山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性的探究

張景華，郭亞楠，徐維辰，殷德平，勒爾伊洛

(青島大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266071)

山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性的探究

張景華，郭亞楠，徐維辰，殷德平，勒爾伊洛

(青島大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266071)

研究了山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性。用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確、簡便地探究了糖醇螯合鈣穩(wěn)定性的影響因素。通過靜置和離心法測定所得產(chǎn)品的穩(wěn)定性，產(chǎn)品制備過程中考慮了糖醇與鈣物質(zhì)的量比、pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等因素對穩(wěn)定性的影響，測定了較適宜的螯合條件。結(jié)果表明，在物質(zhì)的量比為0.25∶1，pH值=7，反應(yīng)時(shí)間50min，溫度80℃的條件下生成穩(wěn)定山梨糖醇鈣離子螯合物。

山梨糖醇；鈣離子；螯合物；穩(wěn)定性

近幾十年來，傳統(tǒng)的固體肥料越來越被液體復(fù)合肥所代替，被視為“液體肥料的一場革命”[1]。液體肥料又稱流體肥料，是含有一種或一種以上農(nóng)作物所需的營養(yǎng)元素的液體產(chǎn)品[2]。隨著綠色發(fā)展的需要，新型的原料—山梨糖醇被開發(fā)出來。山梨糖醇是多羥基化合物，是光合作用的初產(chǎn)物，是從植株韌皮部天然提取的物質(zhì)，并且山梨糖醇是鈣等金屬離子的良好螯合劑，可以與鈣離子形成穩(wěn)定的螯合物，也是能攜帶鈣離子在韌皮部中進(jìn)行運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)。所以山梨糖醇螯合鈣在植物吸收方面有優(yōu)勢，肥效高。在對專利《糖醇鈣鎂鋅硼復(fù)合液體肥及其制備方法與應(yīng)用》[3]的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究山梨糖醇螯合鈣的穩(wěn)定性。

1 儀器試劑

1.1 儀器

DF-1 集熱式恒溫磁力攪拌器 (金壇市中大儀器廠)；LT200B 200 g/0.1 g電子天平(常熟市天量儀器有限責(zé)任公司)； BSM電子天平(上海卓精電子科技有限公司)。

1.2 試劑

Ca(NO3)2·4H2O(天津市鼎盛鑫化工有限公司)；D-山梨醇(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；乙酸鈣(天津市巴斯夫化工有限公司)；氫氧化鉀(天津市瑞金特化學(xué)品有限公司)；硝酸(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。以上試劑均為分析純。

2 實(shí)驗(yàn)原理

山梨糖醇是一種多羥基化合物，是“OO型”螯合劑，這類螯合劑以兩個(gè)氧原子為鍵合原子，它們通過氧原子和金屬離子相鍵合，形成穩(wěn)定的螯合物[4]。本文研究了山梨糖醇和鈣離子螯合反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性。

3 實(shí)驗(yàn)方案

3.1 預(yù)實(shí)驗(yàn)

通過對專利《糖醇鈣鎂鋅硼復(fù)合液體肥及其制備方法與應(yīng)用》[3]的研究，提出糖醇與鈣物質(zhì)的量比為0.2∶1，pH值=9，反應(yīng)時(shí)間30min，反應(yīng)溫度80℃的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)證明在此條件下制備的產(chǎn)品為穩(wěn)定的糖醇螯合物。在此基礎(chǔ)上，采用控制變量法對影響因素的水平范圍進(jìn)行探究。

3.1.1 控制變量法實(shí)驗(yàn)方案

表1 控制變量法探究水平范圍方案

3.1.2 常溫靜置觀察

將未產(chǎn)生結(jié)晶或沉淀的螯合產(chǎn)物常溫靜置30天，觀察螯合產(chǎn)物是否出現(xiàn)白色沉淀或無色結(jié)晶。

3.1.3 離心觀察

將靜置30天后仍然穩(wěn)定的螯合產(chǎn)物，離心(8000 r/min)30min，離心后觀察是否出現(xiàn)白色沉淀或無色結(jié)晶。

3.1.4 控制變量法方案結(jié)果

注：“0”為靜置前凝固或分層；“1”為靜置后分層或出現(xiàn)白色絮狀沉淀；“2”為靜置后澄清，離心后出現(xiàn)白色沉淀或無色結(jié)晶；“3”為靜置，離心后均澄清穩(wěn)定。(下同)。

圖1 控制變量法對螯合物穩(wěn)定性的影響圖

3.1.5 預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及因素水平的確定

(a)當(dāng)物質(zhì)的量比較小時(shí)，Ca2+過剩，直接不穩(wěn)定；隨著物質(zhì)的量比增大，Ca2+剩余量減少，生成的螯合物易受外部環(huán)境影響，穩(wěn)定性稍差；物質(zhì)的量比進(jìn)一步增大，反應(yīng)完全，產(chǎn)物穩(wěn)定，體系均一，穩(wěn)定性好。因而選定物質(zhì)的量比水平范圍為0.15∶1,0.20∶1,0.25∶1,0.30∶1。

(b)在較短反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，螯合反應(yīng)不能充分進(jìn)行，穩(wěn)定性稍差；當(dāng)超過反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)不再進(jìn)行，延長時(shí)間已經(jīng)沒有意義。因而選定反應(yīng)時(shí)間水平范圍為20,30,40,50min。

(c)堿性條件下有利于螯合反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)pH過小時(shí)，不利于螯合反應(yīng)的進(jìn)行，螯合產(chǎn)物穩(wěn)定性差；當(dāng)pH值過大時(shí)，OH-濃度增大，易與Ca2+形成Ca(OH)2白色沉淀，產(chǎn)物穩(wěn)定性差。因而選定pH值水平范圍為5,7,9,11。

