Мультипараметрический анализ удобрений методом термометрического титрования
15 мар. 2021 г.
Статья
Поделиться статьей
Сейчас сложно представить себе сельское хозяйство без удобрений — без них невозможно прокормить нынешнее население планеты, составляющее почти 8 миллиардов человек. Удобрения обеспечивают растения столь необходимыми питательными веществами для оптимального роста. Идеальное удобрение зависит не только от урожая, но и от почвы. Для достижения наилучших результатов необходимо знать состав удобрений.
О происхождении промышленных удобрений мы рассказывали в статье про историю химии. Можете прочитать о процессе Габера-Боша по ссылке ниже.
Различные удобрения для разных задач
Удобрения можно классифицировать, например, по происхождению. Удобрения, полученные из растений и/или животных (компост или навоз), обычно называют «органическими удобрениями», а полученные из минеральных солей или руд – «неорганическими».
Самая часто используемая классификация неорганических удобрений основывается на питательном составе. Эта классификация позволяет фермерам подобрать оптимальное удобрение для своей почвы и урожая. Отдельные питательные вещества или прямые удобрения доставляют только одно питательное вещество. Примерами являются нитрат аммония или простой суперфосфат. Более распространены комплексные удобрения, состоящие из двух или более питательных веществ. Например, моноаммонийфосфат или NPK (азотно-фосфатно-калийные) удобрения.
Питательные вещества для растений
Макроэлементы азот, фосфор и калий являются основными питательными веществами, необходимыми растению для роста. Другие вторичные питательные вещества, такие как сера и кальций, или микроэлементы как бор, также необходимы, но уже в меньших количествах.
Зачем анализировать состав удобрений?
Выбор идеального состава удобрений очень важен для правильного роста растений. Культуры будут страдать от дефицита питательных веществ, но избыток может стать губительным.
Производство слишком большого количества удобрений, может привести к нежелательному загрязнению окружающей среды. Поэтому производители должны указывать количество питательных веществ в своих продуктах, и существуют различные нормы ISO, EN и AOAC для стандартизированного определения этих питательных веществ.
Термометрическое титрование для анализа удобрений
Традиционно основные питательные вещества в удобрениях определяются аналитическими методами, такими как гравиметрия, фотометрия или ICP-OES. Эти методы требуют либо длительной пробоподготовки, либо использования дорогостоящего аналитического оборудования. Термометрическое титрование представляет собой недорогое альтернативное решение для анализа калия, фосфора, серы, аммиачного азота и мочевины без каких-либо трудоемких операций.
Использование термометрического титрования
для анализа состава удобрений имеет ряд преимуществ:
- Анализ нескольких параметров с помощью одного прибора
- Возможность автоматизации для анализа нескольких образцов в день
- Быстрые результаты для каждого параметра со временем титрования менее пяти минут
Про анализ удобрений методом термометрического титрования мы рассказываем в экспертном докладе ниже, можете скачать его по ссылке.
White Paper: Multiparameter analysis in fertilizers – Fast and easy via thermometric titration
Что такое термометрическое титрование?
Термометрическое титрование базируется на принципе изменения энтальпии. Каждая химическая реакция связана с изменением энтальпии, что в свою очередь, вызывает изменение температуры. Во время титрования изменение температуры можно измерить с помощью высокочувствительного термодатчика.
Об основных принципах термометрического титрования можно почитать по ссылке ниже.
Как проводятся анализы?
В этом разделе я объясню, как проводится анализ различных макроэлементов в удобрениях с помощью термометрического титрования.
Фосфор является важным макроэлементом для фотосинтеза и оптимального роста сельскохозяйственных культур, поскольку он обеспечивает энергию для извлечения других питательных веществ из почвы. Исторически сложилось так, что общее содержание фосфора определяется гравиметрическим анализом. В качестве альтернативы можно использовать спектрофотометрический анализ или ICP-OES. Все эти методы требуют длительных этапов пробоподготовки или регулярных калибровок.
