Análise multiparâmetro em fertilizantes por titulação termométrica

15 de mar. de 2021

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Este artigo é Parte 3 de uma série.

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A agricultura sem fertilizantes já não é possível – sem eles, a população global estimada hoje em 7,9 mil milhões de pessoas não poderia ser sustentada. Os fertilizantes fornecem às plantas os nutrientes necessários para um crescimento ideal. O fertilizante ideal depende não só da cultura, mas também do solo. Para obter os melhores resultados é essencial o conhecimento da composição do fertilizante.

Para saber mais sobre as origens dos fertilizantes industriais, leia sobre o Processo Haber-Bosch em nossa série sobre o História da Química.

Uma História da Química – Parte 4

Diferentes fertilizantes para diferentes necessidades

Os fertilizantes podem ser classificados de várias maneiras, sendo uma delas a sua origem. Os fertilizantes derivados de plantas e/ou animais, como esterco ou esterco, são geralmente chamados de «fertilizantes orgânicos», enquanto os fertilizantes obtidos a partir de sais minerais ou minérios são chamados «fertilizantes inorgânicos».

A classificação mais utilizada de fertilizantes inorgânicos é baseada na sua composição de nutrientes. A classificação por composição de nutrientes permite que os agricultores selecionem o fertilizante ideal para o seu solo e culturas. Os fertilizantes de nutriente único ou simples fornecem apenas um nutriente. Exemplos são nitrato de amônio ou superfosfato simples. Mais comuns são os fertilizantes multinutrientes que consistem em dois ou mais nutrientes. Os exemplos aqui incluem fertilizantes de fosfato monoamônico ou NPK (nitrogênio-fosfato-potássio).

Nutrientes para plantas

Os macronutrientes azoto, fósforo, e potássio são os principais nutrientes requeridos pela planta para o seu crescimento. Outros nutrientes secundários, como enxofre e cálcioou micronutrientes como boro também são essenciais, mas necessários em quantidades menores.

Por que analisar a composição do fertilizante?

A seleção da composição ideal do fertilizante é essencial para o crescimento adequado das plantas. As culturas sofrerão de deficiência de nutrientes, no entanto, adicionar uma abundância deles pode ser prejudicial, resultando na queima de fertilizantes, por exemplo.

Além disso, a libertação de demasiados fertilizantes de uma só vez pode levar a uma poluição ambiental indesejável. Os produtores de fertilizantes são, portanto, obrigados a especificar a quantidade de nutrientes nos seus produtos, e existem várias normas da ISO, EN e AOAC para a determinação padronizada destes nutrientes.

Titulação termométrica para análise de fertilizantes

Tradicionalmente, os principais nutrientes dos fertilizantes são determinados por métodos analíticos como gravimetria, fotometria ou ICP-OES. Esses métodos exigem preparação demorada da amostra ou o uso de equipamentos de análise caros. A titulação termométrica fornece uma solução alternativa barata para a Análise de potássio, fósforo, enxofre, nitrogênio amoniacal, e ureia sem quaisquer etapas demoradas.

Usando titulação termométrica

to analyze fertilizer composition has several benefits:

Analysis of multiple parameters with one device
Automation possibility for analyzing multiple samples a day
Rapid results for each parameter with titration times under five minutes

Quer saber mais sobre análise de fertilizantes com titulação termométrica? Baixe gratuitamente nosso Papel branco neste tópico.

White Paper: Análise multiparâmetro em fertilizantes – Rápido e fácil via titulação termométrica

Termômetro livre de manutenção da Metrohm usado para indicação rápida e confiável de pontos finais de titulação termométrica.

O que é titulação termométrica?

A titulação termométrica (TET) é baseada no princípio da mudança de entalpia. Cada reação química está associada a uma mudança na entalpia que, por sua vez, causa uma mudança de temperatura. Esta mudança de temperatura durante uma titulação pode ser medida com um termistor altamente sensível para determinar o ponto final da titulação.

Se você quiser ler mais sobre os princípios básicos da titulação termométrica, clique no link abaixo.

Titulação termométrica – a peça que faltava no quebra-cabeça

Sistema de titulação termométrica composto por um Titrotherm 859 totalmente equipado com Thermoprobe, suporte de titulação e bureta e software tiamo para análise multiparâmetro de fertilizantes.

Como são realizadas as análises?

Nesta seção explicarei como são feitas as análises de vários macronutrientes em fertilizantes usando titulação termométrica.

Figure 1. Curva de titulação exotérmica da determinação de fosfato em fertilizante NPK (azul = curva de titulação, rosa = segunda derivada mostrando o ponto final).

O fósforo é um macronutriente essencial para a fotossíntese e o crescimento ideal das culturas, pois fornece energia para extrair outros nutrientes do solo. Historicamente, o teor total de fósforo é determinado por análise gravimétrica. Alternativamente, a análise espectrofotométrica ou ICP-OES pode ser utilizada para a determinação. Todos esses métodos exigem etapas demoradas de preparação de amostras ou calibrações regulares.

A titulação termométrica do fósforo é baseada na determinação gravimétrica, mas sem longos tempos de secagem para atingir peso constante. Uma alíquota apropriada de amostra é adicionada ao recipiente de titulação e 5 São adicionados mL de tampão pH 10 (cloreto de amônio/amônia), bem como 5 mL de uma solução de oxalato (para precipitar qualquer cálcio interferente). A solução é então completada para 30 mL com água deionizada e titulada com um titulante de nitrato de magnésio até após a exotérmico ponto final.

