Monitoring phosphate reactions in real time with Raman spectroscopy
Aplikace | 2025 | MetrohmInstrumentace
Ramanova spektroskopie umožňuje rychlé a neinvazivní sledování fosfátových a síranových složek v reálném čase během výroby fosfátových hnojiv. Tradiční metody jsou časově náročné, vyžadují nebezpečná činidla a neposkytují okamžitou průběžnou zpětnou vazbu, což omezuje optimalizaci procesu.
Studie demonstruje využití Ramanovy spektroskopie k monitoringu modelového procesu výroby fosfátového hnojiva. Jako modelová látka byl použit dicalcium fosfát reagující s HCl a H₂SO₄. Hlavním cílem bylo sledovat fosfátové a síranové druhy, jejich protonační stav a tvorbu sraženin v reálném čase.
Měření spekter bylo prováděno Ramanovým spektrometrem s excitací 1064 nm při plném výkonu laseru a integraci 30 s. Současně probíhala postupná titrace 1,0 mol/L NaOH v přírůstcích 0,25 mL a kontinuální měření pH elektrodetou Metrohm 913. Pro analýzu sraženin byly vzorky izolovány, sušeny a znovu zkoumány Ramanovou spektroskopií.
Spektrum DCP v 0,5 mol/L HCl ukázalo píky H₃PO₄ (889 a 1189 cm⁻¹) a H₂PO₄⁻ (1076 cm⁻¹). Po přidání H₂SO₄ se objevil pík SO₄²⁻ na 983 cm⁻¹ a intenzity fosfátových píku se změnily v důsledku zvýšené protonace. Při titraci NaOH na pH 2,95 došlo k deprotonaci H₃PO₄ (posun píku na 879 cm⁻¹), zvýšení píku H₂PO₄⁻ a k poklesu intenzity SO₄²⁻ o 52 %, což naznačuje precipitaci síranů (gypsem, brushit, ardealit). Izolovaný sražený materiál vykazoval dominantní SO₄²⁻ pík kolem 1001 cm⁻¹, typický pro směs těchto sraženin.
Očekává se rozšíření inline měření prostřednictvím chemometrických modelů, integrace s automatizovanými řídicími systémy, vývoj kompaktních a mobilních Ramanových senzorů a využití umělé inteligence pro prediktivní řízení výroby.
Ramanova spektroskopie se prokázala jako efektivní nástroj pro sledování fosfátových reakcí a tvorbu sraženin v reálném čase. Poskytuje detailní informace o speciaci a precipitaci, což umožňuje lepší kontrolu procesu a zvyšuje kvalitu fosfátových hnojiv.
RAMAN Spektrometrie
ZaměřeníPotraviny a zemědělství
VýrobceMetrohm
Souhrn
Význam tématu
Ramanova spektroskopie umožňuje rychlé a neinvazivní sledování fosfátových a síranových složek v reálném čase během výroby fosfátových hnojiv. Tradiční metody jsou časově náročné, vyžadují nebezpečná činidla a neposkytují okamžitou průběžnou zpětnou vazbu, což omezuje optimalizaci procesu.
Cíle a přehled studie
Studie demonstruje využití Ramanovy spektroskopie k monitoringu modelového procesu výroby fosfátového hnojiva. Jako modelová látka byl použit dicalcium fosfát reagující s HCl a H₂SO₄. Hlavním cílem bylo sledovat fosfátové a síranové druhy, jejich protonační stav a tvorbu sraženin v reálném čase.
Použitá metodika a instrumentace
Měření spekter bylo prováděno Ramanovým spektrometrem s excitací 1064 nm při plném výkonu laseru a integraci 30 s. Současně probíhala postupná titrace 1,0 mol/L NaOH v přírůstcích 0,25 mL a kontinuální měření pH elektrodetou Metrohm 913. Pro analýzu sraženin byly vzorky izolovány, sušeny a znovu zkoumány Ramanovou spektroskopií.
