Applicazioni

L'urea è ampiamente utilizzata come fertilizzante a rilascio di azoto con oltre il 90 % della produzione di urea destinata ad applicazioni agricole. L'urea è nota anche per la caratteristica di formare dei complessi con gli acidi grassi utilizzati per la separazione delle miscele di complessi e per i processi di purificazione. In questa nota applicativa, presentiamo la quantificazione della concentrazione di urea in etanolo mediante spettroscopia Raman e mostriamo come questo metodo può essere impiegato per determinare la percentuale di urea in un composto di inclusione solida con acido stearico.

Vengono valutati tre differenti sistemi di soppressione mediante cromatografia ionica. Inoltre vengono rilevati vari fosfati così come anioni mono e bivalenti con gradiente di eluizione.

La titolazione termometrica risolve alcuni problemi analitici non risolvibili, o risolvibili in modo insoddisfacente, con le titolazioni potenziometriche.

Alla determinazione fotometrica dei nitrati vengono posti dei limiti, in quanto i rispettivi metodi (acido salicilico, brucina, 2,6-dimetilfenolo, reagente di Nessler dopo la riduzione del nitrato in ammonio) sono soggetti a interferenze. La determinazione potenziometrica diretta cono utilizzo di un elettrodo per nitrati ionoselettivo incontra delle difficoltà in presenza di grandi quantità di cloruro o di composti organici contenenti gruppi carbossilici. Con la determinazione dei nitrati con metodo polarografico è disponibile una procedura con cui, con un dispendio relativamente piccolo di tempo, vengono ottenuti risultati accurati praticamente privi di interferenze. Il limite di determinazione dipende dalla matrice ed è di circa 1 mg/L.

In questo Application Bulletin si fornisce una panoramica della determinazione volumetrica del contenuto d'acqua secondo Karl Fischer. Si descrive, tra l'altro, l'uso di elettrodi, campioni e standard idrici. Le procedure e i parametri descritti sono conformi alla norma ASTM E203.

È noto da anni che un consumo eccessivo di nitrati attraverso gli alimenti può causare cianosi, soprattutto nei bambini piccoli e negli adulti sensibili. Secondo lo standard dell'OMS, la soglia di pericolo si trova a una concentrazione della massa c(NO3-) ≥ 50 mg/L. Tuttavia, altri studi recenti hanno dimostrato che concentrazioni troppo elevate di nitrato nel corpo umano possono provocare (tramite i nitriti) la formazione di nitrosammine cancerogene e anche più pericolose.I metodi fotometrici noti per la determinazione dell'anione nitrato richiedono molto tempo e sono soggetti a un'ampia gamma di interferenze. Con l'aumento continuo dell'importanza dell'analisi del nitrato, è cresciuta anche la richiesta di un metodo selettivo, rapido e relativamente preciso. In questo Application Bulletin si descrive proprio un metodo del genere. In appendice è riportata una selezione di esempi di applicazioni in cui sono state determinate le concentrazioni di nitrato in campioni di acqua, estratti di terreno, fertilizzanti, verdure e bevande.

