Analisi multiparametrica nei fertilizzanti mediante titolazione termometrica

Il fosforo è un macronutriente essenziale per la fotosintesi e la crescita ottimale delle colture. Fornisce alle piante l'energia necessaria per estrarre altri nutrienti dal terreno. Tradizionalmente, il contenuto totale di fosforo viene determinato mediante analisi gravimetrica. In alternativa, si possono utilizzare l'analisi spettrofotometrica o la spettrometria di emissione atomica al plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES). Tutti questi metodi richiedono lunghe fasi di preparazione del campione o calibrazioni periodiche.

La titolazione termometrica del fosforo si basa sulla determinazione gravimetrica, ma elimina i lunghi tempi di essiccazione necessari per raggiungere un peso costante. Un'aliquota appropriata del campione viene introdotta nel recipiente di titolazione e vengono aggiunti 5 mL di tampone a pH 10 (cloruro di ammonio/ammoniaca) e 5 mL di soluzione di ossalato (per precipitare l'eventuale calcio interferente). La soluzione viene quindi portata a un volume finale di 30 mL con acqua deionizzata e titolata con un titolante di nitrato di magnesio fino al raggiungimento del punto finale esotermico (Figura 1).

L'azoto, macronutriente essenziale, è un componente fondamentale degli amminoacidi (elementi costitutivi delle proteine) e degli acidi nucleici (DNA e RNA). Nei fertilizzanti inorganici, l'azoto è tipicamente presente sotto forma di ammonio, nitrato o urea. L'ammoniaca viene solitamente determinata dopo distillazione alcalina mediante retrotitolazione acido-base. Altre specie azotate vengono spesso convertite in ammoniaca tramite digestione prima dell'analisi.

Con la titolazione termometrica si utilizza un approccio diverso. Gli ioni ammonio, così come l'urea, reagiscono esotermicamente con l'ipoclorito in una reazione redox. Questa reazione è ulteriormente catalizzata dalla presenza di ioni bromuro in una soluzione leggermente alcalina.

Per analizzare l'azoto ammoniacale e l'urea con il metodo TET, si preleva un'aliquota appropriata del campione e la si introduce nel recipiente di titolazione, aggiungendo poi 10 mL di una soluzione di bromuro/bicarbonato. La soluzione viene quindi portata a un volume finale di 50 mL con acqua deionizzata e titolata con ipoclorito fino al raggiungimento del punto finale esotermico (Figura 2).

Il potassio è un macronutriente essenziale per le colture. Regola il loro fabbisogno idrico e le rende più resistenti alla siccità. Tradizionalmente, il contenuto di potassio veniva determinato mediante analisi gravimetrica. Più recentemente, per questa determinazione si utilizza la spettrometria di emissione atomica al plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES), ma la strumentazione è molto costosa.

La titolazione termometrica del potassio si basa sulla precipitazione del potassio con tetrafenilborato di sodio (STPB). Si tratta di una titolazione rapida, e per questo motivo è già stata integrata in diverse norme cinesi sui fertilizzanti (HG/T 2321 per il fosfato monopotassico, GB/T 20784 per il nitrato di potassio e GB/T 37918 per il cloruro di potassio).

Una quantità appropriata di campione viene aggiunta al recipiente di titolazione. La soluzione viene quindi portata a un volume finale di 30 mL con acqua deionizzata e titolata con STPB fino al raggiungimento del punto finale esotermico (Figura 3).

Lo zolfo è un macronutriente secondario per le colture. Svolge un ruolo importante nella crescita dei cloroplasti e agisce anche da catalizzatore per l'assorbimento dell'azoto. Lo zolfo viene solitamente fornito sotto forma di solfato. L'acido solforico influenza anche il processo di produzione di acido fosforico per via umida, pertanto la conoscenza del suo contenuto è fondamentale.

Convenzionalmente, lo zolfo viene determinato per via gravimetrica. La stessa reazione di precipitazione con il bario viene utilizzata anche per la titolazione termometrica, senza la necessità di essiccazione per pesatura, che richiederebbe molto tempo.

Per l'analisi, un'aliquota appropriata del campione viene aggiunta al recipiente di titolazione e acidificata (se necessario). La soluzione viene quindi portata a un volume finale di 30 mL con acqua deionizzata e titolata con cloruro di bario fino al raggiungimento del punto finale esotermico (Figura 4). Per migliorare la sensibilità del metodo, ai campioni può essere aggiunta una soluzione standard di acido solforico.