Přidaná instrumentace
- Spektrometr i-Raman NxG 785H (Metrohm) pro vysokou citlivost a rychlost měření
- Fiberoptická sonda a držák vzorku BAC151B
- Metrohm 913 pH metr s elektrodou Electrode Plus
- SpecSuite software pro sběr spekter a datovou analýzu
Hlavní výsledky a diskuse
Spektrum DCP v 0,5 mol/L HCl ukázalo píky H₃PO₄ (889 a 1189 cm⁻¹) a H₂PO₄⁻ (1076 cm⁻¹). Po přidání H₂SO₄ se objevil pík SO₄²⁻ na 983 cm⁻¹ a intenzity fosfátových píku se změnily v důsledku zvýšené protonace. Při titraci NaOH na pH 2,95 došlo k deprotonaci H₃PO₄ (posun píku na 879 cm⁻¹), zvýšení píku H₂PO₄⁻ a k poklesu intenzity SO₄²⁻ o 52 %, což naznačuje precipitaci síranů (gypsem, brushit, ardealit). Izolovaný sražený materiál vykazoval dominantní SO₄²⁻ pík kolem 1001 cm⁻¹, typický pro směs těchto sraženin.
Přínosy a praktické využití metody
- Okamžitá kontrola fosfátové speciace a precipitace v průběhu výroby
- Bez nutnosti odběru vzorku a použití chemikálií
- Optimalizace procesu a snížení výrobních odchylek
- Podpora QA/QC v průmyslové analytice a zajištění konzistentní kvality hnojiv
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření inline měření prostřednictvím chemometrických modelů, integrace s automatizovanými řídicími systémy, vývoj kompaktních a mobilních Ramanových senzorů a využití umělé inteligence pro prediktivní řízení výroby.
Závěr
Ramanova spektroskopie se prokázala jako efektivní nástroj pro sledování fosfátových reakcí a tvorbu sraženin v reálném čase. Poskytuje detailní informace o speciaci a precipitaci, což umožňuje lepší kontrolu procesu a zvyšuje kvalitu fosfátových hnojiv.
Reference
- Cordell D , Drangert J-O , White S . The Story of Phosphorus: Global Food Security and Food for Thought . Global Environmental Change . 2009 ; 19 ( 2 ) : 292–305 .
- US EPA Office of Air and Radiation . AP-42 Phosphoric Acid . 2020 .
- Metrohm AG . Determination of Total Phosphate in Phosphoric Acid and Phosphate Fertilizers with Thermometric Titration ; AB-314 ; Metrohm AG .
- Barua R , Daly-Seiler CS , Chenreghanianzabi Y et al . Comparing the Physicochemical Properties of Dicalcium Phosphate Dihydrate and Polymeric DCPD Cement Particles . J Biomed Mater Res . 2021 ; 109 ( 10 ) : 1644–1655 .
- Lafuente B . The Power of Databases: The RRUFF Project . 2015 .
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Phosphates speciation with Raman spectroscopy
2025|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-RS-048 Phosphates speciation with Raman spectroscopy A simpler alternative to wet chemical analysis methods Phosphates are integral to a wide range of industrial compliance with regulatory standards. Each processes, from agriculture and food production to phosphate ion species…
Klíčová slova
xtr, xtrraman, ramanmira, miraphosphate, phosphatespectroscopy, spectroscopytitration, titrationphosphoric, phosphoricspecies, speciesraster, rastermetrohm, metrohmphosphates, phosphatesacid, acidtransformation, transformationattachment, attachmenthandheld
Estimation of amine value in epoxies with Raman spectroscopy
2025|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-RS-053 Estimation of amine value in epoxies with Raman spectroscopy A complementary approach to potentiometric titration Amine value (AV), often used to quantify the amount throughput evaluation. Raman spectroscopy offers a of reactive amine groups in curing agents,…
Klíčová slova
raman, ramanspecsuite, specsuitehardener, hardenerspectroscopy, spectroscopytitration, titrationepoxy, epoxymodel, modelamine, aminelicense, licensepredicted, predictedvibrational, vibrationalblind, blindreliable, reliableoptic, opticbands
Inline analysis of borate and sulfate solutions with Raman spectroscopy
2023|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-PAN-1063 Inline analysis of borate and sulfate solutions with Raman spectroscopy Boron is a semimetal found in the form of borax 706.52 million and is expected to reach US$ 1,169.89 (sodium tetraborate) and other oxides in nature [1].…
Klíčová slova
boric, boricborax, boraxraman, ramaninline, inlineptram, ptramprocess, processsulfate, sulfatespectroscopy, spectroscopyacid, acidmetrohm, metrohmsulphate, sulphateborate, boratesalt, saltsodium, sodiumlodio
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