Sebbene i metodi fotometrici noti per la determinazione di ammoniaca/ammonio siano precisi, essi richiedono una notevole quantità di tempo (tempo di reazione del metodo Nessler 30 minuti, tempo di reazione del metodo indofenolo 90 minuti). Un ulteriore svantaggio di questi metodi è rappresentato dal fatto che consentono di misurare solo soluzioni trasparenti. Le soluzioni opache vanno prima chiarificate mediante procedure che richiedono molto tempo. Questi problemi non si pongono con l'elettrodo iono-selettivo per ammoniaca. Quest'ultimo consente di eseguire misure facilmente nelle acque reflue, nei fertilizzanti liquidi e nelle urine, nonché negli estratti dal suolo. Soprattutto per i campioni di acqua pulita e di acque reflue, vi sono molte norme, ad esempio ISO 6778, EPA 350.2, EPA 305.3 e ASTM D1426, che descrivono l'analisi dell'ammonio mediante misura ionica. In questo Application Bulletin, si descrive la determinazione secondo tali norme, oltre alla determinazione di altri campioni, e si forniscono consigli e suggerimenti circa la gestione dell'elettrodo iono-selettivo per ammoniaca. La determinazione dell'ammoniaca nei sali di ammonio, del contenuto di acido nitrico nei nitrati e del contenuto di azoto nei composti organici con elettrodo iono-selettivo per ammoniaca si basa sul principio per cui lo ione di ammonio viene rilasciato come ammoniaca nel momento in cui si aggiunge soda caustica in eccesso:NH4+ + OH- = NH3 + H2OLa membrana esterna dell'elettrodo consente il passaggio dell'ammoniaca all'interno. La variazione del valore di pH nella soluzione interna dell'elettrolita viene monitorata mediante elettrodo di vetro combinato. Se la sostanza da misurare non è presente in forma di sale di ammonio, occorre prima convertirla in tale forma. I composti organici dell'azoto, soprattutto gli amminocomposti, vengono digeriti secondo il metodo Kjeldahl mediante riscaldamento con acido solforico concentrato. Durante il processo, il carbonio viene ossidato in biossido di carbonio, mentre l'azoto organico viene trasformato quantitativamente in solfato di ammonio.

Il potassio è uno degli elementi più comuni e si trova in molti diversi minerali e in altri composti del potassio. È importante per uomini, animali e piante, in quanto si tratta di un nutriente minerale essenziale coinvolto in molte funzioni delle cellule, quali il metabolismo e la crescita cellulare. Pertanto, è importante poter dichiarare il contenuto di potassio di alimenti e terreno per ridurre i problemi che potrebbero derivare da un deficit di potassio o un ampio consumo.In questo bollettino si descrive un metodo, alternativo alla fotometria di fiamma, che implica l'uso di un elettrodo iono-selettivo e la misura diretta oppure la tecnica dell'aggiunta standard. Vengono presentate molte determinazioni di potassio in diverse matrici utilizzando l'elettrodo iono-selettivo (ISE, ion-selective electrode) combinato per potassio. Inoltre, vengono forniti suggerimenti, consigli e trucchi generali per mettere in atto la migliore prassi di misura.

Questo Application Bulletin fornisce una panoramica della determinazione coulometrica del contenuto d'acqua secondo Karl Fischer. Descrive, tra l'altro, il trattamento di elettrodi, campioni e standard idrici. Le procedure e i parametri descritti sono conformi alla norma ASTM E1064.

Il solfato può essere titolato rapidamente e facilmente termometricamente utilizzando una soluzione standard di Ba2+ come titolante. Nell'industria, questa procedura diffusa viene applicata alla determinazione del solfato nell'acido fosforico a umido. Questo bollettino tratta la determinazione del solfato in fertilizzanti granulari come MAP (fosfato monoammonico), DAP (fosfato diammonico) e TSP (perfosfato triplo). I risultati sono riportati come percentuale di zolfo elementare, %S.

Il solfato può essere titolato rapidamente e facilmente termometricamente utilizzando una soluzione standard di Ba2+ come titolante. Nell'industria, questa procedura diffusa viene applicata alla determinazione del solfato nell'acido fosforico a umido.

Il fosfato può essere titolato rapidamente e facilmente termometricamente utilizzando una soluzione standard di Mg2+ come titolante. La soluzione contenente fosfato viene basificata e tamponata con una soluzione di NH3/NH4Cl prima della titolazione. La formazione di MgNH4PO4 insolubile è esotermica. Il metodo è un adattamento titrimetrico di una classica procedura gravimetrica. Questo bollettino tratta la determinazione del fosfato in acido fosforico e fertilizzanti granulari come MAP (fosfato monoammonico), DAP (fosfato diammonico) e TSP (perfosfato triplo). I risultati sono riportati come percentuale di P e P2O5.

Il contenuto di acido fosforico può essere facilmente titolato con una soluzione standardizzata di NaOH 2 mol/L. Il contenuto di calcio interferente nel fertilizzante fosforico può essere eliminato aggiungendo una soluzione satura di ossalato.

