СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА АЗОТСОДЕРЖАЩИХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЬЕЗОСЕНСОРОВ
METHOD OF ASSESSING QUALITY OF NITROGEN-CONTAINING MINERAL FERTILISERS WITH APPLICATION OF BIOSENSORS

Изобретение относится к аналитической химии неорганических соединений и может быть использовано для оценки качества минеральных удобрений.
Технической задачей изобретения является разработка способа оценки качества азотсодержащих минеральных удобрений с использованием пьезосенсоров, позволяющего оценивать качество азотсодержащих минеральных удобрений и расширить диапазон определения концентраций общего азота (1-40% мас.) с применением пьезокварцевого преобразователя с тонкопленочным покрытием, характеризующегося высокой чувствительностью, с низкими пределами обнаружения аммиака, точностью, экспрессностью и селективностью анализа, объективностью измерения и принятия решения.
3
3
3
3
+
+
max
max
max
4
max
NH4
Для решения технической задачи изобретения предложен способ оценки качества азотсодержащих минеральных удобрений с использованием пьезосенсоров, характеризующийся тем, что в качестве тест-устройства используют пьезокварцевый резонатор с собственной частотой колебаний 10 МГц, электроды которого модифицируют нанесением на них из индивидуального ацетонового раствора полидиэтиленгликольсукцината так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя сушкой в сушильном шкафу при температуре 40-50°С в течение 15-20 мин составила 15-20 мкг, который помещают в закрытую ячейку детектирования статического одноканального анализатора газов и выдерживают в нем в течение 5 мин для установления стабильного нулевого сигнала, затем в пробоотборник отбирают пробу азотсодержащего минерального удобрения массой 0,050 г, растворяют в дистиллированной воде (10 см), плотно закрывают полиуретановой пробкой, через которую вводят 1 см раствора гидроксида натрия с концентрацией 4 моль/дм, выдерживают полученный раствор при температуре 20±1°С в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами аммиака, затем отбирают шприцем через полиуретановую пробку 1 см равновесной газовой фазы и инжектируют ее в закрытую ячейку детектирования статического одноканального анализатора газов, фиксируют в течение 60 с изменение частоты колебаний пьезосенсора, рассчитывают аналитический сигнал - максимальное изменение частоты колебаний ΔF в течение 60 с ΔF=f(τ), и по градуировочному графику, построенному в координатах ΔFот концентрации ионов NH (ΔF=f (C , %)), определяют содержание аммиака, причем градуировочный график строят по стандартным растворам аммиачной селитры, для удобрений, содержащих азот в разных формах, по содержанию аммонийного азота пересчитывают его содержание на общий азот, для этого полученные по градуировочному графику концентрации аммиака умножают на поправочный коэффициент 82,4.
Технический результат изобретения заключается в экспрессности измерений, расширении диапазона определения концентраций общего азота (1-40% мас.), высокой чувствительности, низких пределах обнаружения аммиака, точности, селективности анализа, объективности измерения и принятия решения.
max
На фиг.1 представлена выходная кривая пьезосенсора с пленкой полидиэтиленгликольсукцината в парах аммиака (ΔF=f (t, с));
max
NH4
,
+
на фиг.2 - градуировочный график для пьезосенсора с полидиэтиленгликольсукцинатом при детектировании паров аммиака в модельных растворах аммиачной селитры (ΔF=f (C  %)).
Способ оценки качества азотсодержащих минеральных удобрений с использованием пьезосенсоров заключается в следующем.
3
3
3
+
+
max
max
4
max
NH4
На электроды пьезокварцевого резонатора, используемого в качестве тест-устройства, наносят из индивидуального ацетонового раствора полидиэтиленгликольсукцинат так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя сушкой в сушильном шкафу при температуре 40-50°С в течение 15-20 мин составила 15-20 мкг. Подготовленный пьезокварцевый резонатор с пленкой помещают в закрытую ячейку детектирования статического одноканального анализатора газов и фиксируют исходный («нулевой») отклик сенсора - частоту колебания. Затем в пробоотборник отбирают пробу азотсодержащего минерального удобрения массой 0,050 г, растворяют в дистиллированной воде (10 см) и плотно закрывают полиуретановой пробкой, через которую вводят 1 см раствора гидроксида натрия с концентрацией 4 моль/дм, выдерживают полученный раствор при температуре 20±1°С в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами аммиака. Затем в ячейку вкалывают шприцем равновесную газовую фазу, содержащую пары аммиака. Регистрируют частотомером или с помощью компьютера с программой изменение частоты колебания пьезокварцевого резонатора с пленкой в парах аммиака в течение 60 с (фиг.1). Рассчитывают максимальное изменение частоты колебаний сенсора при введении паров аммиака ΔF. Содержание аммиака определяют по градуировочному графику, построенному в координатах ΔFот концентрации ионов NH (ΔF=f (C , %)), причем градуировочный график строят по стандартным растворам аммиачной селитры (фиг.2). Для удобрений, содержащих азот в разных формах, по содержанию аммонийного азота пересчитывают его содержание на общий азот, для этого полученные по градуировочному графику концентрации аммиака умножают на поправочный коэффициент 82,4.
