絮凝沉淀预处理测定含黄腐酸尿素中缩二脲的方法研究

付智慧

(呼伦贝尔金新化工有限公司，内蒙古 陈巴尔虎旗 021506)

在现代高质量发展的绿色农业中，腐植酸受到越来越多的关注，其具有改良土壤结构、刺激植物生长调节、提高化肥肥效的作用，已在肥料产品中广泛应用。根据颜色和溶解性的不同，分为黑腐酸、黄腐酸、棕腐酸三种。黑腐酸是腐植酸中只溶于碱液，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、碱液，不溶于酸和水的部分；黄腐酸是均能溶于碱、水和酸的部分[1]。

根据GB/T 2440-2017《尿素》[2]中列出的检验分析项目，缩二脲是其中一项衡量尿素产品质量的重要指标，因此各企业在尿素的工艺生产过程中都严格操作控制其含量，准确测定尿素中缩二脲的含量也成为质量检验的一项非常重要的工作。由于GB/T 2441.2-2010《尿素的测定方法(第2部分)：缩二脲含量 分光光度法》[3](简称常规法)具有成本低、操作简单、易于掌握等特点，是目前国内尿素生产企业测定缩二脲含量普遍采用的一种方法。呼伦贝尔金新化工有限公司(以下简称金新化工)在尿素生产过程中，将含黄腐酸的增效剂添加到尿素装置蒸发一、二段之间，通过蒸发造粒技术，生产出含黄腐酸尿素。在测定缩二脲时，发现用水溶解黄腐酸尿素后的溶液呈棕褐色，主要是由于黄腐酸的存在而产生的颜色影响，导致不能直接采用分光光度法开展缩二脲的测定。由于黄腐酸的溶解特性，仅通过调节黄腐酸尿素溶液pH值的方法，不能同其他腐植酸一样将其从尿素溶液中分离[4]，因此该方法不适用。通过一系列研究试验，提出采用加入硫酸锌、氢氧化钠生成氢氧化锌[5]，经絮凝沉淀、离心过滤消除黄腐酸的颜色干扰后，再采用铜复盐分光光度法测定试样中缩二脲含量的方法。

1 实验部分

1.1 实验原理

硫酸锌与黄腐酸反应生成腐植酸锌悬浮液[6]，加入的氢氧化钠与硫酸锌反应生成氢氧化锌絮状沉淀，氢氧化锌絮凝沉降试样中腐植酸锌，使黄腐酸与尿素溶液分离，经离心过滤得到含缩二脲的澄清透明试液后，加入酒石酸钾钠溶液和硫酸铜溶液，反应生成紫红色配合物，在550 nm波长下，用3 cm比色池测定样品的吸光度，与标准曲线的吸光度值相比较，计算得到含黄腐酸尿素试样中的缩二脲含量。

ZnSO4+2NaOH=Zn(OH)2↓+Na2SO4

1.2 实验试剂

(1)硫酸锌溶液100 g/L。称取100 g分析纯硫酸锌，用水溶解后稀释至1 L。

(2)氢氧化钠溶液5 g/L。称取5 g氢氧化钠固体，用水稀释至1 L，于聚乙烯瓶中保存。

(3)酒石酸钾钠50 g/L。

(4)硫酸铜15 g/L。

(5)缩二脲标准溶液4.00 g/L。准确称取缩二脲标准样品2 g(称准至0.000 2 g)置于烧杯中，用水完全溶解后，转移至容量瓶中，稀释至500 mL，混匀，使用前现配。

(6)黄腐酸溶液0.12%，称取浓度为12%的液体黄腐酸10 g(外购原材料)，用水稀释至1 L，摇匀。

1.3 仪器设备

(1)SHZ-88数显水浴恒温振荡器：可温控(30±5)℃。

(2)XP504DR梅特勒分析天平：感量为0.000 1 g。

(3)TD5M离心机：配套100 mL离心管，可设定转速为1 500 r/min。

(4)723分光光度计：带有3 cm比色池，可在550 nm处测量。

1.4 制备方法

1.4.1絮凝沉淀预处理标准曲线制作

(1)絮凝沉淀。取8个50 mL的容量瓶，按表1所示准确移取缩二脲标准溶液体积，分别注入每个容量瓶中，各加入黄腐酸溶液6 mL，加水至约40 mL，摇匀，加入硫酸锌溶液1.5 mL，摇匀，加入氢氧化钠溶液调节试液pH值为7.5，有明显的氢氧化锌絮状沉淀生成，加水稀释至刻度，缓慢摇匀，静置20 min，待絮凝沉降分离。

