尿素水解净水中微量尿素含量测定方法的优化与应用研究

尿素水解净水中微量尿素含量测定方法的优化与应用研究

卜小雪

呼伦贝尔金新化工有限公司 内蒙古呼伦贝尔市 021000 

摘要：为了解决二乙酰单肟法在测定尿素水解净水中微量尿素含量时存在的空白不稳定、复检率高等问题。通过研究发现二乙酰单肟自身存在不稳定性，采用对二氨甲基苯甲醛分析方法并进行优化，实现了对微量尿素含量的准确、快速测定。此文通过优化测定分析方法的路径、实验过程、技能评定方法，并通过一系列分析验证，成功将该方法应用到生产工作中。结果表明，优化后的分析方法具有更高的稳定性和准确性，为工艺工况调整提供了重要依据。

关键词：尿素水解净水；微量尿素；对二氨甲基苯甲醛；分析方法；优化

引言：

尿素水解净水工艺作为化工生产中的关键环节，其有效运行不仅直接关系到产品的质量和生产效率，更与环境保护和可持续发展息息相关。在尿素水解净水过程中，微量尿素含量的准确测定对于判断送出装置的工艺冷凝液是否符合排放标准、控制产品质量以及优化生产流程具有至关重要的作用。因此，研究一种准确、快速且简便的微量尿素含量测定方法，对于提高尿素水解净水工艺的效率和稳定性至关重要。

目前各尿素厂均采用二乙酰单肟比色法测定尿素水解净水中的微量尿素含量，该法存在检出限低、操作复杂、空白不稳定等问题，这导致了测定结果的误差较大，影响了工艺调整和生产决策的准确性。同时，由于操作过程中的不稳定因素较多，该方法难以满足尿素水解净水工艺对微量尿素含量快速、准确测定的需求。因此，需要寻找一种更为高效、稳定的测定方法，以解决传统方法存在的问题已成为迫切解决的问题。

1. 分析方法优化路径
   本研究针对二甲氨基苯甲醛分析方法的优化主要从以下几个方面展开：

1.1试剂选择与优化：筛选性能稳定、灵敏度高的对二甲氨基苯甲醛试剂，并优化其使用浓度，以提高测定结果的准确性。

1.2反应条件优化：通过调整反应温度、时间以及pH值等条件，找到最佳的反应条件组合，以提高测定效率。

1.3干扰物质排除：针对可能存在的干扰物质，研究其影响机制并提出相应的排除措施，确保测定结果的准确性。

2. 实验原理

根据埃里希反应，对二甲氨基苯甲醛（PDAB）与各种含氮有机化合物作用会发生显色反应，尿素同此试剂生成带有柠檬黄绿色的物质，其颜色与尿素浓度成正比的原理，其反应式如下：

3. 仪器和试剂

3.1 药品试剂准备

3.1.1（1+3）盐酸溶液：100mL浓硫酸缓慢倒入300mL脱盐水中混合。

3.1.2酚酞指示剂（10 g/L）：准确称取1g酚酞溶于100mL脱盐水中。

3.1.3硫酸溶液（4moL/L）：取54mL浓硫酸倒入400mL脱盐水中，冷却后定容至500mL。

3.1.4标准尿素储备液（50mg/L）：准确称取1.0000g优级纯尿素溶于水中，定容至1000mL,摇匀后，从中移取50mL于1000mL容量瓶中，用脱盐水稀释至刻度线。

3.1.5对二甲氨苯甲醛溶液：称取15g对二甲氨苯甲醛溶解于300mLC=4moL/L的硫酸溶液中，稀释至1L,混匀，储存于棕色试剂瓶中，放于暗处保存备用。

（注：通常对二甲氨基苯甲醛采用乙醇溶解，但是在溶解过程中发现，不同厂家乙醇溶解能力不同。通过查找资料和实验比对，发现对二甲氨苯甲醛溶于醇、醚、丙酮、氯仿和酸，微溶于水，根据价格和物理性质，乙醇、乙醚、丙酮都易挥发，价格相对较贵，优先采用硫酸进行配制。采用标准溶液进行效果比对，发现显色剂效果良好，满足实验要求。）

