微波作用微型化實(shí)驗(yàn)快速測(cè)定硝酸磷肥及硝酸磷鉀肥中磷

彭 樺，何賓賓，姜 威，朱桂華，聶鵬飛，龔 麗，杜雄雁，陳凡永

（1. 云南磷化集團(tuán)有限公司國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南昆明 650600；2. 云南磷化集團(tuán)有限公司磷化工事業(yè)部質(zhì)檢中心，云南昆明 650600）

0 引言

硝酸磷肥、硝酸磷鉀肥生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生磷石膏，能把儲(chǔ)量很大的低品位磷礦（w（P2O5）＜21%）利用起來，工藝過程中不產(chǎn)生黏性物質(zhì)，不引入氯離子，能被忌氯植物使用，含植物生長(zhǎng)所需的多種元素（N、P、K、Ca、Si 及多種微量元素），市場(chǎng)前景廣闊。準(zhǔn)確快速測(cè)定硝酸磷肥及硝酸磷鉀肥中磷含量，對(duì)精準(zhǔn)控制其生產(chǎn)工藝具有重大的現(xiàn)實(shí)意義［1］。

微型實(shí)驗(yàn)方法的研究與應(yīng)用在20 世紀(jì)初已經(jīng)開始［1-3］，可節(jié)約幾倍至幾十倍的藥品用量，實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短，水電消耗低，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本，在直接降低化學(xué)藥品使用量的同時(shí)，也間接降低了化學(xué)實(shí)驗(yàn)污染品（“三廢”）的處理量，減少了實(shí)驗(yàn)人員在有毒化學(xué)環(huán)境下的暴露量。

筆者采用微波消解硝酸磷肥和硝酸磷鉀肥試樣，用檸檬酸-硝酸鋁溶液代替王水作消解液，消解后通過重量法測(cè)定硝酸磷肥和硝酸磷鉀肥試樣中的磷，用微波代替烘箱快速蒸干磷鉬酸喹啉沉淀中的水分。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

小米MWBLXEIACM 型微波爐（功率700 W）；帶蓋帶螺旋聚四氟乙烯微波消解罐（鄭州博科儀器設(shè)備有限公司），60 mL；G4 玻璃砂芯坩堝，容積30 mL。

混合消解液，90 g/L Al（NO3）3·9H2O+32 g/L檸檬酸；硝酸溶液（V（HNO3∶V（H2O）=1∶1）；喹鉬檸酮沉淀劑，按GB/T 1871.1—1995《磷礦石和磷精礦中五氧化二磷含量的測(cè)定 磷鉬酸喹啉重量法和容量法》［4］配制。本實(shí)驗(yàn)所用水符合GB/T 6682—2008《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》［5］中二級(jí)水以上（含二級(jí)水）的規(guī)格；所列試劑和溶液，在未標(biāo)明規(guī)格和配制方法時(shí)，均應(yīng)符合HG/T 2843—1997《化肥產(chǎn)品 化學(xué)分析常用標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液、試劑溶液和指示劑溶液》［6］規(guī)定。

1.2 試樣制備

取硝酸磷肥、硝酸磷鉀肥樣品1 ～5 kg，用縮分器或4分法縮分后取出100 g，迅速研磨至全部通過0.5 mm孔徑篩，混勻，置于潔凈、干燥的瓶中。樣品研磨操作要迅速，以免在研磨過程中失水或吸潮，并要防止樣品過熱，對(duì)易吸濕樣品應(yīng)在干燥手套箱中進(jìn)行，對(duì)于濕料，可研磨至全部通過1 mm孔徑篩。

1.3 總磷分析方法

稱取試樣0.5～1.0 g（精確至0.000 2 g）于微波消解罐中，加入檸檬酸-硝酸鋁溶液10 mL，水平搖動(dòng)2 ～5 圈，旋緊消解罐蓋，放入微波爐，在700 W 下作用3 min；拿出旋開微波消解罐蓋（旋開時(shí)罐口不可對(duì)人，因微波作用有時(shí)有延時(shí)沸騰現(xiàn)象），加入硝酸溶液5 mL（移液槍移取）、喹鉬檸酮沉淀劑15 mL，旋緊蓋，放入微波爐在最高功率下作用3 min；取出放置冷卻后（可流水或冰水冷卻），傾瀉法移入干燥至恒質(zhì)量的G4玻璃砂芯坩堝中（水沖洗消解罐和玻璃坩堝4 ～6 次，每次7 mL左右）進(jìn)行抽濾；將載有沉淀的玻璃砂芯坩堝放入微波爐，微波功率700 W 下作用3 min，用鑷子取出玻璃砂芯坩堝置于干燥器中冷卻，稱量，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

