CN113588380B - 有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定糖醇螯合钾螯合率的方法 - Google Patents

有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定糖醇螯合钾螯合率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于螯合物螯合率测定技术领域，涉及一种有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定糖醇螯合钾螯合率的方法，具体步骤包括：(1)有机溶剂沉淀法分离纯化糖醇螯合钾，用乙醇和丙酮按一定比例混合的有机溶剂反复振荡提取，将糖醇螯合钾母液分离得到底层沉淀物和上清液；(2)电导率法测定螯合率，分别测定母液、底物和上清液的电导率，根据公式计算得到螯合率；发明人首次用混合有机溶剂实现了糖醇螯合钾母液中螯合态钾的分离提纯，分离效果好，纯度高；无需测定钾离子含量，仅需测定电导率即可，测定方法操作简单、快速，对实验设备及人员要求较低，满足一般企业和实验室快速检测需要。

Description

有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定糖醇螯合钾螯合率的 方法
技术领域：
本发明属于螯合物螯合率测定技术领域，涉及糖醇螯合钾螯合率的检测方法，通过有机溶剂沉淀法将糖醇螯合钾母液分离为上清液和沉淀物，再通过电导率法测定母液、沉淀物和上清液的电导率，计算螯合率。
背景技术：
钾是植物生长发育所必需的矿质营养元素之一，在作物生理生化过程中有着极为重要的功能。糖醇螯合钾是利用糖醇作为配体，与钾离子发生螯合反应生成具有螯合环的物质，此类物质具有稳定性能好、利用率高等优点，已在大田作物和设施农业试验应用。糖醇螯合钾作为一种新型肥料，由于并无国家标准，当前市面上的螯合钾肥质量无法评判，可能仅是将有机物与无机钾盐简单混配溶解，鱼目混珠，或者即使螯合，其螯合率为多少亦是未知。现有的检测方法如葡萄糖凝胶过滤色谱法、有机溶剂萃取法、紫外光谱法、分光光度法与XRD联用法等主要应用于氨基酸螯合物的螯合率检测，且螯合中心原子均为二价态或三价态的Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+等。迄今为止，尚未见中心离子为一价态的螯合钾系列的检测方法，如“糖醇螯合钾螯合率检测”的相关报道。
中国专利CN 108195968 A公开了一种测定氨基酸螯合物螯合率的检测方法，其基本原理是螯合物经加热、离心后分成沉淀态螯合元素、可溶态螯合元素及游离态金属离子，在适当条件下利用凝胶色谱柱进行分离，再通过原子吸收光谱法测定不同形态金属元素含量，计算出氨基酸螯合物螯合率，而在加热离心过程中可能会导致螯合物结构发生变化，另外操作对实验设备条件要求较高，需要配备原子吸收分光光度计，且整个检测过程操作复杂，耗时长，约3-5小时，增加了测试成本，不适合普通实验室分析测试。中国专利CN107286219 A公开了一种利用光度法和XRD联用确定微量元素复合氨基酸/小肽螯合物合成配比及螯合率快速估测方法，该方法虽然检测速度快，但需先确定螯合配比，再将螯合物与相应无机盐及配体原料的XRD谱图进行对比，且只能估测高螯合率的螯合母液，方法准确度较差。中国专利CN 108613939 A公开了一种小肽微量元素螯合物螯合率的检测方法，该专利在操作过程离心速度高达12000r/min，很有可能破坏螯合物的结构，致使测得螯合率小于真实螯合率。本课题组公开了一种有机肥料中糖醇螯合钙的分离纯化方法(发明专利号：CN 110015945 A)，该方法采用丙酮作为提取剂来分离游离态钙离子和螯合态钙离子，但这种方法不适合糖醇螯合钾的分离提纯，单一丙酮提取法无法有效分离糖醇螯合钾，只有部分析出物产生，不能真实反应糖醇螯合钾的螯合率，主要原因在于两种元素具有的价态不同，与糖醇结合后形成的螯合物的结构差异性较大所致。
螯合态金属离子在乙醇、丙酮等有机溶剂中的溶解度很小，而非螯合态金属离子易溶于有机溶剂中，因此可根据此原理分离提纯螯合物，再分别测定沉淀中螯合态金属离子与溶液中金属离子就可以计算出螯合物的螯合率，目前还未见有报道能够有效分离糖醇螯合钾的方法。糖醇螯合钾中的糖醇是一种弱强度螯合剂，高速离心容易破坏其螯合结构，导致测定结果不准确。分离后采用EDTA配位滴定测定钾离子的浓度，必然会增加工作量，若采用原子吸收法或液相色谱法测定螯合率，检测成本高。因此有必要建立一种方便、快捷、准确的糖醇螯合钾螯合率测定方法，从而对优化该类产品品质及其推广应用提供技术依据。