表1 移取缩二脲标准溶液体积

(2)离心过滤。将上述各个容量瓶溶液分别转入离心管中，旋紧盖子密封，置于离心机中，设置离心机参数为转速1 500 r/min，离心5 min，停止运转后打开盖门小心拿出离心管，轻轻取下离心管的盖子，分别将上层清液(注意避免使离心管底部的沉淀上浮)用中速定量滤纸干过滤[7]至洁净、干燥的100 mL烧杯中，最初的10～20 mL滤液弃去，收集剩余的缩二脲标准系列样品的滤液。

(3)分光光度法测定。经预处理后，用单刻度移液管准确移取上述各烧杯中的25 mL滤液，分别置于8个100 mL容量瓶中，分别用水将每个容量瓶稀释至约50 mL，然后向每个容量瓶中加入20 mL酒石酸钾钠溶液，摇匀，再加入20 mL硫酸铜溶液，摇匀，稀释至刻度，混合均匀。将容量瓶浸入30 ℃的水浴振荡器中，设置转速50～70 r/min，恒温振荡20 min。

30 min内，用3 cm比色池，于波长550 nm处，以不含缩二脲的溶液作为参比溶液，测定各标准比色液的吸光度，以100 mL比色液中含缩二脲标准样品的毫克数为横坐标，对应的校正吸光度(试样溶液吸光度减去试剂空白溶液吸光度)为纵坐标，绘制工作曲线。

1.4.2样品测定

根据黄腐酸尿素中不同的缩二脲含量，按表2所示，称取相应质量的黄腐酸尿素试样于100 mL烧杯中，精确至0.000 2 g，加少量水溶解，然后转移到50 mL的容量瓶中，加水至约40 mL，摇匀，加入1.5 mL硫酸锌溶液，摇匀，加入氢氧化钠溶液调节pH值至7.5，此时会有大量絮状沉淀产生，加水稀释至刻度，缓慢摇匀，静置20 min，待絮凝沉降。

表2 不同缩二脲含量与对应称取的试料质量

以下步骤按1.4.1(2)、1.4.1(3)操作，进行离心过滤和测定吸光度。除不加样品外，按上述操作步骤同时进行空白试验。

1.5 分析结果的表述

以质量分数表示的试样中缩二脲含量为：

式中，m1为测定试样时，从工作曲线上查出的被测试料中缩二脲的质量数值，mg；m2为空白试验时，从工作曲线查出的缩二脲的质量数值，mg；m为称取的试料的质量数值，g。

2 结果与讨论

2.1 探明絮凝沉淀预处理对缩二脲测定的影响

为了探明絮凝沉淀离心过滤预处理操作过程是否对缩二脲的测定产生影响，将增加预处理和未加预处理的缩二脲系列标准溶液分别按照1.4.1和常规法操作步骤进行曲线制作，制作曲线时缩二脲含量和测得的吸光度数据见表3，制作的工作曲线见图1，常规法线性回归方程为y=0.005x+0.002，R2=0.999 5，絮凝沉淀预处理法的线性回归方程y=0.005x+0.003，R2=0.999 5。

表3 常规法和絮凝沉淀预处理法测得吸光度

图1 常规法和预处理法缩二脲工作曲线

通过对比增加絮凝沉淀离心过滤预处理和未加预处理按常规法操作的实验结果发现，相同质量缩二脲对应的吸光度、工作曲线及线性方程基本一致，所以预处理过程未对缩二脲测定产生影响，确定絮凝沉淀离心过滤预处理方法适用。

2.2 氢氧化钠溶液加入量的选择

加入的氢氧化钠溶液主要是与硫酸锌反应，生成氢氧化锌絮状沉淀，氢氧化锌是两性物质，过酸或过碱均会溶解。氢氧化钠加入量过少，导致pH值偏低，生成的氢氧化锌不足，不能较好地沉淀试样中的黄腐酸；加入量过多，则pH值偏高，氢氧化锌又会与氢氧化钠反应生成偏锌酸钠，沉淀溶解。因此，为了得到较好的沉淀效果，操作过程中需严格控制试液的pH值。

