磷酸二銨中水溶性磷的快速萃取

趙學武，龍 梅

(云南云天化股份有限公司紅磷分公司 云南開遠 661699)

0 前言

近年來，隨著市場對磷酸一銨、磷酸二銨產品質量要求的進一步提高，生產企業不斷推進精益化成本管理，加大了對磷酸銨產品中水溶性磷含量的過程檢驗。水溶性磷作為磷酸銨產品控制指標之一，其檢驗按國家標準《磷酸一銨、磷酸二銨的測定方法 第2部分：磷含量》(GB/T 10209.2—2010)[1]規定的方法(以下簡稱國標法)進行，測定結果準確，但耗時較長，約需5 h才能完成一次測定，并且需要人工反復用水進行研磨提取，分析人員的操作差異會影響產品水溶磷含量的測定結果。為此，就磷酸二銨生產控制檢驗開展了一系列快速測定方法試驗，確立了采用超聲波恒溫萃取代替人工研磨提取磷酸二銨中水溶性磷的方法。

1 方法原理

超聲波作用于液體介質時，介質分子間的平均距離會超過使液體介質保持不變的臨界分子距離，液體介質就會發生斷裂而形成微泡，并且可以加速溶質的溶解，形成空化效應。結合水溶性磷的特性，在選用合適的萃取劑的條件下，于一定的溫度下通過振蕩使水溶性磷得以完全快速萃取，萃取后的試液經定容、過濾后再測定五氧化二磷的含量。

2 主要試劑及儀器

主要試劑為(1+1)硝酸溶液、喹鉬檸酮試劑、萃取劑、(1+1)氨水。試驗所用試劑均為分析純，試驗用水為實驗室三級水。

主要儀器：SHZ- D(III)循環水式真空泵，河南鞏義市予華儀器有限責任公司；CSB超聲波水浴恒溫振蕩器，最高控溫溫度100 ℃，最大超聲頻率40 kHz，最大振蕩頻次300次/min，江蘇常州潤華電器有限公司；AUY220電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；G4 30 mL玻璃砂芯坩堝，上海化科實驗器材有限公司；恒溫干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司。

3 分析步驟

稱取約1 g試樣(精確至±0.000 2 g)于500 mL 容量瓶中，加300 mL蒸餾水，于溫度60 ℃、振蕩頻次120次/min、超聲頻率40 kHz條件下萃取30 min；將溶液冷卻至室溫，定容至500 mL，混勻后干過濾，棄去初濾液；用移液管吸取20 mL濾液于500 mL錐形瓶中，加入10 mL (1+1)硝酸溶液，用水稀釋至100 mL；在電爐上加熱至沸，沿錐形瓶斜口緩慢加入35 mL喹鉬檸酮試劑，在不斷搖動情況下，在電熱板上微沸1 min 或置于近沸水浴保溫至沉淀分層，冷卻至室溫；用預先在(180±2) ℃干燥箱內干燥至恒重的玻璃坩堝式濾器先過濾上層清液，然后用傾斜法洗滌沉淀1～2次，每次用水25 mL，再將沉淀移入濾器中用水洗滌，共用水125～150 mL；將沉淀連同濾器置于(180±2) ℃干燥箱內干燥45 min 后，取出移入干燥器內，冷卻至室溫后進行稱量[2]。

水溶性磷(以P2O5計)質量分數w1按式(1)計算[1]：

(1)

式中：m1——磷鉬酸喹啉沉淀的質量，g；

m2——空白試驗所得磷鉬酸喹啉沉淀的質量，g；

m——試樣質量，g；

0.032 07——磷鉬酸喹啉質量換算成五氧化二磷質量的系數；

V——吸取的試樣溶液體積，mL。

4 超聲波萃取水溶性磷的條件選擇[3- 5]

4.1 超聲時間的選擇

稱取試樣約1 g(精確至±0.000 2 g)于500 mL 容量瓶中，加入300 mL蒸餾水，在溫度為60 ℃、振蕩頻次為120次/min、超聲頻率為40 kHz 的條件下，不同超聲時間的水溶性磷萃取結果(表1)表明：超聲時間超過20 min后，萃取結果穩定，繼續延長超聲時間對水溶性磷萃取結果的影響不大，但測定結果與國標法存在一定差異。

表1 超聲時間對水溶性磷萃取結果的影響

超聲時間/minw(P2O5)/%1037.862038.123038.154038.145038.176038.20

注：采用國標法測得的w(P2O5)為39.04%，下同

4.2 萃取劑的選擇

稱取試樣約1 g(精確至±0.000 2 g)于500 mL 容量瓶中,分別加入4種不同的萃取劑,在溫度為60 ℃、振蕩頻次為120次/min、超聲頻率為40 kHz的條件下超聲30 min，不同萃取劑的水溶性磷萃取結果(表2)表明萃取劑3的萃取結果與國標法一致。

表2 不同萃取劑對水溶性磷萃取結果的影響

萃取劑w(P2O5)/%萃取劑138.25萃取劑240.25萃取劑339.11萃取劑438.76

4.3 萃取溫度的選擇

稱取試樣約1 g(精確至±0.000 2 g)于500 mL 容量瓶中,加入萃取劑3，在振蕩頻次為120次/min、超聲頻率40 kHz的條件下超聲30 min，結果(表3)表明萃取溫度在50～70 ℃時的水溶性磷測定結果與國標法接近， 且在此溫度范圍內水溶性磷的測定結果波動不大，最終選定萃取溫度為60 ℃。

5 精密度試驗

采用快速萃取法對5組磷酸二銨樣品進行平行測定，由精密度試驗結果(表4)可知，該方法對不同組次磷酸二銨樣品測定的平均相對標準偏差≤0.5%，測定結果的重現性能滿足要求。

表3 不同萃取溫度對水溶性磷測定結果的影響

萃取溫度/℃w(P2O5)/%5038.916039.107038.99

表4 精密度試驗結果 %

6 方法對比試驗

采用快速萃取法和國標法測定上述樣品，結果(表5)2種方法測定結果的偏差≤0.25%，表明快速萃取法完全能滿足磷酸銨生產過程中控分析的要求。

表5 2種方法測定結果對比 %

7 結語

(1) 普通蒸餾水很難實現水溶性磷的完全萃取，依據水溶性和枸溶性磷的特性，配制了水溶性磷的萃取劑。

(2) 在過濾過程中，因濾紙原因發生溶液穿濾而導致測定結果偏高或發現濾液有混濁現象時，需重新過濾。

(3) 萃取過程中需進行反復振蕩，為防止溶液濺出，萃取劑用量控制在300 mL左右，并塞緊帶孔橡膠塞或采取其他的防濺措施。

(4) 應同時進行空白試驗，在計算P2O5含量時進行校正。

(5) 為確保萃取完全及樣品均勻有代表性，試樣必須全部通過180 μm(80目)試驗篩。

(6) 與國標法相比，快速萃取法可縮短測定時間1.5 h左右。