微波作用微型化實驗快速測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. 云南磷化集團有限公司國家磷資源開發利用工程技術研究中心，云南昆明 650600；2. 云南磷化集團有限公司磷化工事業部質檢中心，云南昆明 650600）

0 引言

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

微型實驗方法的研究與應用在20 世紀初已經開始［1-3］，可節約幾倍至幾十倍的藥品用量，實驗時間縮短，水電消耗低，大大降低了實驗成本，在直接降低化學藥品使用量的同時，也間接降低了化學實驗污染品（“三廢”）的處理量，減少了實驗人員在有毒化學環境下的暴露量。

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 實驗部分

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定 磷鉬酸喹啉重量法和容量法》［4］配制。本實驗所用水符合GB/T 6682—2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》［5］中二級水以上（含二級水）的規格；所列試劑和溶液，在未標明規格和配制方法時，均應符合HG/T 2843—1997《化肥產品 化學分析常用標準滴定溶液、標準溶液、試劑溶液和指示劑溶液》［6］規定。

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，對易吸濕樣品應在干燥手套箱中進行，對于濕料，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（旋開時罐口不可對人，因微波作用有時有延時沸騰現象），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，同時做空白實驗。

1.4 分析結果計算

總磷（以P2O5計）質量分數w按式（1）計算：

式中m1——測定樣品時磷鉬酸喹啉沉淀質量，g；

m2——空白實驗所得磷鉬酸喹啉沉淀質量，g；

0.032 07——磷鉬酸喹啉質量換算為五氧化二磷質量的系數；

m3——試料質量，g。

計算結果保留到小數點后兩位，取平行測定結果的算數平均值為測定結果的算術平均值。

2 結果與討論

2.1 G4玻璃砂芯坩堝的再生

經微波干燥過的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）+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，直至恒質量，并記錄數值。

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，混合消解液用量為7 mL時，磷回收率可達到100%，本實驗混合消解液用量選擇10 mL。

2.3 混合消解液的配比

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

表1 檸檬酸質量濃度篩選實驗結果

Al（NO3）3· 9H2O 的質量濃度確定實驗的方法同上，結果見表2。由表2 結果可知，Al（NO3）3·9H2O 質量濃度為≥60 g/L時，磷回收率≥100%，實驗選擇Al（NO3）3·9H2O質量濃度為90 g/L［7］。

表2 硝酸鋁質量濃度篩選實驗結果

綜上所述，沿用相關文獻研究結果，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 下微波消解不同時間，所得消解樣結果見表3。

表3 不同微波作用時間實驗結果

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

2.5 方法對比

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

表4 方法對比結果%

由表4知，本方法測定結果與仲裁法無顯著性差異。

2.6 加標回收率實驗

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準液（10 mg/mL，國家標準樣品GSB04-1741-2004，國標（北京）檢驗認證有限公司）5、10、20、30、40 mg/L，用微波微型化實驗測定磷含量，得磷加標回收率為95.6%～106.1%。仲裁法得出硝酸磷鉀肥樣品中w（P2O5） 為19.95%，加入磷標準液5、10、20、30、40 mg/L，進行加標回收率實驗，得磷加標回收率為96.1%～107.2%。

3 結論

微波作用微型化實驗快速測定硝酸磷肥及硝酸磷鉀肥中磷簡化了實驗裝置，大大節約了成本（試劑用量少，能耗低），縮短了測定時間，節省人工，方法安全易掌握，“三廢”污染少，符合綠色化學的要求。硝酸磷肥、硝酸磷鉀肥生產過程中原料、中間產物和最終產品均可采用該方法測定P2O5含量。