为确定氢氧化钠溶液最佳加入量，开展以下实验：称取一组含黄腐酸尿素试样分别加入到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硫酸锌溶液，摇匀。向每支比色管中加入氢氧化钠溶液，调节试样溶液的pH值分别为7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、10.5，稀释至刻度，缓慢摇匀，静置20 min，待絮凝沉淀分离。在实验过程中观察到：当氢氧化钠加入量较少，pH值为7.0时，生成的氢氧化锌沉淀不足，不能较好地沉淀试样中的黄腐酸，20 min后上层溶液显淡黄色。随着氢氧化钠加入量的增多，pH值为7.5时，快速生成了大量的氢氧化锌絮状沉淀，而且絮状沉淀较大，20 min后上层溶液澄清、透明。当氢氧化钠加入量较多，pH值为8.0、8.5时，20 min后上层溶液略显淡黄褐色。当氢氧化钠加入量过多，pH值为9.0、10.5时，20 min后上层溶液有明显的黄褐色。根据上述实验现象，为得到最佳絮凝沉淀效果，提出加入氢氧化钠溶液的量以调节试样溶液的pH值至7.5为宜。

2.3 硫酸锌溶液加入量的选择

由于硫酸锌溶液不仅与黄腐酸反应生成腐植酸锌，还与氢氧化钠反应生成氢氧化锌沉淀。若加入硫酸锌溶液的量太少，不能充分反应，沉降黄腐酸效果不明显；若加入硫酸锌溶液量太多，后续氢氧化钠溶液的加入量也会随之增多，而且造成试剂浪费。

为了确定硫酸锌溶液的最佳加入量，开展以下实验：分别称取3 g、6 g、8 g、10 g、12 g、14 g、16 g不同质量的含黄腐酸尿素于比色管中，对应的黄腐酸含量分别为3.6 mg、7.2 mg、9.6 mg、12 mg、14.4 mg、16.8 mg、19.2 mg，加水溶解，其他条件不变，然后按照1.4.2样品的操作步骤进行测定，效果见图2(从左到右依次按上述称样质量排列)。

图2 不同黄腐酸含量加入定量硫酸锌效果

在实验过程中发现：在试液pH值为7.5的条件下，1.5 mL硫酸锌溶液对应7.2 mg黄腐酸可达到较好的实验效果，随着黄腐酸含量的提高，应适当增加硫酸锌溶液的加入量。

2.4 精密度实验

称取同一含黄腐酸尿素样品，按照1.4.2步骤进行样品测定，多次测定的结果见表4。

表4 含黄腐酸尿素多次测定的结果

通过分析以上数据可得到，算数平均值为1.04%，相对标准偏差为0.62%，此分析方法的精密度比较高。

2.5 准确度实验

按1.4.2样品测定方法，称取一组含黄腐酸尿素，分别加入含量为4.00 g/L缩二脲标准溶液5 mL、10 mL进行平行加标回收实验，测得结果见表5。

表5 含黄腐酸尿素缩二脲平行加标回收数据

以上分析数据显示，含黄腐酸尿素样品经絮凝沉淀离心过滤预处理后，再按铜复盐分光光度法测定缩二脲含量，得到加标回收率在97.0%～100.5%之间，满足实验要求。

3 实验结论

本研究建立了一种絮凝沉淀离心过滤预处理测定含黄腐酸尿素中缩二脲的分析方法，通过加入硫酸锌和氢氧化钠，反应生成氢氧化锌沉淀，经絮凝沉降、离心过滤，将黄腐酸与尿素溶液分离，得到澄清透明试液，消除了黄腐酸产生的颜色干扰，再按铜复盐分光光度法测定缩二脲含量，可得到准确的分析数据。此方法操作过程简单，精密度标准偏差为0.62%，准确度在97.0%～100.5%之间，分析检验成本低。在实际应用中需注意硫酸锌溶液的加入量，使其既能与黄腐酸充分反应，还能与氢氧化钠生成足量的氢氧化锌，以达到较好沉降黄腐酸的效果。加入的氢氧化钠溶液的量，以调节试样溶液的pH值为7.5，效果最佳。