Para obter informações mais detalhadas sobre titulação termométrica de fósforo, baixe um dos seguintes documentos de inscrição gratuitos.

Determinação de ácido fosfórico em fertilizante líquido

Fosfato total em ácido fosfórico e fertilizantes fosfatados

Determinação rápida e confiável de fosfato em fertilizantes

Figure 2. Curva de titulação exotérmica de nitrogênio amoniacal e uréia em um fertilizante NPK (azul = curva de titulação, rosa = segunda derivada mostrando o ponto final). O primeiro ponto final (esquerda) corresponde à amônia e o segundo (direita) à uréia.

O nitrogênio é um macronutriente essencial, pois é um componente de aminoácidos (blocos de construção de proteínas) e ácidos nucléicos (blocos de construção de DNA). Em fertilizantes inorgânicos, o nitrogênio geralmente está presente como amônio, nitrato ou uréia. A amônia é geralmente determinada após destilação alcalina por retrotitulação ácido-base, enquanto outras espécies de nitrogênio são geralmente primeiro convertidas em amônia por digestão antes da análise.

Com a titulação termométrica, uma abordagem diferente é usada. Os íons de amônio e a uréia reagem exotérmicamente com hipoclorito em uma reação redox. Esta reação é ainda catalisada na presença de íons brometo em uma solução ligeiramente alcalina.

Para analisar o nitrogênio amoniacal e a ureia, uma alíquota apropriada de amostra é adicionada ao recipiente de titulação e, em seguida, 10 mL de uma solução de brometo/bicarbonato é adicionada. A solução é então completada para 50 mL com água deionizada e titulada com hipoclorito até após o ponto final exotérmico.

Para informações mais detalhadas sobre titulação termométrica de amônio e uréia, confira o seguinte Notas de aplicação gratuitas.

Determinação de íons de amônio por titulação com hipoclorito

Nitrogênio amoniacal e ureico em fertilizantes NPK com TET

Figure 3. Curva de titulação exotérmica da determinação de potássio em potássio (azul = curva de titulação, rosa = segunda derivada mostrando o ponto final).

O potássio é um macronutriente essencial para as culturas, necessário para regular a sua água e torná-las mais resistentes às secas. Historicamente, o teor de potássio é determinado por análise gravimétrica. Mais recentemente, o ICP-OES é utilizado para esta determinação, mas a instrumentação é muito cara.

A titulação termométrica do potássio é baseada na precipitação do potássio com tetrafenil borato de sódio (STPB). É uma titulação rápida e por isso já foi integrada em diversas normas chinesas sobre fertilizantes (HG/T 2321 para dihidrogenofosfato de potássio, GB/T 20784 para nitrato de potássio, e GB/T 37918 para cloreto de potássio).

Uma alíquota apropriada de amostra é adicionada ao recipiente de titulação. A solução é então completada para 30 mL com água deionizada e titulada com STPB até após a exotérmico ponto final é alcançado.

Para informações mais detalhadas sobre titulação termométrica de potássio, baixe nosso Notas de aplicação relacionadas gratuitas

Potássio em fertilizantes com TET

Potássio em potássio com TET

Figure 4. Curva de titulação exotérmica da determinação de sulfato em um fertilizante NPK enriquecido com uma quantidade conhecida de ácido sulfúrico para melhor reconhecimento do ponto final (azul = curva de titulação, rosa = segunda derivada mostrando o ponto final).

O enxofre é um macronutriente secundário e desempenha um papel importante no crescimento do cloroplasto, além de atuar como catalisador para a absorção de nitrogênio. O enxofre é geralmente fornecido na forma de sulfato. O ácido sulfúrico também influencia o processo de produção de ácido fosfórico úmido e, portanto, o conhecimento do seu conteúdo é crucial.

Convencionalmente, o enxofre é determinado por gravimetria. A mesma reação de precipitação com bário também é usada para a titulação termométrica, sem demorada secagem até peso.

Para a análise, uma alíquota apropriada de amostra é adicionada ao recipiente de titulação e acidificada (se necessário). A solução é então completada para 30 mL com água deionizada e titulada com cloreto de bário até após a exotérmico ponto final. Para melhorar a sensibilidade do método, as amostras podem ser enriquecidas com uma solução padrão de ácido sulfúrico.

Para informações mais detalhadas sobre titulação termométrica de enxofre, baixe nosso documentos de inscrição gratuitos abaixo.

Determinação de sulfato em fertilizantes fosfatados granulares

Determinação de sulfato em ácido fosfórico (amostras de fertilizantes líquidos)

Determinação de sulfato em ácido fosfórico com adição padrão

Sulfato em fertilizantes com TET

Resumo

A titulação termométrica é uma método de análise barato sem a necessidade de manutenção ou calibrações dispendiosas. Ele fornece um rápido e robusto solução para determinação de múltiplos parâmetros em fertilizantes. Se você deseja saber mais sobre titulação termométrica e seu potencial para resolver desafios de aplicação, não hesite em entrar em contato com seu representante local da Metrohm!