EC-SERS enhances Raman sensitivity using electrochemically activated gold SPEs, enabling rapid, simplified pesticide detection without complex prep or instrumentation.

Determinazione di ammonio, magnesio e calcio in un fertilizzante mediante cromatografia cationica con successiva rilevazione diretta della conducibilità.

Determinazione di ammonio, potassio, magnesio e calcio in un fertilizzante liquido mediante cromatografia cationica con successiva rilevazione diretta della conducibilità.

Determinazione di ioni di ortofosfato solubili, per esempio, concimi fosfatici solubili come DAP.

Determinazione di piccole quantità di solfato (fino a ca. 20 mg/L SO) mediante titolazione termometrica.

Il fosforo è un macronutriente primario per le piante, nonché un costituente del DNA e dell'adenosina trifosfato (ATP), è coinvolto in molti processi biologici che richiedono energia. Nei fertilizzanti, il fosforo è presente sotto forma di fosfato, poiché la forma di fosforo più disponibile per le piante è il diidrogeno fosfato. Conoscere il contenuto di fosforo aiuta a selezionare il fertilizzante giusto per le piante.Solitamente, la determinazione del fosfato avviene per via gravimetrica (una procedura che richiede tempo) o spettrometrica (strumentazione costosa). In questa Application Note viene presentato un metodo alternativo, in cui si determina il contenuto di fosfato mediante titolazione per precipitazione con il magnesio. Sono stati analizzati vari fertilizzanti NPK solidi e liquidi con contenuto di fosforo compreso tra 6,5 e 17%. L'analisi con titolazione termometrica non richiede la preparazione del campione in caso di fertilizzanti NPK liquidi e necessita solo di un minimo di preparazione del campione in caso di fertilizzanti NPK solidi. Una determinazione richiede circa 5 minuti.

Determinazione di ioni ammonio in sali e miscele di ammonio contenenti ioni ammonio.

Questa Application Note amplia la AN-H-003 trattando l'aggiunta di solfato in forma di acido solforico. Questa tecnica è utile nei casi in cui la precisione e l'accuratezza dei risultati sono influenzati dal fatto che, da un lato il tenore di solfato per una titolazione diretta è troppo basso o, dall'altro, che la matrice del campione rende difficile il rilevamento del punto finale.

Lo zolfo è un macronutriente secondario delle piante ed è essenziale per la crescita e la funzionalità del cloroplasto. Nei fertilizzanti, lo zolfo è presente solitamente sotto forma di solfato. Solitamente, il contenuto di solfato è determinato per via gravimetrica o mediante precipitazione con bario. Lo svantaggio di questo metodo è che richiede molto tempo per numerosi passaggi d'analisi laboriosi.In questa Application Note viene presentato un metodo alternativo, in cui si determina il contenuto di solfato mediante titolazione per precipitazione con cloruro di bario. Sono stati analizzati vari fertilizzanti NPK solidi e liquidi con contenuto di zolfo compreso tra 1 e 8%. L'analisi del solfato nei fertilizzanti con titolazione termometrica non richiede alcuna preparazione del campione in caso di fertilizzanti NPK liquidi e necessita solo di un minimo di preparazione del campione in caso di fertilizzanti NPK solidi. Una determinazione richiede solo 3 minuti circa. Per aumentare la sensibilità del metodo, i campioni vengono addizionati con una soluzione standard di acido solforico, che viene poi considerata nel calcolo dei risultati.

I fertilizzanti sono utilizzati nel settore agricolo per fornire più nutrienti essenziali alle piante in crescita. I cosiddetti fertilizzanti «NPK» forniscono tali nutrienti alle piante con i loro tre componenti principali (N – azoto, P – fosforo, K – potassio). Nei fertilizzanti, l'azoto viene fornito principalmente in tre forme: come nitrato di ammonio (NH4NO3), ammoniaca (NH3) e urea (H2NCONH2). La determinazione dei singoli componenti che contribuiscono all'azoto è spesso un lavoro laborioso. La titolazione termometrica offre la possibilità di determinare rapidamente la quantità di azoto ammoniacale e di azoto ureico in una singola titolazione utilizzando l'ipoclorito di sodio come titolante.

