磷酸二铵中水溶性磷的快速萃取

Rapid Extraction of Water-Soluble Phosphorus from Diammonium Phosphate

赵学武 Xuewu ZHAO , 龙梅 Mei LONG

云南云天化股份有限公司红磷分公司云南开远 661699 Amoriphous Phosphorus Branch Co., Yunnan Yuntianhua Co. Ltd., Kaiyuan 661699, China

摘要：

针对采用国家标准规定的方法测定磷酸一铵和磷酸二铵中水溶性磷含量存在耗时较长的不足，改用恒温振荡超声波加水溶性磷萃取剂快速萃取水溶性磷，试验确定了超声时间、萃取剂、萃取温度等条件对测定结果的影响。通过精密度试验和方法对比试验，快速萃取法与国家标准规定的方法的测定结果偏差≤0.25%，表明快速萃取法能满足磷酸铵生产过程中控分析的要求，且可以缩短测定时间1.5 h。

关键词：

磷酸二铵; 水溶性磷; 测定; 快速萃取;

Abstract：

Aiming at the shortage of time-consuming in the determination of water-soluble phosphorus in monoammonium phosphate and diammonium phosphate by the method prescribed by the national standard, the method of rapid extraction of water-soluble phosphorus with constant temperature oscillating ultrasonic wave and water-soluble phosphorus extractant was adopted. The effects of ultrasonic time, extractant and extraction temperature on the determination results were determined. Through precision test and method comparison test, the deviation between the rapid extraction method and the national standard method was less than 0.25%. The results showed that the rapid extraction method could meet the requirements of the process control analysis in the production of ammonium phosphate, and the determination time could be shortened by 1.5 h.

Keyword：

diammonium phosphate; water-soluble phosphorus; determination; rapid extraction;

0 前言

近年来，随着市场对磷酸一铵、磷酸二铵产品质量要求的进一步提高，生产企业不断推进精益化成本管理，加大了对磷酸铵产品中水溶性磷含量的过程检验。水溶性磷作为磷酸铵产品控制指标之一，其检验按国家标准《磷酸一铵、磷酸二铵的测定方法第2部分：磷含量》(GB/T 10209.2—2010)^[1]规定的方法(以下简称国标法)进行，测定结果准确，但耗时较长，约需5 h才能完成一次测定，并且需要人工反复用水进行研磨提取，分析人员的操作差异会影响产品水溶磷含量的测定结果。为此，就磷酸二铵生产控制检验开展了一系列快速测定方法试验，确立了采用超声波恒温萃取代替人工研磨提取磷酸二铵中水溶性磷的方法。

1 方法原理

超声波作用于液体介质时，介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂而形成微泡，并且可以加速溶质的溶解，形成空化效应。结合水溶性磷的特性，在选用合适的萃取剂的条件下，于一定的温度下通过振荡使水溶性磷得以完全快速萃取，萃取后的试液经定容、过滤后再测定五氧化二磷的含量。

2 主要试剂及仪器

主要试剂为(1+1)硝酸溶液、喹钼柠酮试剂、萃取剂、(1+1)氨水。试验所用试剂均为分析纯，试验用水为实验室三级水。

主要仪器：SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵，河南巩义市予华仪器有限责任公司；CSB超声波水浴恒温振荡器，最高控温温度100 ℃，最大超声频率40 kHz，最大振荡频次300次/min，江苏常州润华电器有限公司；AUY220电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；G4 30 mL玻璃砂芯坩埚，上海化科实验器材有限公司；恒温干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司。

3 分析步骤

称取约1 g试样(精确至±0.000 2 g)于500 mL容量瓶中，加300 mL蒸馏水，于温度60 ℃、振荡频次120次/min、超声频率40 kHz条件下萃取30 min；将溶液冷却至室温，定容至500 mL，混匀后干过滤，弃去初滤液；用移液管吸取20 mL滤液于500 mL锥形瓶中，加入10 mL (1+1)硝酸溶液，用水稀释至100 mL；在电炉上加热至沸，沿锥形瓶斜口缓慢加入35 mL喹钼柠酮试剂，在不断摇动情况下，在电热板上微沸1 min或置于近沸水浴保温至沉淀分层，冷却至室温；用预先在(180±2) ℃干燥箱内干燥至恒重的玻璃坩埚式滤器先过滤上层清液，然后用倾斜法洗涤沉淀1~2次，每次用水25 mL，再将沉淀移入滤器中用水洗涤，共用水125~150 mL；将沉淀连同滤器置于(180±2) ℃干燥箱内干燥45 min后，取出移入干燥器内，冷却至室温后进行称量^[2]。

水溶性磷(以P₂O₅计)质量分数w₁按式(1)计算^[1]：

图 1

$ {w_1} = \frac{{\left( {{m_1} - {m_2}} \right) \times 0.032\;07}}{{m \times \frac{V}{{500}}}} \times 100 $

