显示滴定的终点。滴定液和被分析物相互反应要么endothermically(降低温度)或exothermically温度(增加)。

滴定容器的温度以恒定速率增加或减少时,滴定液添加以恒定速率。热不再消耗或滴定的终点时生成,和急剧分解温度曲线可以看到,显示反应端点(图1)³。

图1所示。理想化的放热反应滴定的滴定曲线。在这个例子中,只要被分析物存在,滴定剂温度增加而增加。当所有分析物被消耗,温度降低同样的解决方案平衡与大气温度和/或由于稀释溶液的滴定剂。这个温度降低导致放热端点。图片来源:瑞士万通AG)

测温滴定利用热敏电阻,可以检测温度变化,来确定滴定的终点(图2)。这些传感器可以测量温度的差异低于0.001°C,使测点收集每0.3秒。

他们几乎是维护自由与其他传感器用于滴定和可以用来确定各种分析物。测温滴定法的适用性分析众多营养肥料将在下一节中讲述。

图2。瑞士万通的测温探针能够测量温度变化小于0.001°C,并允许一个测点的收集每0.3秒。图片来源:瑞士万通AG)

测温滴定法的适用性肥料

磷

磷酸盐磷肥料中通常存在。大量营养素,它不仅存在于multi-nutrient肥料(如地图、DAP和氮磷钾化肥),但也是直接肥料过磷酸钙的形式。从历史上看,总磷含量是通过重量分析量化。

或ICP-OES也可能利用光度分析测定。这些技术都需要定期校准或耗时的样品制备步骤。

图3。测温滴定系统组成的一个瑞士万通859 Titrotherm配备指示的测温探针和两个800 Dosinos滴定剂和添加辅助解决方案。控制系统通过瑞士万通意大利^TM软件。图片来源:瑞士万通AG)

测温滴定法是基于放热形成不溶性的鸟粪石(MgNH₄阿宝₄H·6₂O)在碱性介质按照下列反应方程式:

毫克^{2 +}+ NH₄⁺+阿宝₄^{3 -}→MgNH₄阿宝₄

采用滴定法、硝酸镁作为碱性NH滴定标准液₃/ NH₄Cl缓冲溶液。因此,滴定法是采用经典的重量的一个过程。结果磷酸内容可以聚集在5分钟内使用测温滴定法时,没有额外的步骤类似于过滤、洗涤和干燥。

图4。放热磷酸盐测定的滴定曲线的氮磷钾肥料降水与镁离子的存在一个氨/氯化铵缓冲(蓝色=滴定曲线,粉色=二阶导数的端点)。图片来源:瑞士万通AG)

H的比率₂阿宝₄^{- - - - - -}和HPO₄^{2 -}在磷酸生产过程是另一个重要参数。这不是通常可以区分这两个物种在一个电位酸碱滴定法由于水的平整效果。

测温滴定法是不受限制的问题,所以可以简单地建立用氢氧化钠滴定剂的比率。变得可行的看到所有三个端点如果滴定磷酸,见图5。

图5。放热磷酸与氢氧化钠滴定的滴定曲线。在这里,所有三个去质子化的步骤可以明确区分(蓝色=滴定曲线,红色=二阶导数显示端点)。图片来源:瑞士万通AG)

钾

因为它在水中监管中发挥着关键作用以及植物生长,钾是植物的主要大量营养素。正是因为这一原因,它可以作为直化肥钾肥的形式,以及在磷酸二氢钾等肥料multi-nutrient (MKP)或氮磷钾肥料。

钾是传统重量分析地建立。ICP-OES或最近已使用火焰光度法。也可以由钾滴定法利用钾和钠的沉淀反应tetraphenylborate (STPB)。可靠的通过热量滴定法测定钾产生导致约5分钟。

这种优势,除了最小的样品制备和低成本的分析,使其成为理想的解决方案。这项技术已经融入中国推荐的行业标准HG / T 2321肥料级磷酸二氢钾的分析⁶。

如果肥料含有铵,它必须被移除氨滴定前,或将与STPB同时沉淀和干扰测定。

图6。放热的滴定曲线测定钾钾通过降水STPB(蓝色=滴定曲线,粉色=二阶导数显示端点)。图片来源:瑞士万通AG)