(d)溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)不徹底，產(chǎn)物分層，不穩(wěn)定；隨著溫度的升高，反應(yīng)速率提高，反應(yīng)較徹底，穩(wěn)定性逐漸增加；溫度進(jìn)一步增大時(shí)，產(chǎn)物中有結(jié)晶產(chǎn)生，穩(wěn)定性差。因而選定溫度水平范圍為70,75,80,85℃。

3.2 樣品制備

采用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(隨機(jī)選取水平因素，消除偶然誤差)，在不同鈣與糖醇物質(zhì)的量比、pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度情況下制備產(chǎn)品。

表2 因素水平表

3.3 穩(wěn)定性檢測

3.3.1 常溫靜置觀察

將未產(chǎn)生結(jié)晶或沉淀的螯合產(chǎn)物常溫靜置30天，觀察螯合產(chǎn)物是否出現(xiàn)白色沉淀或無色結(jié)晶。

3.3.2 離心觀察

將靜置30天后仍然穩(wěn)定的螯合產(chǎn)物離心(8000 r/min)30min，離心后觀察是否出現(xiàn)白色沉淀或無色結(jié)晶。

4 結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.2 結(jié)果分析

表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得：在上述影響因素當(dāng)中，對螯合物穩(wěn)定性影響程度大小依次為物質(zhì)的量比、反應(yīng)溫度、pH值、反應(yīng)時(shí)間。

圖2 趨勢圖

5 結(jié)論

用正交試驗(yàn)方法研究了山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性，確定了制備穩(wěn)定螯合產(chǎn)物的較佳條件是鈣與山梨糖醇的物質(zhì)的量比為0.25∶1，pH值為7，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為50min。

[1] 孫先良.新型化肥發(fā)展新趨勢[J].化肥設(shè)計(jì),2002,40(1):40-43.

[2] 王云霞.液體肥料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].化肥設(shè)計(jì),2003,41(4):10-13.

[3] 張燕玲.糖醇鈣鎂鋅硼復(fù)合液體肥及其制備方法與應(yīng)用[D].廣州:華南農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[4] 武漢大學(xué).分析化學(xué)(上冊)[M].5版.北京：高等教育出版社,2006.

(本文文獻(xiàn)格式：張景華，郭亞楠，徐維辰，等.山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性的探究[J].山東化工,2017,46(13):14-16.)

《山東化工》2017年征訂啟事

《山東化工》雜志(半月刊)是由原國家科委、國家新聞出版署批準(zhǔn)出版的化工行業(yè)綜合性科技期刊。創(chuàng)刊于1972年，由山東省化工研究院主辦。國內(nèi)外公開發(fā)行，國內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN37-1212/TQ，國際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：ISSN1008-021X。

本刊設(shè)有“規(guī)劃與展望”、“科研與開發(fā)”、“專論與綜述”、“生產(chǎn)與應(yīng)用”、“分析與測試”、“資源與環(huán)境”、“經(jīng)驗(yàn)交流”、“管理初探”、“計(jì)算機(jī)與信息化”、“經(jīng)濟(jì)與市場”、“教育與培訓(xùn)”等欄目，主要報(bào)道化工行業(yè)最新科技進(jìn)展，以及化工科研、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)等方面的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新產(chǎn)品等方面的發(fā)展動(dòng)態(tài)與開發(fā)情況，搭建科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的橋梁。讀者主要面對化工及相關(guān)行業(yè)的各級(jí)管理干部、決策人員、技術(shù)人員、市場開發(fā)人員，科研設(shè)計(jì)規(guī)劃院所的專業(yè)技術(shù)人員以及高等院校的師生等。

《山東化工》自創(chuàng)刊以來，榮獲化工部優(yōu)秀期刊、山東省優(yōu)秀科技情報(bào)成果獎(jiǎng)，曾獲得全國石油和化工行業(yè)優(yōu)秀期刊一等獎(jiǎng)、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊、山東省優(yōu)秀科技期刊等榮譽(yù)，在國內(nèi)外享有相當(dāng)高的聲譽(yù)。已是《美國化學(xué)文摘》(CA)、中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫收錄期刊，《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》、“萬方數(shù)據(jù)-數(shù)字化期刊群”全文收錄期刊以及中國學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫來源期刊等。

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Study on Stability of D-sorbitol and Calcium Ion Chelate

ZhangJinghua,GuoYa'nan,XuWeichen,YinDeping,LeerYiluo

(Department of Chemical Engineering,Qingdao University,Qingdao 266071,China)

The stability of D-sorbitol and calcium ion chelate were studied.To discuss the contributory factors in stability of D-sorbitol and calcium ion chelate accurately and simpily based on orthogonal design experiment.The stability of products were measured by using setting and centrifugation technology,the conditions affecting the formation and stability of the complex were studied,such as the ratio of calcium ion and gyoclos,pH,reaction time and temperature. Under great conditions,the standard curve was achieved. The final results showed that in which the pH was 7,Ca2+and D-sorbitol produce a considerably stable chelate by the mole ratio0.25∶1,and the reaction favorably finished within 50 minutes at 80℃.

D-sorbitol;calcium ion;chelate;stability

2017-04-25

青島大學(xué)國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

張景華(1995—)，男，在讀本科生，專業(yè)方向：化學(xué)工程與工藝，研究興趣：糖醇螯合。

TQ449.6

A

1008-021X(2017)13-0014-03