发明内容：
本发明的目的在于寻求一种基于有机溶剂沉淀法和电导率法联用检测糖醇螯合钾螯合率的方法，采用该方法测定结果准确性高，且操作简单，易于应用推广。
为实现上述目的，本发明提供一种有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定糖醇螯合钾螯合率的方法，其操作步骤如下：
(1)有机溶剂沉淀法分离纯化糖醇螯合钾
在糖醇螯合钾母液中加入适量由乙醇和丙酮组成的混合有机溶剂，置于振荡器中，调节振荡频率与时间，分离得到白色胶状沉淀物和上清液；在底层胶状物中再次加入适量上述混合有机溶剂，置于振荡器中，调节振荡频率与时间，分离得到底层沉淀物和上清液，重复上述操作，直至上清液中乙酸根含量不变，最后得到的底层胶状物即为糖醇螯合钾底物；
(2)电导率法测定螯合率
合并步骤(1)产生的上清液，分别往糖醇螯合钾母液、步骤(1)得到的糖醇螯合钾底物及合并后的上清液中加入相同量的超纯水，在相同条件下分别测得上述溶液的电导率C母液、C底物和C上清液。根据以下公式计算糖醇螯合钾的螯合率：螯合率(％)＝C底物/C母液×100％＝C底物/(C底物+C上清液)×100％＝(1-C上清液/C母液)×100％。
式中：C底物—糖醇螯合钾底物的电导率(μs/cm)；
C上清液—合并后上清液的电导率(μs/cm)；
C母液—糖醇螯合钾母液的电导率(μs/cm)。
进一步地，乙醇和丙酮的体积比为1:1-1:1.5。
进一步地，糖醇螯合钾母液由超纯水、糖醇和乙酸钾制备而成，其中糖醇包括但不限于山梨醇、甘露醇或木糖醇中的一种或多种。
进一步地，所述糖醇螯合钾母液、糖醇螯合钾底物和上清液三者的使用量相对应。
本发明的主要原理是：糖醇螯合钾在乙醇、丙酮中溶解度极小，而乙酸钾和糖醇易溶于乙醇与丙酮按一定比例配制的混合溶液，利用二者在混合有机溶剂中的溶解度差异来分离螯合态钾与非螯合态钾。糖醇螯合乙酸钾母液、上清液及底物中离子基本以K+和CH3COO-为主，且乙酸钾为强电解质，溶液中K+浓度与电导率呈线性关系，因此可以通过测定母液、上清液及底物的电导率来表示糖醇螯合钾的螯合率。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)发明人首次用混合有机溶剂实现了糖醇螯合钾母液中螯合态钾的分离提纯，分离效果好，纯度高；混合有机溶剂采用乙醇和丙酮混合，原料易得；(2)测定方法操作简单、快速，对实验设备及人员要求低，可用于企业和实验室快速测定；(3)与常规方法相比，无需测定钾离子含量，仅需测定溶液电导率即可，经济成本明显降低；(4)提供了一种糖醇螯合钾螯合率的测定方法，可为制定糖醇类螯合物螯合率检测标准提供依据。
附图说明：
图1是本发明涉及的不同糖醇与乙酸钾反应所得螯合物母液实物图。
图2是本发明涉及的不同糖醇螯合钾分离提纯效果图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
本实施例涉及一种有机溶剂沉淀法和电导率法联用检测山梨醇螯合钾螯合率的方法，具体操作步骤如下：
(1)将超纯水12份，山梨醇27份和乙酸钾5份依次加入至广口瓶中，在集热式恒温磁力搅拌器中搅拌，控制水温65℃、转速1000r/min，反应时间40min，得到澄清透明的糖醇螯合钾母液；
(2)将无水乙醇和丙酮按照体积比为1:1.25的比例混配，摇匀，制得混合有机溶剂；
(3)将1.0000g上述步骤(1)中制备的糖醇螯合钾母液和10mL上述步骤(2)中配制的混合有机溶剂加入至离心管中，密封，置于振荡器中，调节振荡频率300r/min，振荡时间40min，收集上清液Ai，i＝1；
(4)将10mL步骤(2)的混合有机溶剂加入至去除上清液的离心管中，密封，再次置于振荡器中，调节振荡频率300r/min，振荡40min，收集上清液Ai，i＝2；重复上述步骤3次，得到上清液Ai，i＝3、4、5；
