肥料中钾含量的测定123

西安文理学院化学与化学工程学院课程设计题目复混肥料中钾含量的测定方法的探究姓名王国强学号0905120331专业年级2012级应用化学2班指导教师何亚萍提交日期2014年12月6日复混肥料中钾含量测定方法的探究王国强（西安文理学院化学与化学工程学院陕西西安710065）摘要:钾的测定，目前应用较多的方法主要有重量法、火焰光度法、紫外-可见分光光度法和离子选择电极法，本文章主要探讨复混肥产品中钾的含量的三种测定方法，并且比较三种方法的优缺点以及他们的适用情况。第一种是国家标准采用的四苯硼酸钾重量法，该方法测定过程叫繁杂，试剂、检验过程、人员操作等因素容易引入误差而造成测定结果的重现性不稳定，不适合与日常分析；第二种是紫外-可见分光光度法，这种方法操作简单选择性好；第三中是离子选择电极法，它的特点是简便、快速、准确，可以作为钾肥中钾含量测定的通用方法。关键词：复混肥料，四苯硼酸钾重量法，离子选择电极法，紫外-可见分光光度法1、引言1.1、钾是植物营养三要素之一，它与氮、磷元素不同，主要呈离子状态存在于作物细胞的汁液中，具有高度的渗透性、流动性和再利用的特点。化肥中的钾元素能促使作物生长健壮,茎秆粗硬,增强对病虫害和倒伏的抵抗能力，促进糖分和淀粉的生成，从而使农作物增产，提高农产品品质[1]。1.2、本研究主要测定复混化肥中的钾含量。目前，钾的测定方法主要有四苯硼酸钠重量法、容量法、火焰光度法、紫外-可见分光光度法、离子选择电极法等，现今对几种方法均有研究。本文章对离子选择电极法、四苯硼酸钾重量法和紫外-可见分光光度法的使用条件进行探讨。2、四苯硼酸钾重量法测定钾含量的探讨2.1测定原理试样经水溶解后，加入甲醛溶液，使存在的铵离子转变成六次甲基四胺；加入乙二胺四乙酸钠（EDTA）消除干扰分析结果的其他阳离子。在弱碱性介质中，以四苯硼酸钠溶液为沉淀剂沉淀试样溶液中的钾离子，生成白色的四苯硼酸钾沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥、称重。根据沉淀质量计算化肥中钾含量。反应为：K++Na[B(C6H5)4]→K[B(C6H5)4]↓+Na+2.2试剂和仪器40%氢氧化钠溶液、4%乙二胺四乙酸钠（EDTA）溶液、36%甲醛溶液，酚酞指示剂。2.3测定步骤2.3.1．试样溶液的制备称取试样约2g～5g（含氧化钾约400mg），精确至0.0002g，置于250mL锥形瓶中，加水约150mL，加热煮沸30min，冷却，定量转移到250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，干过滤，弃去最初滤液50mL。2．3.2试液处理吸取上述滤液25mL于250mL烧杯中，加EDTA溶液(40g/L)20mL（含阳离子较多时可加40mL），加2～3滴酚酞指示剂(5g/L乙醇溶液)，滴加氢氧化钠溶液至刚出现红色时，再过量1mL，盖上表面皿，在良好的通风橱内缓慢加热煮沸15min，然后冷却，若红色消失，再用氢氧化钠(400g/L)调至红色。（如果试样中含有氰氨基化物或有机物时，在加入EDTA溶液之前，先加溴水和活性炭处理：加入5%的溴水溶液5mL，将该溶液煮沸脱色至无溴颜色为止，若含其他颜色，将溶液体积蒸发至小于100mL，冷却后加0.5g活性炭充分搅拌使之吸附，然后过滤、洗涤，洗涤时每次用水约5mL，次数为3～5次，并收集全部滤液)。2.3.3．沉淀及过滤在不断搅拌下，于盛有试样溶液的烧杯中逐滴加入四苯硼酸钠沉淀剂（15g/L），加入量为每含1mg氧化钾加沉淀剂0.5mL，并过量7mL，继续搅拌1min，静置15min以上，用倾滤法将沉淀过滤于预先在120℃下恒重的4号玻璃坩埚式滤器内，用四苯硼酸钠洗涤液（1.5g/L）洗涤沉淀5-7次，每次用量约5mL，最后用水洗涤2次，每次用量约5mL。2.3.4．干燥将盛有沉淀的坩埚置于120℃±5℃干燥箱中，干燥1.5h，取出后置于干燥器内冷却，称重。