絮凝沉淀預(yù)處理測(cè)定含黃腐酸尿素中縮二脲的方法研究

付智慧

(呼倫貝爾金新化工有限公司，內(nèi)蒙古 陳巴爾虎旗 021506)

在現(xiàn)代高質(zhì)量發(fā)展的綠色農(nóng)業(yè)中，腐植酸受到越來(lái)越多的關(guān)注，其具有改良土壤結(jié)構(gòu)、刺激植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、提高化肥肥效的作用，已在肥料產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。根據(jù)顏色和溶解性的不同，分為黑腐酸、黃腐酸、棕腐酸三種。黑腐酸是腐植酸中只溶于堿液，不溶于水、酸和丙酮的部分；棕腐酸是腐植酸中溶于丙酮、乙醇、堿液，不溶于酸和水的部分；黃腐酸是均能溶于堿、水和酸的部分[1]。

根據(jù)GB/T 2440-2017《尿素》[2]中列出的檢驗(yàn)分析項(xiàng)目，縮二脲是其中一項(xiàng)衡量尿素產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此各企業(yè)在尿素的工藝生產(chǎn)過(guò)程中都嚴(yán)格操作控制其含量，準(zhǔn)確測(cè)定尿素中縮二脲的含量也成為質(zhì)量檢驗(yàn)的一項(xiàng)非常重要的工作。由于GB/T 2441.2-2010《尿素的測(cè)定方法(第2部分)：縮二脲含量 分光光度法》[3](簡(jiǎn)稱常規(guī)法)具有成本低、操作簡(jiǎn)單、易于掌握等特點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)尿素生產(chǎn)企業(yè)測(cè)定縮二脲含量普遍采用的一種方法。呼倫貝爾金新化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱金新化工)在尿素生產(chǎn)過(guò)程中，將含黃腐酸的增效劑添加到尿素裝置蒸發(fā)一、二段之間，通過(guò)蒸發(fā)造粒技術(shù)，生產(chǎn)出含黃腐酸尿素。在測(cè)定縮二脲時(shí)，發(fā)現(xiàn)用水溶解黃腐酸尿素后的溶液呈棕褐色，主要是由于黃腐酸的存在而產(chǎn)生的顏色影響，導(dǎo)致不能直接采用分光光度法開(kāi)展縮二脲的測(cè)定。由于黃腐酸的溶解特性，僅通過(guò)調(diào)節(jié)黃腐酸尿素溶液pH值的方法，不能同其他腐植酸一樣將其從尿素溶液中分離[4]，因此該方法不適用。通過(guò)一系列研究試驗(yàn)，提出采用加入硫酸鋅、氫氧化鈉生成氫氧化鋅[5]，經(jīng)絮凝沉淀、離心過(guò)濾消除黃腐酸的顏色干擾后，再采用銅復(fù)鹽分光光度法測(cè)定試樣中縮二脲含量的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

硫酸鋅與黃腐酸反應(yīng)生成腐植酸鋅懸浮液[6]，加入的氫氧化鈉與硫酸鋅反應(yīng)生成氫氧化鋅絮狀沉淀，氫氧化鋅絮凝沉降試樣中腐植酸鋅，使黃腐酸與尿素溶液分離，經(jīng)離心過(guò)濾得到含縮二脲的澄清透明試液后，加入酒石酸鉀鈉溶液和硫酸銅溶液，反應(yīng)生成紫紅色配合物，在550 nm波長(zhǎng)下，用3 cm比色池測(cè)定樣品的吸光度，與標(biāo)準(zhǔn)曲線的吸光度值相比較，計(jì)算得到含黃腐酸尿素試樣中的縮二脲含量。