(5)合并上述(3)、(4)产生的上清液Ai，i＝1、2、3、4、5，用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C上清液；收集上述(4)产生的糖醇螯合钾底物，用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C底物；称取1.0000g糖醇螯合钾母液，用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C母液；
(6)根据以下公式计算糖醇螯合钾的螯合率：螯合率(％)＝C底物/C母液×100％＝C底物/(C底物+C上清液)×100％＝(1-C上清液/C母液)×100％，结果如表1所示：
表1有机溶剂沉淀法和电导率法联合测定山梨醇螯合钾螯合率结果
注：螯合率1：C底物/C母液；螯合率2：C底物/(C底物+C上清液)；螯合率3：1-C上清液/C母液
结论：由表1可知，三次平行试验所得结果误差在0.32％-0.47％，精确度较高。说明有机溶剂沉淀法和电导率法联用适用于山梨醇作为螯合剂与乙酸钾合成的螯合物的螯合率测定。
实施例2：
本实施例涉及复合糖醇螯合钾利用有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定螯合率，具体操作步骤如下：
(1)将超纯水12份、山梨醇23份、甘露醇3份和乙酸钾5份依次加入至广口瓶中，在集热式恒温磁力搅拌器中搅拌，控制水温65℃、转速1000r/min，反应40min，得到澄清透明的糖醇螯合钾母液；
(2)将无水乙醇和丙酮按照体积比为1:1的比例混配，摇匀，得到混合有机溶剂；
(3)将1.0000g上述步骤(1)中制备的糖醇螯合钾母液和10mL上述步骤(2)中配制的混合有机溶剂加入离心管中，密封，置于振荡器中，调节振荡频率300r/min，振荡时间40min，收集上清液Ai，i＝1；
(4)将10mL上述步骤(2)中配制的混合有机溶剂加入至去除上清液的离心管中，密封，再次置于振荡器中，调节振荡频率300r/min，振荡40min，收集上清液Ai，i＝2；重复上述步骤3次，得到上清液Ai，i＝3、4、5；
(5)合并上述步骤(3)、(4)产生的上清液Ai，i＝1、2、3、4、5，用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C上清液；收集上述步骤(4)产生的糖醇螯合钾底物，用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C底物；称取1.0000g糖醇螯合钾母液，用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C母液；
(6)根据以下公式计算糖醇螯合钾的螯合率：螯合率(％)＝C底物/C母液×100％＝C底物/(C底物+C上清液)×100％＝(1-C上清液/C母液)×100％，结果如表2所示：
表2有机溶剂沉淀法和电导率法联合测定复合糖醇螯合钾螯合率结果
注：螯合率1：C底物/C母液；螯合率2：C底物/(C底物+C上清液)；螯合率3：1-C上清液/C母液
结论：由表2可知，三次平行试验所得结果误差在0.56％-0.82％，精确度较高，说明有机溶剂沉淀法和电导率法联用适用于山梨醇和甘露醇作为螯合剂与乙酸钾合成的螯合物的螯合率测定。
实施例3：
本实施例涉及木糖醇螯合钾利用有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定螯合率，具体操作步骤如下：
(1)将超纯水12份，木糖醇23份和乙酸钾5份依次加入至广口瓶中，在集热式恒温磁力搅拌器中搅拌，控制水温65℃、转速1000r/min，反应时间40min，得到澄清透明的糖醇螯合钾母液；
(2)将无水乙醇和丙酮按照体积比为1:1.5的比例混配，摇匀，得到混合有机溶剂；
除步骤(1)和(2)以外，其他步骤均与实施例2相同。
表3有机溶剂沉淀法和电导率法联合测定木糖醇螯合钾螯合率结果
注：螯合率1：C底物/C母液；螯合率2：C底物/(C底物+C上清液)；螯合率3：1-C上清液/C母液
结论：由表3可知，三次平行试验所得结果误差在0.38％-0.70％，精确度较高，说明有机溶剂沉淀法和电导率法联用适用于木糖醇作为螯合剂与乙酸钾合成的螯合物的螯合率测定。
实施例4：
本实施例中涉及的糖醇螯合钾螯合率的两种测定方法：分别为电导率法和ICP-AES法，具体操作步骤如下：
(1)将超纯水12份、山梨醇23份、甘露醇3份和乙酸钾5份依次加入至广口瓶中，在集热式恒温磁力搅拌器中搅拌，控制水温65℃、转速1000r/min，反应40min，得到澄清透明的糖醇螯合钾母液；
