Determining phosphate concentration with Raman spectroscopy

Význam tématu

Fosfáty představují základní anorganické sloučeniny klíčové pro biologické procesy, zemědělství i průmyslovou výrobu. Jejich rychlé a přesné stanovení je nezbytné pro kontrolu kvality hnojiv, ochranu životního prostředí a optimalizaci výrobních procesů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit možnost kvantitativního stanovení celkového obsahu fosfátů v roztocích pomocí Ramanovy spektroskopie spojené s modelem částečných nejmenších čtverců (PLS). Studie porovnává tuto metodu s tradičními technikami, přičemž se zaměřuje na rychlost analýzy a eliminaci potřeby chemických činidel.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky připravené sériovým ředěním z 68% koncentrované kyseliny fosforečné (rozsah 0,14–28 % H3PO4) byly analyzovány na přenosném Ramanově spektrometru MIRA XTR s Vial Holder Attachment. Použití 785 nm laseru o výkonu 50 mW, integrační doba 6 s a průměr pěti po sobě jdoucích měření zajistilo dostatečný signál. Data byla vyhodnocena v softwaru Vision, kde byl vytvořen PLS kalibrační model.

Hlavní výsledky a diskuse

Ramanův pás fosfátu se v závislosti na protonaci posouval v oblasti 890–897 cm−1. PLS model vykázal vysokou hodnotu R2 a nízkou standardní chybu kalibrace i validace. Nejnižší testovaná koncentrace 0,14 % byla spolehlivě detekována. Validace pěti testovacích vzorků ukázala odchylky predikce do 2,4 %, průměrná chyba se pohybovala pod 1 %.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimalizace spotřeby reagentů a tvorby odpadu
• Krátký čas analýzy (řádově minuty)
• Nehomogenní a nedeštruktivní měření vhodné pro on‐line a in‐process monitoring
• Jednoduchá obsluha přenosného zařízení vhodná pro provozní laboratoře

Budoucí trendy a možnosti využití

• Zlepšení detekčních limitů rozšířením integrační doby nebo použitím sond pro vyšší výkon laseru
• Integrace Ramanovy spektroskopie do automatizovaných průmyslových linek pro kontinuální sledování fosfátů
• Rozšíření aplikace na souběžné stanovení dalších anorganických a organických látek
• Prepojení s digitálními platformami pro vzdálený monitoring a analýzu dat

Závěr

Ramanova spektroskopie spojená s PLS modelováním se ukazuje jako rychlá, spolehlivá a ekologická alternativa k tradičním metodám stanovení fosfátů. Díky minimální potřebě přípravy vzorků a možnosti real‐time analýzy je ideální pro laboratorní i průmyslové aplikace.

Reference

1. Reimagining pH Measurement: Utilizing Raman Spectroscopy for Enhanced Accuracy in Phosphoric Acid Systems | Analytical Chemistry. 2025.