ZnSO4+2NaOH=Zn(OH)2↓+Na2SO4

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

(1)硫酸鋅溶液100 g/L。稱取100 g分析純硫酸鋅，用水溶解后稀釋至1 L。

(2)氫氧化鈉溶液5 g/L。稱取5 g氫氧化鈉固體，用水稀釋至1 L，于聚乙烯瓶中保存。

(3)酒石酸鉀鈉50 g/L。

(4)硫酸銅15 g/L。

(5)縮二脲標(biāo)準(zhǔn)溶液4.00 g/L。準(zhǔn)確稱取縮二脲標(biāo)準(zhǔn)樣品2 g(稱準(zhǔn)至0.000 2 g)置于燒杯中，用水完全溶解后，轉(zhuǎn)移至容量瓶中，稀釋至500 mL，混勻，使用前現(xiàn)配。

(6)黃腐酸溶液0.12%，稱取濃度為12%的液體黃腐酸10 g(外購(gòu)原材料)，用水稀釋至1 L，搖勻。

1.3 儀器設(shè)備

(1)SHZ-88數(shù)顯水浴恒溫振蕩器：可溫控(30±5)℃。

(2)XP504DR梅特勒分析天平：感量為0.000 1 g。

(3)TD5M離心機(jī)：配套100 mL離心管，可設(shè)定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min。

(4)723分光光度計(jì)：帶有3 cm比色池，可在550 nm處測(cè)量。

1.4 制備方法

1.4.1絮凝沉淀預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

(1)絮凝沉淀。取8個(gè)50 mL的容量瓶，按表1所示準(zhǔn)確移取縮二脲標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，分別注入每個(gè)容量瓶中，各加入黃腐酸溶液6 mL，加水至約40 mL，搖勻，加入硫酸鋅溶液1.5 mL，搖勻，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)試液pH值為7.5，有明顯的氫氧化鋅絮狀沉淀生成，加水稀釋至刻度，緩慢搖勻，靜置20 min，待絮凝沉降分離。

表1 移取縮二脲標(biāo)準(zhǔn)溶液體積

(2)離心過(guò)濾。將上述各個(gè)容量瓶溶液分別轉(zhuǎn)入離心管中，旋緊蓋子密封，置于離心機(jī)中，設(shè)置離心機(jī)參數(shù)為轉(zhuǎn)速1 500 r/min，離心5 min，停止運(yùn)轉(zhuǎn)后打開(kāi)蓋門小心拿出離心管，輕輕取下離心管的蓋子，分別將上層清液(注意避免使離心管底部的沉淀上浮)用中速定量濾紙干過(guò)濾[7]至潔凈、干燥的100 mL燒杯中，最初的10～20 mL濾液棄去，收集剩余的縮二脲標(biāo)準(zhǔn)系列樣品的濾液。

(3)分光光度法測(cè)定。經(jīng)預(yù)處理后，用單刻度移液管準(zhǔn)確移取上述各燒杯中的25 mL濾液，分別置于8個(gè)100 mL容量瓶中，分別用水將每個(gè)容量瓶稀釋至約50 mL，然后向每個(gè)容量瓶中加入20 mL酒石酸鉀鈉溶液，搖勻，再加入20 mL硫酸銅溶液，搖勻，稀釋至刻度，混合均勻。將容量瓶浸入30 ℃的水浴振蕩器中，設(shè)置轉(zhuǎn)速50～70 r/min，恒溫振蕩20 min。

30 min內(nèi)，用3 cm比色池，于波長(zhǎng)550 nm處，以不含縮二脲的溶液作為參比溶液，測(cè)定各標(biāo)準(zhǔn)比色液的吸光度，以100 mL比色液中含縮二脲標(biāo)準(zhǔn)樣品的毫克數(shù)為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的校正吸光度(試樣溶液吸光度減去試劑空白溶液吸光度)為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。

1.4.2樣品測(cè)定

根據(jù)黃腐酸尿素中不同的縮二脲含量，按表2所示，稱取相應(yīng)質(zhì)量的黃腐酸尿素試樣于100 mL燒杯中，精確至0.000 2 g，加少量水溶解，然后轉(zhuǎn)移到50 mL的容量瓶中，加水至約40 mL，搖勻，加入1.5 mL硫酸鋅溶液，搖勻，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至7.5，此時(shí)會(huì)有大量絮狀沉淀產(chǎn)生，加水稀釋至刻度，緩慢搖勻，靜置20 min，待絮凝沉降。