式中：m₁——磷钼酸喹啉沉淀的质量，g；

m₂——空白试验所得磷钼酸喹啉沉淀的质量，g；

m——试样质量，g；

0.032 07——磷钼酸喹啉质量换算成五氧化二磷质量的系数；

V——吸取的试样溶液体积，mL。

4 超声波萃取水溶性磷的条件选择^[3-5]

4.1 超声时间的选择

称取试样约1 g(精确至±0.000 2 g)于500 mL容量瓶中，加入300 mL蒸馏水，在温度为60 ℃、振荡频次为120次/min、超声频率为40 kHz的条件下，不同超声时间的水溶性磷萃取结果(表 1)表明：超声时间超过20 min后，萃取结果稳定，继续延长超声时间对水溶性磷萃取结果的影响不大，但测定结果与国标法存在一定差异。

表 1

超声时间对水溶性磷萃取结果的影响

超声时间/min	w(P₂O₅)/%
注：采用国标法测得的w(P₂O₅)为39.04%，下同
10	37.86
20	38.12
30	38.15
40	38.14
50	38.17
60	38.20

4.2 萃取剂的选择

称取试样约1 g(精确至±0.000 2 g)于500 mL容量瓶中, 分别加入4种不同的萃取剂, 在温度为60 ℃、振荡频次为120次/min、超声频率为40 kHz的条件下超声30 min，不同萃取剂的水溶性磷萃取结果(表 2)表明萃取剂3的萃取结果与国标法一致。

表 2

不同萃取剂对水溶性磷萃取结果的影响

萃取剂	w(P₂O₅)/%
萃取剂1	38.25
萃取剂2	40.25
萃取剂3	39.11
萃取剂4	38.76

4.3 萃取温度的选择

称取试样约1 g(精确至±0.000 2 g)于500 mL容量瓶中, 加入萃取剂3，在振荡频次为120次/min、超声频率40 kHz的条件下超声30 min，结果(表 3)表明萃取温度在50~70 ℃时的水溶性磷测定结果与国标法接近，且在此温度范围内水溶性磷的测定结果波动不大，最终选定萃取温度为60 ℃。

表 3

不同萃取温度对水溶性磷测定结果的影响

萃取温度/℃	w(P₂O₅)/%
50	38.91
60	39.10
70	38.99

5 精密度试验

采用快速萃取法对5组磷酸二铵样品进行平行测定，由精密度试验结果(表 4)可知，该方法对不同组次磷酸二铵样品测定的平均相对标准偏差≤0.5%，测定结果的重现性能满足要求。

表 4

精密度试验结果 %

组别	w(P₂O₅)							标准偏差	相对标准偏差
组别	1^#	2^#	3^#	4^#	5^#	6^#	平均值	标准偏差	相对标准偏差
1组	39.00	39.11	39.07	39.03	39.18	39.15	39.09	0.069 6	0.18
2组	39.05	38.92	39.19	38.97	39.02	39.12	39.04	0.098 7	0.25
3组	38.93	39.10	39.08	39.13	38.94	39.07	39.04	0.085 2	0.22
4组	38.96	39.06	38.99	38.94	39.09	39.01	39.01	0.057 8	0.15
5组	39.04	39.01	38.96	39.10	38.99	39.12	39.04	0.062 4	0.16

6 方法对比试验

采用快速萃取法和国标法测定上述样品，结果(表 5)2种方法测定结果的偏差≤0.25%，表明快速萃取法完全能满足磷酸铵生产过程中控分析的要求。

表 5

2种方法测定结果对比 %

编号	w(P₂O₅)		偏差
编号	国标法	快速萃取法	偏差
1^#	38.93	39.05	0.12
2^#	39.18	39.10	-0.08
3^#	39.02	38.81	-0.21
4^#	38.96	39.02	0.06
5^#	41.40	41.25	-0.15
6^#	41.80	41.95	0.15

7 结语

(1) 普通蒸馏水很难实现水溶性磷的完全萃取，依据水溶性和枸溶性磷的特性，配制了水溶性磷的萃取剂。

(2) 在过滤过程中，因滤纸原因发生溶液穿滤而导致测定结果偏高或发现滤液有混浊现象时，需重新过滤。

(3) 萃取过程中需进行反复振荡，为防止溶液溅出，萃取剂用量控制在300 mL左右，并塞紧带孔橡胶塞或采取其他的防溅措施。

(4) 应同时进行空白试验，在计算P₂O₅含量时进行校正。

(5) 为确保萃取完全及样品均匀有代表性，试样必须全部通过180 μm(80目)试验筛。

(6) 与国标法相比，快速萃取法可缩短测定时间1.5 h左右。

ckwx 参考文献

全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会.磷酸一铵、磷酸二铵的测定方法第2部分: 磷含量: GB/T 10209.2—2010[S].北京: 中国标准出版社, 2010.

刘珍.化验员读本:上册[M].3版.北京:化学工业出版社, 1998.

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