Phosphates speciation with Raman spectroscopy
Aplikace | 2025 | MetrohmInstrumentace
Fosfáty hrají klíčovou roli v zemědělství, potravinářství, úpravě vody i farmacii. Přesná identifikace jednotlivých protonačních stavů (H3PO4, H2PO4–, HPO42–, PO43–) pomáhá optimalizovat výrobní procesy, zajišťovat unifikovanou kvalitu produktů a plnit environmentální i legislativní požadavky.
Cílem Application Note AN-RS-048 bylo předvést využití přenosného Ramanova spektrometru Metrohm MIRA XTR pro speciační analýzu fosforu během acidobazické titrace bez nutnosti mokré chemie. Studie sledovala změny spektrálních signálů při postupném odštěpování protonů z fosforečné kyseliny titrací hydroxidem sodným.
Metoda spočívala v simultánním sběru Ramanova spektra a hodnoty pH během titrace.
Titrace odhalila tři pKa odpovídající přechodům H3PO4 → H2PO4– (pH≈2, pKa1=2,14), H2PO4– → HPO42– (pH≈7, pKa2=7,20) a HPO42– → PO43– (pH≈12, pKa3=12,37). Ramanovy spektra ukázala posun vrcholů: z 890 cm–1 (H3PO4) na 876 cm–1 (H2PO4–), následně vznik vrcholu 990 cm–1 (HPO42–) a konečně vrchol 937 cm–1 (PO43–). Každá fáze titrace vykázala jasně odlišné spektrální charakteristiky umožňující jednoznačnou speciační analýzu.
Další rozvoj mobilních Ramanových zařízení podpoří on-line monitoring průmyslových procesů a prediktivní údržbu. Využití umělé inteligence pro automatickou interpretaci spekter a rozšíření databází na další iontové a molekulární druhy umožní rychlé rozhodování v reálném čase.
Přenosná Ramanova spektroskopie prokázala schopnost snadno a přesně rozdiferencovat jednotlivé fosfátové druhy během acidobazické titrace. Lokalizace charakteristických spektrálních vrcholů umožňuje rychlou speciační analýzu bez mokrých chemických postupů, což přináší významné časové i ekonomické úspory.
RAMAN Spektrometrie
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceMetrohm
Souhrn
Význam tématu
Fosfáty hrají klíčovou roli v zemědělství, potravinářství, úpravě vody i farmacii. Přesná identifikace jednotlivých protonačních stavů (H3PO4, H2PO4–, HPO42–, PO43–) pomáhá optimalizovat výrobní procesy, zajišťovat unifikovanou kvalitu produktů a plnit environmentální i legislativní požadavky.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem Application Note AN-RS-048 bylo předvést využití přenosného Ramanova spektrometru Metrohm MIRA XTR pro speciační analýzu fosforu během acidobazické titrace bez nutnosti mokré chemie. Studie sledovala změny spektrálních signálů při postupném odštěpování protonů z fosforečné kyseliny titrací hydroxidem sodným.
Použitá metodika a instrumentace
Metoda spočívala v simultánním sběru Ramanova spektra a hodnoty pH během titrace.
- Automatická titrace: přístroj 907 Titrando se softwarem tiamo 2.5, dávkovací modul 800 Dosino, míchadlo 801.
- Ramanova spektroskopie: Metrohm MIRA XTR s XLWD přílohami (možnost měření přes sklo i ponořením sondy), software MIRA Cal DS.
- Reagencie: 2 % roztok fosforečné kyseliny (Sigma-Aldrich), titrant 5 mol/L NaOH, deionizovaná voda.
Hlavní výsledky a diskuse
Titrace odhalila tři pKa odpovídající přechodům H3PO4 → H2PO4– (pH≈2, pKa1=2,14), H2PO4– → HPO42– (pH≈7, pKa2=7,20) a HPO42– → PO43– (pH≈12, pKa3=12,37). Ramanovy spektra ukázala posun vrcholů: z 890 cm–1 (H3PO4) na 876 cm–1 (H2PO4–), následně vznik vrcholu 990 cm–1 (HPO42–) a konečně vrchol 937 cm–1 (PO43–). Každá fáze titrace vykázala jasně odlišné spektrální charakteristiky umožňující jednoznačnou speciační analýzu.