Термометрическое титрование фосфора основано на гравиметрическом определении, но без длительного времени сушки для достижения постоянной массы. Соответствующую аликвоту образца добавляют в ячейку для титрования и добавляют 5 мл буфера с pH 10 (хлорид аммония/аммиак), а также 5 мл раствора оксалата (для осаждения любого мешающего кальция). Затем раствор доводят до 30 мл деионизированной водой и титруют титрантом нитрата магния до тех пор, пока не будет достигнута экзотермическая конечная точка.
Более подробную информацию о термометрическом титровании фосфора можно найти в бесплатных докладах ниже.
Determination of phosphoric acid in liquid fertilizer
Total phosphate in phosphoric acid and phosphate fertilizers
Rapid and reliable determination of phosphate in fertilizers
Азот является важным макроэлементом, поскольку он входит в состав аминокислот (строительных блоков белков) и нуклеиновых кислот (строительных блоков ДНК). В неорганических удобрениях азот обычно присутствует в виде аммония, нитрата или мочевины. Аммиак обычно определяют после щелочной перегонки кислотно-основным обратным титрованием, в то время как другие виды азота перед анализом обычно сначала превращают в аммиак путем разложения.
При термометрическом титровании используется другой подход. Ионы аммония, а также мочевина экзотермически реагируют с гипохлоритом в окислительно-восстановительной реакции. Эта реакция дополнительно катализируется в присутствии бромид-ионов в слабощелочном растворе.
Для анализа аммиачного азота и мочевины в ячейку для титрования добавляют соответствующую аликвоту образца, а затем 10 мл раствора бромида/бикарбоната. Затем раствор доводят до 50 мл деионизированной водой и титруют гипохлоритом до достижения экзотермической конечной точки.
Determination of ammonium ions by titration with hypochlorite
Ammonium and urea nitrogen in NPK fertilizers with TET
Калий является важным макроэлементом для сельскохозяйственных культур, необходимым для регулирования воды и повышения устойчивости к засухе. Исторически содержание калия определяли гравиметрическим анализом. В последнее время для этого определения используется ICP-OES, но оборудование очень дорогое.
Термометрическое титрование калия основано на осаждении калия тетрафенилборатом натрия (STPB). Это быстрое титрование, и оно уже включено в различные китайские стандарты на удобрения (HG/T 2321 для дигидрофосфата калия, GB/T 20784 для нитрата калия и GB/T 37918 для хлорида калия).
Аликвоту образца добавляют в ячейку для титрования. Затем раствор доводят до 30 мл деионизированной водой и титруют STPB до тех пор, пока не будет достигнута экзотермическая конечная точка.
Для получения более подробной информации о термометрическом титровании калия скачайте наши бесплатные инструкции по применению.
Potassium in fertilizers with TET
Сера является второстепенным макроэлементом и играет важную роль в росте хлоропластов, а также действует как катализатор поглощения азота. Сера обычно поставляется в виде сульфата. Серная кислота также влияет на процесс производства мокрой фосфорной кислоты, поэтому знание ее состава имеет решающее значение.
Обычно серу определяют гравиметрическим методом. Та же самая реакция осаждения с барием также используется для термометрического титрования без длительной сушки.
Для анализа в ячейку для титрования добавляют соответствующую аликвоту образца и подкисляют (при необходимости). Затем раствор доводят до 30 мл деионизированной водой и титруют хлоридом бария до тех пор, пока не будет достигнута экзотермическая конечная точка. Для повышения чувствительности метода в образцы можно добавить стандартный раствор серной кислоты.
Determination of sulfate in granular phosphate fertilizers
Determination of sulfate in phosphoric acid (liquid fertilizer samples)
Determination of sulfate in phosphoric acid with standard addition
Заключение
Термометрическое титрование — это недорогой метод анализа, не требующий дорогостоящего обслуживания или калибровки. Он обеспечивает быстрое и надежное определение нескольких параметров в удобрениях. Если вы хотите узнать больше о термометрическом титровании и его потенциале для решения прикладных задач, не стесняйтесь задавать вопросы нашим специалистам!
Your knowledge take-aways
White Paper: Multiparameter analysis in fertilizers – Fast and easy via thermometric titration