(2)将乙醇和丙酮按照体积比为1:1.25的比例混配，摇匀，得到混合有机溶剂；
(3)将1.0000g上述步骤(1)中制备的糖醇螯合钾母液和10mL上述步骤(2)中配制的混合有机溶剂加入离心管中，密封，置于振荡器中，调节振荡频率300r/min，振荡时间40min，收集上清液Ai，i＝1；
(4)将10mL上述步骤(2)中配制的混合有机溶剂加入至去除上清液的离心管中，密封，再次置于振荡器中，调节振荡频率300r/min，振荡40min，收集上清液Ai，i＝2；重复上述步骤3次，得到上清液Ai，i＝3、4、5；
(5)合并上述步骤(3)、(4)产生的上清液Ai，i＝1、2、3、4、5；
(6)用电导率法测定螯合率，将步骤(5)合并后的上清液用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C上清液；收集上述步骤(4)产生的底部胶状沉淀物糖醇螯合钾底物，用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C底物；1.0000g糖醇螯合钾母液，用超纯水定容至100mL，摇匀，测定其在25℃下的电导率C母液；利用公式螯合率(％)＝(1-C上清液/C母液)×100％计算出螯合率；
(7)用ICP-AES(电感耦合等离子发射光谱)法测定螯合率：配制质量浓度分别为0μg/mL、1μg/mL、5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL、25μg/mL的钾标准系列溶液，然后，用等离子体发射光谱仪在波长为766.491nm处测定各标准溶液的发射强度；以标准系列溶液钾的质量浓度(μg/mL)为横坐标，相应的发射强度为纵坐标，绘制标准曲线；在与测定系列溶液相同的条件下，测定步骤(1)得到的母液和步骤(5)得到的上清液中钾的发射强度，从标准曲线上查出母液中钾的质量浓度M母液(μg/mL)和上清液中钾的质量浓度M底物(μg/mL)，根据螯合率(％)＝(1-M上清液/M母液)×100％，计算螯合率。两种方法测定的结果比较如表4所示：
表4电导率法和ICP-AES法测定糖醇螯合钾的螯合率(％)
结论：由表4可知，电导率法测定螯合率的结果与ICP-AES法测定螯合率的结果相近，误差为0.30％-1.36％，说明电导率法测定螯合率具有较高的准确度与精密度，电导率法适用于测定糖醇螯合钾的螯合率，能有效提高测试效率降低测试成本。

Claims (3)

1.一种有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定糖醇螯合钾螯合率的方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
(1)有机溶剂沉淀法分离纯化糖醇螯合钾
在糖醇螯合钾母液中加入适量由乙醇和丙酮按体积比为1:1-1:1.5组成的混合有机溶剂，置于振荡器中，调节振荡频率与时间，分离得到白色胶状沉淀物和上清液；在底层胶状物中再次加入适量有机溶剂，置于振荡器中，调节振荡频率与时间，分离得到底层沉淀物和上清液，重复上述操作，直至上清液中乙酸根含量不变，最后得到的底层胶状物即为糖醇螯合钾底物；
(2)电导率法测定螯合率
合并步骤(1)产生的上清液，分别往糖醇螯合钾母液、步骤(1)得到的糖醇螯合钾底物及合并后的上清液中加入相同量的超纯水，在相同条件下分别测得上述溶液的电导率C母液、C底物和C上清液；根据以下公式计算糖醇螯合钾的螯合率：螯合率(％)＝C底物/C母液×100％＝C底物/(C底物+C上清液)×100％＝(1-C上清液/C母液)×100％。
2.根据权利要求1所述的有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定糖醇螯合钾螯合率的方法，其特征在于，糖醇螯合钾母液由超纯水、糖醇和乙酸钾制备而成，其中糖醇包括山梨醇、甘露醇或木糖醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的有机溶剂沉淀法和电导率法联用测定糖醇螯合钾螯合率的方法，其特征在于，所述糖醇螯合钾母液、糖醇螯合钾底物和上清液三者的使用量相对应。
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