硫酸

硫对叶绿体的功能和增长至关重要和次要常量营养元素的植物。硫酸硫的形式通常是提供肥料。它也出现在湿法磷酸生产流程。

在磷酸硫酸含量以及在最终产品(例如,TSP,衣冠楚楚,地图和氮磷钾化肥)应该以一个最佳的生产过程。

图7。放热硫酸滴定曲线的测定与硫酸氮磷钾肥料飙升为增强方法灵敏度(蓝色=滴定曲线,粉色=二阶导数显示端点)。图片来源:瑞士万通AG)

一般来说,与钡硫酸盐内容由沉淀重量分析地建立。同样的反应原理是用于测温滴定法和结果可以聚集在3分钟内只有最小的样品制备。

图8。放热滴定曲线的氨氮和尿素测定氮磷钾肥料。第一端点对应于尿素的氨和第二(蓝色=滴定曲线,粉色=二阶导数显示端点)。图片来源:瑞士万通AG)

这些样本可以服用硫酸标准溶液,以提高技术的敏感性,然后考虑计算结果。钙(例如,从化肥)可能会干扰这个决心,因为它可以形成不溶性钙硫酸。所以它必须是草酸沉淀过剩或删除前滴定用阳离子交换树脂。

氨氮和尿素

第三个重要的常量营养元素植物需要是氮。这是到目前为止最大的化肥产品组。氮化肥可以以多种形式存在,包括硝态氮、铵、尿素。

氨通常由酸碱回滴定碱性蒸馏后决定,而其他物种通常首先转化为氨氮消化之前的分析。采用了一种不同的方法来确定氨热量滴定法的内容。

铵离子反应exothermically与次氯酸盐氧化还原反应。这个反应是进一步催化溴离子的存在轻微的碱性溶液,形成更多的活性物种次溴酸盐,然后与铵反应生成氮气。

这个滴定方法提供的结果分析后蒸馏步骤之前2分钟没有任何的时间。尿素氮浓度最高在直肥料,含有氮。

尿素生成二氧化碳和氨。影响生产过程的氨,所以在这个过程中,有必要知道尿素和氨的比例⁷。

可以确定样品中氨氮和尿素氨氮的利用上述滴定方法。这是因为尿素也与次溴酸盐反应,但反应速率慢。

的分离单一铵和尿素含量滴定成为可能,利用适当的滴定剂的剂量率。这些肥料可以服用一些更好的分离两个端点的尿素。

分析肥料热量滴定法:最理想的解决方案

测温滴定法是一种廉价的替代技术分析中的关键物质肥料或在他们的生产过程。耗时的样品制备和分析步骤也可以离开,几分钟内允许分析师收集结果。

这使得核电站运营商优化过程设置快得多。它大大增强了生产工厂的效率同时解放化学家和实验室技术人员来执行其他任务

引用

1. 我们的世界在数据。世界人口有或没有合成氮肥料。https://ourworldindata.org/grapher/world-population-with-and-without-fertilizer?time=1900..2015(2020年3月23日访问)。
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3. ISO 17319:2015肥料和土壤调节剂-水溶性钾含量测定tetraphenylborate钾重量法。日内瓦:国际标准化组织,2015年。https://www.iso.org/standard/59569.html
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5. ISO / CD 20917可用测定磷和可溶性钾提取ICP-OES中性柠檬酸铵和量化。日内瓦:国际标准化组织,2020年。https://www.iso.org/standard/69457.html
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7. 史密斯,t .实际测温滴定分析;瑞士万通专著:Herisau,瑞士,2006年。https://www.metrohm.com/en/documents/80365003
8. 欧洲肥料。小册子——蝙蝠磷酸的生产。https://www.fertilizerseurope.com/wp-content/uploads/2019/08/Booklet_4_final.pdf(2020年5月7日通过)。
9. 贝奇,美国快速无机磷酸过程监控。国际肥料。问题486,2018。
10. HG / T 2321 - 2016肥料级磷酸二氢钾。北京:中华人民共和国的标准化管理,2016年。
11. 欧洲肥料。小册子——蝙蝠尿素和尿素硝铵的生产。https://www.fertilizerseurope.com/wp-content/uploads/2019/08/Booklet_5_final.pdf(2020年5月7日通过)。
12. 欧洲肥料。肥料是怎么做成的呢?https://www.fertilizerseurope.com/fertilizers-in-europe/how-fertilizers-are-made/(2020年5月7日通过)。

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