2.3.5．同时做空白试验（除不加试液外，分析步骤及试剂用量同上述步骤）。2.3.计算结果和数据处理样品的钾含量以氧化钾质量分数X（K2O）（%）表示，按下式计算：X(Ok2)=100*25025*1314.0*)(012mmm=mmm01213104*)(式中：m2—试液所得沉淀的质量，g；m1—空白试验所得沉淀的质量，g；m0—试样的质量，g；0.1314—四苯硼酸钾质量换算为氧化钾质量的系数。测定结果中钾的质量分数＜10.0%时，平行测定允许差值为0.20%，不同实验室允许差值为0.40%；钾的质量分数为10.0%-20.0%时，平行测定允许差值为0.30%，不同实验室允许差值为0.60%；钾的质量分数＞20.0%时，平行测定允许差值为0.40%，不同实验室允许差值为0.80%。取平行测定结果的算术平均值为测定结果。2.4注意事项与说明2.4.1．试样的采取至关重要，是保证测定结果准确性的前提，采取的试样要均匀并且适量，采样量过少代表性较差，采样量过大不仅会使测定结果偏高，还会增加四苯硼酸钠沉淀剂的加入量，从而增加引入误差的几率。实践证明，肥料中氧化钾含量不同，在制备试样溶液的采样量上也应有所不同，应使称取的试样含氧化钾约400mg。2.4.2．四苯硼酸钠沉淀剂（15g/L）的准确配制非常重要。实践证明，溶解的四苯硼酸钠加入氢氧化钠和六水氯化镁一起搅拌15分钟后静置、过滤，所配出的四苯硼酸钠溶液澄清效果较好，因为加六水氯化镁生成的Mg(OH)2絮状沉淀能有效地吸附杂质；加入适量Na(OH)2还可以防止四苯硼酸钠分解，使该沉淀剂较为稳定。另外配制好的四苯硼酸钠溶液还应贮存在棕色瓶或塑料瓶中，期限不超过1个月，如发现浑浊或试验中四苯硼酸钾沉淀为棕色，应重新过滤。2.4.3．试液处理时应严格控制加入氢氧化钠溶液的量。加入氢氧化钠溶液的主要作用是生成氢氧化铵后加热除去氨以驱除氮的干扰，这就要求加入氢氧化钠溶液要过量，否则铵离子不能完全驱除，由此产生正偏差。3、紫外-可见分光光度法测定钾含量的探讨3.1方法原理由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含量。钾在0～50mg/L内符合比耳定律,并根据李忠等关于烟草中钾含量测定的研究[3]。3.2主要仪器和试剂2100型紫外-可见分光光度计[4]，远红外快速恒温干燥箱，钾标准溶液（含K+1mg/mL贮备液（KCl在调温至110℃的远红外快速恒温干燥箱中烘干2.5h，取出放入干燥器中，再准确称0.100g于小烧杯中溶解，定容至100mL容量瓶中）。使用时稀释10倍，得工作液。NaOH溶液：0.1moL/L，称取NaOH0.80g于500mL烧杯中，用量筒量取200mL蒸馏水，搅拌，溶解。四苯硼钠溶液：30mg/mL，准确称取3.00g四苯硼钠，溶于100mL0.1mol/LNaOH中。盐酸：0.5mol/L由浓盐酸稀释所得。聚乙烯醇：（称取5.00g聚乙烯醇，用100mL水缓慢加热溶解）。实验用水都为去离子水。3.3试验方法在50mL的容量瓶中，分别加入4.00mL、8.00mL、12.00mL、16.00mL、20.00mL钾标准溶液，再各加2mL0.5moL/L盐酸，4mL5%聚乙烯醇，2mL30mg/mL四苯硼钠溶液用水稀释到刻度，摇匀，以试剂空白为参比，用1cm比色皿，于400nm处测定吸光度。3.4结果与讨论3.4.1吸收波长选择体系在380～420nm波长处吸光度最大且稳定，故在该波长范围内选择任一波长测定吸光度均可，本试验选择在400nm波长处测定。3.4.2反应酸度的选择K+和四苯硼钠形成沉淀的反应在酸性、中性，碱性条件下均可进行，但在碱性条件下其他共存离子易沉淀出而干扰比浊；在酸性条件下干扰小，故试验选用加入2mL0.5moL/L盐酸控制反应为弱酸性条件。3.4.3四苯硼钠用量选择30mg/mL四苯硼钠用量在0.5～3mL内吸光度均稳定，试验选用2mL。