Přínosy a praktické využití metody
- Bezkontaktní a reálný čas: okamžité sledování změn bez odběru vzorku.
- Minimální příprava: žádné další chemické činidla ani komplikované přípravy.
- Robustnost: měření v agresivních prostředích (silné kyseliny) bez poškození zařízení.
- Optimalizace procesů: v reálném čase lze upravovat dávkování a parametry výroby.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozvoj mobilních Ramanových zařízení podpoří on-line monitoring průmyslových procesů a prediktivní údržbu. Využití umělé inteligence pro automatickou interpretaci spekter a rozšíření databází na další iontové a molekulární druhy umožní rychlé rozhodování v reálném čase.
Závěr
Přenosná Ramanova spektroskopie prokázala schopnost snadno a přesně rozdiferencovat jednotlivé fosfátové druhy během acidobazické titrace. Lokalizace charakteristických spektrálních vrcholů umožňuje rychlou speciační analýzu bez mokrých chemických postupů, což přináší významné časové i ekonomické úspory.
Reference
- Lackey H. E.; Nelson G. L.; Lines A. M. a kolektiv. Reimagining pH Measurement: Utilizing Raman Spectroscopy for Enhanced Accuracy in Phosphoric Acid Systems. Analytical Chemistry 2020, 92(8), 5882–5889.
- Determination of phosphoric acid with sodium hydroxide. Metrohm Application Note AA-T-001-100/an-t-237, přístup 2025-02-03.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Determining phosphate concentration with Raman spectroscopy
2025|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-RS-049 Determining phosphate concentration with Raman spectroscopy A rapid and reagent-free alternative to chromatography and other wet chemical methods Phosphates are vital inorganic compounds found Squares) modeling, rapidly and quantitatively extensively in nature and created by industrial determines…
Klíčová slova
raman, ramanphosphate, phosphatextr, xtrspectroscopy, spectroscopyphosphates, phosphateswet, wetmira, miraconcentration, concentrationpls, plsspeciation, speciationbasic, basicphosphoric, phosphoricpackage, packageindustrial, industrialdeprotonation
Monitoring phosphate reactions in real time with Raman spectroscopy
2025|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-RS-054 Monitoring phosphate reactions in real time with Raman spectroscopy Improving product quality in fertilizer production Phosphorus and nitrogen are essential inorganic methods—titration for acid and phosphate nutrients required for plant growth. While nitrogen is quantification, and gravimetric…
Klíčová slova
raman, ramanphosphate, phosphatedcpd, dcpdfertilizer, fertilizerspectroscopy, spectroscopydcp, dcpspecies, speciesphosphoric, phosphoricphosphorus, phosphorusdetect, detectdicalcium, dicalciummethodes, methodesacid, acidfaintest, faintestnxg
Trace detection of mercaptans in fuel
2025|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-RS-050 Trace detection of mercaptans in fuel Safe, rapid detection of mercaptans with Raman spectroscopy Mercaptans are organic sulfur compounds with the Mercaptans are Raman active and at high general formula R–SH. They naturally occur in crude concentrations…
Klíčová slova
mercaptans, mercaptansmercaptan, mercaptanraman, ramansers, sersxtr, xtrmira, miradetection, detectionfuel, fueltrace, traceenables, enablesexceeds, exceedsbelow, belowstandard, standardlaser, laserconcentrations
On-site detection of hexavalent chromium in protective paint primers
2021|Metrohm|Technické články
WHITE PAPER On-site detection of hexavalent chromium in protective paint primers Easily identify target compounds in the presence of fluorescent interferents with handheld Raman. Zinc chromate pigment was once widely used in the aeronautics industry due to its anti-rust and…
Klíčová slova
chromate, chromatechromium, chromiumhexavalent, hexavalentpaint, paintzinc, zincraman, ramanxtr, xtrmira, miracompounds, compoundsstretching, stretchingpaints, paintsprimer, primersmart, smartrestriction, restrictionpeaks