1.4 分析結(jié)果計(jì)算

總磷（以P2O5計(jì)）質(zhì)量分?jǐn)?shù)w按式（1）計(jì)算：

式中m1——測(cè)定樣品時(shí)磷鉬酸喹啉沉淀質(zhì)量，g；

m2——空白實(shí)驗(yàn)所得磷鉬酸喹啉沉淀質(zhì)量，g；

0.032 07——磷鉬酸喹啉質(zhì)量換算為五氧化二磷質(zhì)量的系數(shù)；

m3——試料質(zhì)量，g。

計(jì)算結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位，取平行測(cè)定結(jié)果的算數(shù)平均值為測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 G4玻璃砂芯坩堝的再生

經(jīng)微波干燥過的G4 玻璃砂芯坩堝（含磷鉬酸喹啉沉淀），拍出黃色磷鉬酸喹啉沉淀后放入稀釋過的氨水中（1 份市售濃氨水（AR 級(jí)）+8 份水），浸泡4 h以上。取出后先用自來水沖洗，再用蒸餾水沖凈，然后放入微波爐中700 W 下作用3 min，取出稱量，直至恒質(zhì)量，并記錄數(shù)值。

2.2 混合消解液加入量

使用90 g/L Al（NO3）3·9H2O+32 g/L檸檬酸混合消解液消解硝酸磷肥和硝酸磷鉀肥試樣時(shí)，混合消解液用量為7 mL時(shí)，磷回收率可達(dá)到100%，本實(shí)驗(yàn)混合消解液用量選擇10 mL。

2.3 混合消解液的配比

按1.3 節(jié)方法所述，在Al（NO3）3·9H2O 質(zhì)量濃度90 g/L不變的情況下，分別添加不同質(zhì)量的檸檬酸制成混合消解液，消解w（P2O5）20.53%的試樣進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表1）表明：檸檬酸質(zhì)量濃度在20 g/L 以上時(shí)，磷回收率＞99%，本實(shí)驗(yàn)用檸檬酸的質(zhì)量濃度為32 g/L。

表1 檸檬酸質(zhì)量濃度篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Al（NO3）3· 9H2O 的質(zhì)量濃度確定實(shí)驗(yàn)的方法同上，結(jié)果見表2。由表2 結(jié)果可知，Al（NO3）3·9H2O 質(zhì)量濃度為≥60 g/L時(shí)，磷回收率≥100%，實(shí)驗(yàn)選擇Al（NO3）3·9H2O質(zhì)量濃度為90 g/L［7］。

表2 硝酸鋁質(zhì)量濃度篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，沿用相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果，選用90 g/L Al（NO3）3·9H2O+32 g/L檸檬酸為微波消解液。

2.4 微波作用時(shí)間選擇

在取樣量為0.5 g，以90 g/L Al（NO3）3·9H2O+32 g/L 檸檬酸為消解液，700 W 下微波消解不同時(shí)間，所得消解樣結(jié)果見表3。

表3 不同微波作用時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表3 可知，在微波功率為700 W 時(shí)，作用2 min可以將試樣消解完全。本實(shí)驗(yàn)采用700 W下作用3 min，若采用其他型號(hào)微波爐，要另做功率和時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)。

2.5 方法對(duì)比

分別用本方法、GB/T 10512—2008《硝酸磷肥中磷含量的測(cè)定 磷鉬酸喹啉重量法》［8］（仲裁法）測(cè)定同一批次的硝酸磷肥和硝酸磷鉀肥樣品，結(jié)果見表4。

表4 方法對(duì)比結(jié)果%

由表4知，本方法測(cè)定結(jié)果與仲裁法無顯著性差異。

2.6 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

用仲裁法得出硝酸磷肥樣品中w（P2O5）為20.52%，向此樣品中加入磷標(biāo)準(zhǔn)液（10 mg/mL，國家標(biāo)準(zhǔn)樣品GSB04-1741-2004，國標(biāo)（北京）檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司）5、10、20、30、40 mg/L，用微波微型化實(shí)驗(yàn)測(cè)定磷含量，得磷加標(biāo)回收率為95.6%～106.1%。仲裁法得出硝酸磷鉀肥樣品中w（P2O5） 為19.95%，加入磷標(biāo)準(zhǔn)液5、10、20、30、40 mg/L，進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，得磷加標(biāo)回收率為96.1%～107.2%。

3 結(jié)論

微波作用微型化實(shí)驗(yàn)快速測(cè)定硝酸磷肥及硝酸磷鉀肥中磷簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置，大大節(jié)約了成本（試劑用量少，能耗低），縮短了測(cè)定時(shí)間，節(jié)省人工，方法安全易掌握，“三廢”污染少，符合綠色化學(xué)的要求。硝酸磷肥、硝酸磷鉀肥生產(chǎn)過程中原料、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)品均可采用該方法測(cè)定P2O5含量。