Все измерения проводят в закрытой ячейке детектирования одноканального анализатора газов с инжекторным вводом пробы в статических условиях.
Способ поясняется следующим примером.
Пример 1.
3
3
3
+
max
max
NH4
На обезжиренный этиловым спиртом электрод пьезокварцевого резонатора с собственной частотой колебаний 10 МГц наносят микрошприцем из индивидуального ацетонового раствора полидиэтиленгликольсукцинат и удаляют свободный растворитель в сушильном шкафу в течение 20 мин при температуре 45°С, располагая резонатор строго горизонтально в держателе. Масса пленки после сушки и охлаждения составляет 17,9 мкг. Подготовленный резонатор с пленкой помещают в закрытую ячейку детектирования статического одноканального анализатора газов и фиксируют исходный («нулевой») отклик сенсора - частоту колебания. Дрейф «нулевой» линии после сушки составляет ±2 Гц/мин. При большем отклонении резонатор с пленкой повторно сушат. Готовят стандартные растворы аммиачной селитры с различным содержанием общего азота. В пробоотборник отбирают пробы аммиачной селитры в количестве от 0,01 до 0,1 г с точностью ±0,005 г, растворяют в дистиллированной воде (10 см) и плотно закрывают полиуретановой пробкой, через которую вводят 1 см раствора гидроксида натрия с концентрацией 4 моль/дм, выдерживают полученный раствор при температуре 20±1°С в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами аммиака. Затем в ячейку вкалывают шприцем равновесную газовую фазу, содержащую пары аммиака. Регистрируют частотомером или с помощью компьютера с программой изменение частоты колебания пьезокварцевого резонатора с пленкой в парах аммиака в течение 60 с (фиг.1). Рассчитывают максимальное изменение частоты колебаний сенсора при введении паров аммиака ΔF и строят градуировочный график в координатах ΔF=f (C , %) (фиг.2). Для исследования берут нитроаммофоску с содержанием общего азота 17% мас. Вкалывают в детектор шприцем равновесную газовую фазу над раствором нитроаммофоски, содержащую аммиак. Фиксируют частотомером или с помощью компьютера с программой изменения отклика сенсора (частота колебаний) в течение 60 с (фиг.1). Рассчитывают изменение частоты колебаний сенсора (аналитический сигнал) при введении равновесной газовой фазы, содержащую аммиак, и по градуировочному графику (фиг.2) находят его содержание в анализируемом удобрении. Для удобрений, содержащих азот в разных формах, по содержанию аммонийного азота пересчитывают его содержание на общий азот, для этого полученные по градуировочному графику концентрации аммиака умножают на поправочный коэффициент 82,4.
Пример 2.
Анализ осуществляли аналогично примеру 1, но нитроаммофоску брали с содержанием общего азота 22% мас.
Пример 3.
Анализ осуществляли аналогично примеру 1, но нитроаммофоску брали с содержанием общего азота 15% мас.
Пример 4.
Анализ осуществляли аналогично примеру 1, но нитроаммофоску брали с содержанием общего азота 24% мас.
Предложенный способ оценки качества азотсодержащих минеральных удобрений с использованием пьезосенсора характеризуется по техническому результату экспрессностью и селективностью определения.
Правильность способа проверена по стандартной методике определения аммонийного азота.
Способ осуществим.
Как видно из примеров, таблицы и фиг. 1-2, предложенный способ оценки качества азотсодержащих минеральных удобрений с использованием пьезосенсора позволяет оценить качество азотсодержащих минеральных удобрений при применении в качестве тест-устройства пьезокварцевого преобразователя, модифицированного из индивидуального ацетонового раствором полиэтиленгликольсукцинатом, путем нанесения его на электрод с последующим определением содержания общего азота в широком диапазоне концентраций (1-40% мас.), сушкой в течение 15-20 мин при температуре 40-50°С, так, что масса пленки сорбента составляет 15-20 мкг, содержание аммиака находят по градуировочному графику по отклику резонатора с пленкой в равновесной газовой фазе, содержащей аммиак, измеренному в течение 60 с.
Способ экспрессный, легко осуществим, высокоселективный, применим для определения качества азотсодержащих минеральных удобрений с различным содержанием общего азота.
Изменение природы сорбента, способа формирования пленки модификатора, температуры и времени при сушке, а также ее массы не позволяет сформировать однородное тонкопленочное покрытие на поверхности пьезокварцевого преобразователя и, как следствие, приводит к снижению чувствительности и высокой погрешности определения содержания азота в минеральных удобрениях. Изменение времени регистрации аналитического сигнала сенсора при сорбции приводит к высоким погрешностям построения градуировочного графика и количественной оценки паров аммиака в равновесной газовой фазе.
Предложенный способ оценки качества азотсодержащих минеральных удобрений с использованием пьезосенсоров характеризуется:
- широким диапазоном определения концентраций общего азота (1-40% мас.);
- высокой чувствительностью с низкими пределами обнаружения аммиака;
- экспрессностью;
- селективностью анализа;
- точностью (погрешность анализа 5%);
- объективностью измерения и принятия решения.