3.4.4聚乙烯醇的作用聚乙烯醇对生成沉淀有很好的分散作用，能生成稳定的胶体溶液，使体系稳定性明显增加，在聚乙烯醇存在下体系至少可稳定2h。3.4.5工作曲线在选定试验条件下，钾含量在0～50mg/L内符合比耳定律，（数据是第一手资料，图及方程是第二手资料）测出吸光度、制作标准曲线。3.4.6共存离子影响在选定试验条件下，下列量离子不干扰测定(mg)：SO42-、NH4+、Na+(200)；Ca2+、NO3-、Al3+、PO43-、Mg2+；Fe3+、Co2+、Mo(Ⅵ)、Ni2+、SiO32-；Zn2+、Mn(Ⅱ)、As(Ⅲ)、F-、SiO32-、Cu2+。4、离子选择性电极法4.1方法原理离子选择性电极是基于内部溶液与外部溶液之间浓度差产生的电位差(膜电位)测定有关离子的方法，是将溶于有机溶剂的中性载体浸渍在多孔膜基体上制成非均一态感应膜，粘附在电极上。K+选择性电极的感应膜为K+与高选择性亲油性配体形成的双冠醚，以亚戊基双苯并-15-冠-5为中性载体，以邻苯二甲酸二辛酯为增塑剂，以PVC为支持体。本试验中以内标法测定样品中K+的含量[5]。4.2主要仪器和试剂pH计、K+选择电极饱和甘汞电极、pH玻璃电极磁力加热搅拌器、钾标准溶液(准确称取110℃烘干2h的氯化钾，74.5512g溶于水，转移至1000mL容量瓶定容，即为1moL/L钾标液)、氯化钠。4.3试验方法4.3.1离子强度调节缓冲液用量的比较取一系列浓度为10-1～10-7moL/L的K+标准溶液50mL，分别加入第1组离子强度调节缓冲液5mL与10mL，比较2组数据。试验结果表明，加入5mL离子强度调节缓冲液的曲线线性较好，故应选择加入5mL离子强度调节缓冲液。4.3.2钾电极pH使用范围测定量取8份10-3moL/LK+标准溶液50mL于小烧杯中，分别加入5mL离子强度调节缓冲液，用6moL/L盐酸和饱和Ba(OH)2分别调其pH值为4～11，用K+选择电极测其电位值。由实验可得在pH为5～8时，电位值较稳定，所以钾电极适合的pH使用范围为5～8。本文中所配溶液pH范围基本符合。4.3.3测定步骤量取50mL配置好的钾肥溶液，加入5mL总离子调节缓冲溶液(TISAB)，用离子选择电极测定其电位值，再向其中加入1mL10-2moL/Lk+标准溶液，在相同条件下测定其电位值[6]。4.3.2计算按下列公式计算试液浓度：CX=1/)10(SXXSESXSSVVVVVVC式中c为x为待测离子浓度；Cs为KCl标准溶液浓度；Vs为加入KCl标准溶液的体积；Vx为所取试液的体积；S为响应斜率，即直线斜率；求出Cx后可进一步计算肥料中钾的含量。4.5结果与讨论试验结果表明，离子选择电极法的线性范围10-1到10-5mol/L，响应斜率为52.2。其相对标准偏差为2.20%～2.35%，回收率为94.88%～97.95%，均可符合试验测定要求[8]。离子选择性电极法的特点：实验相对简单快速，同时线性范围较紫外可见-分光光度法宽，试样配制为溶液所需的稀释倍数少。它的不足之处是结果的准确度不高，只适用于快速测定而不适用于标准、严格的测定。5、结论5.1三种方法的优缺点测定化肥中的钾含量，重量法是仲裁方法，准确度较高，但在测定过程中比较费时并且实验过程及其步骤较为复杂、难操作。紫外-可见分光光度法简便、选择性好只要利用控制适当的显色条件就可以直接进行光度法测定而且这种方法的准确度和精密度较高相对误差在1%到3%范围[7]。但钾含量高时，因稀释倍数大而产生较大误差，且其重现性较差，而且实验仪器相对来说较贵。而离子选择性电极是一类化学传感体，其电位与溶液中所给定的离子活度的对数呈线性关系，能直接测定液体试样，溶液的颜色和浑浊度一般不影响测定结果。对复杂的样品无需处理，选择性好、设备操作简单，有利于连续和自动分析。5.2三种方法的适用情况因此，准确度要求不是太高、并且实验的时间要求快速时，可选用离子选择电极法测化肥中的钾含量。在正规检测、正规场