Il potassio è un macronutriente per le piante, poiché gioca un ruolo importante nella regolazione idrica e nella crescita della pianta. Nei fertilizzanti NPK, il potassio è presente accanto all'azoto e al fosforo che sono gli altri due macronutrienti principali. Conoscere qualità e contenuto di potassio di un fertilizzante NPK consente una gestione ottimale dei fertilizzanti per una coltivazione programmata, permettendo di risparmiare sui costi e aumentare la redditività.Solitamente, il potassio è determinato per via gravimetrica o con fotometria a fiamma. In questa Application Note viene presentato un metodo alternativo, in cui si determina il contenuto di potassio mediante titolazione per precipitazione. Sono stati analizzati vari fertilizzanti NPK solidi e liquidi con contenuto di potassio compreso tra 10 e 27%. Dopo aver rimosso qualsiasi traccia di ammoniaca presente, è possibile determinare il potassio in modo affidabile in circa 5 minuti.

La potassa viene estratta solitamente dai minerali depositati a seguito di evaporazione di antichi oceani interni. Il sale di potassio viene poi purificato negli stagni di evaporazione. Alla fine di questo processo, si ottiene la potassa solitamente come cloruro di potassio. La potassa è usata principalmente come fertilizzante, garantendo potassio, un nutriente essenziale, alla piante. Inoltre, viene utilizzata nell'industria chimica e per la produzione di medicinali. Solitamente, il contenuto di potassio nella potassa viene determinato tramite fotometria a fiamma (F-AES) o ICP-OES. Tuttavia, queste tecniche prevedono costi di esecuzione e investimento elevati. Applicando la reazione di precipitazione gravimetrica, utilizzata storicamente, come una titolazione termometrica, diventa possibile determinare, in modo rapido ed economico, il contenuto di potassio nella potassa in pochi minuti.

Poiché l'azoto è un nutriente essenziale per le piante, è un costituente fondamentale di molti fertilizzanti. È presente in diverse forme, principalmente come ammonio o nitrato. Conoscere la concentrazione di azoto e la forma in cui è presente aiuta a selezionare il giusto fertilizzante per le piante. Per i produttori di fertilizzanti, è quindi necessario indicare la concentrazione di azoto ammoniacale nel loro prodotto.Questa Application Note mostra come determinare l'ammonio nei fertilizzanti liquidi mediante un'aggiunta standard.

I fertilizzanti NPK sono composti per lo più da tre nutrienti principali necessari per la crescita salutare delle piante (azoto, fosforo, potassio). Sono disponibili in forma liquida o granulare, laddove quest'ultima è quella di uso più comune. Conoscere qualità e contenuto di un fertilizzante consente di utilizzarlo al meglio per una coltivazione programmata, permettendo di ottimizzare la quantità di fertilizzante usato. Ciò aiuta a ridurre i costi e migliorare la crescita delle piante, con un conseguente miglioramento del raccolto.Per la valutazione del potassio si possono usare molti metodi, quali la fotometria di fiamma, la titolazione o la misura degli ioni. In questo lavoro viene misurato il contenuto di potassio mediante aggiunta standard, un metodo veloce, economico e facile da usare.

Determinazione del contenuto di acqua in melammina con titolazione Karl Fischer in una miscela solvente tamponata a 50 °C.

Le sostanze chimiche speciali devono soddisfare molti requisiti di qualità. Uno di questi parametri di qualità, riscontrabile in quasi tutti i certificati di analisi e caratteristiche tecniche, è il contenuto di umidità. Il metodo standard per la determinazione del contenuto di umidità è la titolazione Karl Fischer. Questo metodo richiede la preparazione riproducibile del campione, sostanze chimiche e smaltimento dei rifiuti. In alternativa, è possibile usare la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR) per determinare il contenuto di umidità. Questa tecnica permette di analizzare i campioni senza prepararli e senza uso di sostanze chimiche.