表2 不同縮二脲含量與對(duì)應(yīng)稱取的試料質(zhì)量

以下步驟按1.4.1(2)、1.4.1(3)操作，進(jìn)行離心過(guò)濾和測(cè)定吸光度。除不加樣品外，按上述操作步驟同時(shí)進(jìn)行空白試驗(yàn)。

1.5 分析結(jié)果的表述

以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的試樣中縮二脲含量為：

式中，m1為測(cè)定試樣時(shí)，從工作曲線上查出的被測(cè)試料中縮二脲的質(zhì)量數(shù)值，mg；m2為空白試驗(yàn)時(shí)，從工作曲線查出的縮二脲的質(zhì)量數(shù)值，mg；m為稱取的試料的質(zhì)量數(shù)值，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 探明絮凝沉淀預(yù)處理對(duì)縮二脲測(cè)定的影響

為了探明絮凝沉淀離心過(guò)濾預(yù)處理操作過(guò)程是否對(duì)縮二脲的測(cè)定產(chǎn)生影響，將增加預(yù)處理和未加預(yù)處理的縮二脲系列標(biāo)準(zhǔn)溶液分別按照1.4.1和常規(guī)法操作步驟進(jìn)行曲線制作，制作曲線時(shí)縮二脲含量和測(cè)得的吸光度數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，制作的工作曲線見(jiàn)圖1，常規(guī)法線性回歸方程為y=0.005x+0.002，R2=0.999 5，絮凝沉淀預(yù)處理法的線性回歸方程y=0.005x+0.003，R2=0.999 5。

表3 常規(guī)法和絮凝沉淀預(yù)處理法測(cè)得吸光度

圖1 常規(guī)法和預(yù)處理法縮二脲工作曲線

通過(guò)對(duì)比增加絮凝沉淀離心過(guò)濾預(yù)處理和未加預(yù)處理按常規(guī)法操作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相同質(zhì)量縮二脲對(duì)應(yīng)的吸光度、工作曲線及線性方程基本一致，所以預(yù)處理過(guò)程未對(duì)縮二脲測(cè)定產(chǎn)生影響，確定絮凝沉淀離心過(guò)濾預(yù)處理方法適用。

2.2 氫氧化鈉溶液加入量的選擇

加入的氫氧化鈉溶液主要是與硫酸鋅反應(yīng)，生成氫氧化鋅絮狀沉淀，氫氧化鋅是兩性物質(zhì)，過(guò)酸或過(guò)堿均會(huì)溶解。氫氧化鈉加入量過(guò)少，導(dǎo)致pH值偏低，生成的氫氧化鋅不足，不能較好地沉淀試樣中的黃腐酸；加入量過(guò)多，則pH值偏高，氫氧化鋅又會(huì)與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋅酸鈉，沉淀溶解。因此，為了得到較好的沉淀效果，操作過(guò)程中需嚴(yán)格控制試液的pH值。

為確定氫氧化鈉溶液最佳加入量，開(kāi)展以下實(shí)驗(yàn)：稱取一組含黃腐酸尿素試樣分別加入到6支50 mL比色管中，加水溶解后，向每支比色管中加入1.5 mL硫酸鋅溶液，搖勻。向每支比色管中加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)試樣溶液的pH值分別為7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、10.5，稀釋至刻度，緩慢搖勻，靜置20 min，待絮凝沉淀分離。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到：當(dāng)氫氧化鈉加入量較少，pH值為7.0時(shí)，生成的氫氧化鋅沉淀不足，不能較好地沉淀試樣中的黃腐酸，20 min后上層溶液顯淡黃色。隨著氫氧化鈉加入量的增多，pH值為7.5時(shí)，快速生成了大量的氫氧化鋅絮狀沉淀，而且絮狀沉淀較大，20 min后上層溶液澄清、透明。當(dāng)氫氧化鈉加入量較多，pH值為8.0、8.5時(shí)，20 min后上層溶液略顯淡黃褐色。當(dāng)氫氧化鈉加入量過(guò)多，pH值為9.0、10.5時(shí)，20 min后上層溶液有明顯的黃褐色。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為得到最佳絮凝沉淀效果，提出加入氫氧化鈉溶液的量以調(diào)節(jié)試樣溶液的pH值至7.5為宜。