Il contenuto di umidità è una delle proprietà dei fertilizzanti misurate più di frequente. A livello mondiale, le normative per i vari fertilizzanti sono diverse; tuttavia, vi sono limiti locali imposti per legge che assicurano che non venga superata la quantità massima di acqua. Oltre ai metodi gravimetrici, per la determinazione precisa dell'umidità si usa spesso la titolazione Karl Fischer.Rispetto a questi metodi, la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) presenta vantaggi unici: produce risultati affidabili nell'arco di secondi e al contempo non genera scarti chimici. In questa Application Note si spiega come sia possibile impiegare la spettroscopia NIRS per un'analisi veloce e senza reagenti del contenuto di umidità in vari fertilizzanti.

Lo spettrometro Raman portatile MIRA XTR di Metrohm consente l'identificazione rapida e senza reagenti delle specie di fosfato, consentendo un monitoraggio continuo dei sistemi dinamici.

La spettroscopia Raman con modellazione PLS consente una quantificazione rapida, accurata e non distruttiva del contenuto totale di fosfati in soluzione con una preparazione minima del campione.

La spettroscopia Raman è un metodo alternativo rapido per rilevare specie di fosfati e solfati in soluzione, al fine di ottimizzare la produzione di fertilizzanti al fosforo e migliorare la qualità del prodotto.

Determinazione di nitrati e solfati in un fertilizzante dopo digestione acida mediante cromatografia anionica con rilevamento della conducibilità dopo soppressione chimica.

Determinazione di nitrati e fosfati in un fertilizzante liquido mediante cromatografia anionica con rilevamento della conducibilità dopo soppressione chimica.

Determinazione del nitruro in soluzioni acquose tramite retrotitolazione potenziometrica dell'eccesso di permanganato aggiunto mediante solfato di ammonio e ferro II tramite il Pt Titrode.

Gli agenti complessanti vengono utilizzati nei fertilizzanti per legare oligoelementi come cobalto, ferro, manganese, ecc. La EN 13368-1 descrive la determinazione di EDTA, HEDTA e DTPA. Per la preparazione del campione viene aggiunto Fe3+ per formare complessi con i tre complessanti. I complessi vengono separati su una colonna di scambio anionico e rilevati dopo l'aggiunta di acido perclorico con UV/VIS.

Nel terreno occorre ridurre al minimo la presenza di cromo esavalente (cromato) in quanto cancerogeno. Il cromato può essere introdotto nel terreno mediante fertilizzanti contenenti Cr(VI). La maggior parte di questo cromato viene ridotto a Cr(III) mediante ossidazione della materia organica. Il cromato residuo viene determinato secondo la norma EN ISO 15192 mediante digestione alcalina seguita da cromatografia ionica con reazione post-colonna con 1,5-difenilcarbazide e successivo rilevamento visibile a 538 nm. La sequenza B della norma EN 16318 si applica alla digestione alcalina e la stessa sequenza analitica si applica anche ai fertilizzanti.

L'agricoltura su vasta scala senza fertilizzanti non è più possibile nel mondo moderno. Per coltivare una quantità sufficiente di prodotti per quasi 8 miliardi di persone, nonché per gli animali domestici e gli usi industriali, sono disponibili fertilizzanti con diverse composizioni di nutrienti per soddisfare le esigenze tipiche dei vari tipi di terreno. Le informazioni sulla composizione del fertilizzante (ad esempio, azoto, fosforo e potassio totali) vengono fornite per aiutare a scegliere il fertilizzante ideale per un terreno specifico. Convenzionalmente questi costituenti sono determinati o gravimetricamente (ad esempio, fosforo, potassio o solfato) o con ICP-OES (ad esempio, fosforo o potassio). Questi metodi presentano gli svantaggi di lunghi tempi di analisi combinati con una laboriosa preparazione del campione (gravimetria), oppure richiedono una strumentazione costosa con elevati costi di gestione (ICP-OES). Questo Libro Bianco elabora come la titolazione termometrica sia un metodo alternativo veloce ed economico per fornire informazioni sul contenuto di vari nutrienti in diversi fertilizzanti.

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