2.3 硫酸鋅溶液加入量的選擇

由于硫酸鋅溶液不僅與黃腐酸反應(yīng)生成腐植酸鋅，還與氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鋅沉淀。若加入硫酸鋅溶液的量太少，不能充分反應(yīng)，沉降黃腐酸效果不明顯；若加入硫酸鋅溶液量太多，后續(xù)氫氧化鈉溶液的加入量也會(huì)隨之增多，而且造成試劑浪費(fèi)。

為了確定硫酸鋅溶液的最佳加入量，開(kāi)展以下實(shí)驗(yàn)：分別稱取3 g、6 g、8 g、10 g、12 g、14 g、16 g不同質(zhì)量的含黃腐酸尿素于比色管中，對(duì)應(yīng)的黃腐酸含量分別為3.6 mg、7.2 mg、9.6 mg、12 mg、14.4 mg、16.8 mg、19.2 mg，加水溶解，其他條件不變，然后按照1.4.2樣品的操作步驟進(jìn)行測(cè)定，效果見(jiàn)圖2(從左到右依次按上述稱樣質(zhì)量排列)。

圖2 不同黃腐酸含量加入定量硫酸鋅效果

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：在試液pH值為7.5的條件下，1.5 mL硫酸鋅溶液對(duì)應(yīng)7.2 mg黃腐酸可達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果，隨著黃腐酸含量的提高，應(yīng)適當(dāng)增加硫酸鋅溶液的加入量。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

稱取同一含黃腐酸尿素樣品，按照1.4.2步驟進(jìn)行樣品測(cè)定，多次測(cè)定的結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 含黃腐酸尿素多次測(cè)定的結(jié)果

通過(guò)分析以上數(shù)據(jù)可得到，算數(shù)平均值為1.04%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.62%，此分析方法的精密度比較高。

2.5 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

按1.4.2樣品測(cè)定方法，稱取一組含黃腐酸尿素，分別加入含量為4.00 g/L縮二脲標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL、10 mL進(jìn)行平行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，測(cè)得結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 含黃腐酸尿素縮二脲平行加標(biāo)回收數(shù)據(jù)

以上分析數(shù)據(jù)顯示，含黃腐酸尿素樣品經(jīng)絮凝沉淀離心過(guò)濾預(yù)處理后，再按銅復(fù)鹽分光光度法測(cè)定縮二脲含量，得到加標(biāo)回收率在97.0%～100.5%之間，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本研究建立了一種絮凝沉淀離心過(guò)濾預(yù)處理測(cè)定含黃腐酸尿素中縮二脲的分析方法，通過(guò)加入硫酸鋅和氫氧化鈉，反應(yīng)生成氫氧化鋅沉淀，經(jīng)絮凝沉降、離心過(guò)濾，將黃腐酸與尿素溶液分離，得到澄清透明試液，消除了黃腐酸產(chǎn)生的顏色干擾，再按銅復(fù)鹽分光光度法測(cè)定縮二脲含量，可得到準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。此方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單，精密度標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.62%，準(zhǔn)確度在97.0%～100.5%之間，分析檢驗(yàn)成本低。在實(shí)際應(yīng)用中需注意硫酸鋅溶液的加入量，使其既能與黃腐酸充分反應(yīng)，還能與氫氧化鈉生成足量的氫氧化鋅，以達(dá)到較好沉降黃腐酸的效果。加入的氫氧化鈉溶液的量，以調(diào)節(jié)試樣溶液的pH值為7.5，效果最佳。