3.2 仪器与器材准备

3.2.1 X-8紫外可见分光光度计配1cm比色皿。

3.2.2 50mL比色管、移液管、吸量管、容量瓶若干。

3.2.3 电子天平，精确到0.1mg。

4. 实验条件选择

4.1盐酸的加入量

固定尿素浓度为50ug,显色剂用量10.0mL,加入不同量的HCL，测得吸光度见表1：

表1   显色剂用量

通过分析表1中的数据，我们可以观察到在固定尿素浓度为50μg且显色剂用量为10.0mL的条件下，加入不同量的HCl对溶液吸光度的影响呈现出明显的趋势。具体而言，随着HCl加入量的逐步增加，溶液的吸光度并未呈现单一的递增或递减规律，而是在某一特定加入量时达到最大值。

详细来看，当HCl的加入量从1mL增加至2mL时，溶液的吸光度从0.035上升至0.042，表明在此范围内酸度的增加有利于显色反应的进行，使得生成的有色物质的浓度增加，进而提高了吸光度。然而，随着HCl加入量继续增加至3mL、4mL、5mL及6mL，溶液的吸光度却逐渐降低，这可能是由于过量的酸对显色反应产生了抑制作用，或者破坏了已生成的有色物质的结构，导致吸光度下降。

值得注意的是，当HCl的加入量为2mL时，溶液的吸光度达到最大值0.042，这一结果提示我们在此实验条件下，2mL的HCl加入量是最有利于显色反应进行的，能够使得反应体系中的有色物质浓度达到最高，从而获得最佳的吸光度读数。

4.2 显色时间的选择

固定尿素浓度为50ug,显色剂用量10.0mL,分别在不同时间测得吸光度见表2：

表2   显色时间

根据表2中提供的数据：在显色时间为1分钟至3分钟期间，吸光度值呈现上升趋势，表明显色反应正在进行中。然而，从3分钟开始至后续的5分钟、7分钟、10分钟、15分钟以及20分钟，吸光度值均保持在0.042左右，不再发生显著变化。这一结果表明，显色反应在3分钟左右时已经基本完成，综合考虑显色反应的速率和有色络合物的稳定性，吸光度值在5分钟及以后的时间内保持不变，所以选择5分钟作为显色时间最佳，这可以确保显色反应充分进行并且结果稳定可靠。

4.3最大吸收波长的选择

通过查阅资料发现，测定微量尿素通常采用435nm左右的波长，我们以500ug尿素浓度为例，测定不同波长下的吸光度，见下表：

表3  波长的选择

    从表3可以看出，根据试剂空白随波长增加逐渐降低，样品变化不大，根据空白尽量低的情况下，试样尽量的原则，我们选择4400nm为最大吸收波长。

5. 实验步骤

5.1工作曲线绘制  

分别移取0.00mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、10.00 mL尿素标准溶液于8只50mL比色管中，加水至25mL。此系列溶液分别含有0ug、10ug、25ug、50ug、150ug、250ug、350ug、500ug尿素。分别加入10.0mL对二甲氨基苯甲醛溶液和2.00mL（1+3）盐酸溶液，用水稀释至刻度，摇匀，放置5min，于440nm处用10mm吸收池测定其吸光度，以试剂空白为参比。以吸光度为纵坐标，尿素含量(ug)为横坐标，绘制标准曲线。

样品的测定：移取适量样品，加入1d酚酞指示剂，用HCL中和至酚酞变为无色后，加水至25mL。分别加入10.0mL对二甲氨基苯甲醛溶液和2.00mL（1+3）盐酸溶液，用水稀释至刻度，摇匀，放置5min，于440nm处用10mm吸收池测定其吸光度，以试剂空白为参比。

表4   微量尿素测定数据

根据表4中所得数据，绘制标准工作曲线：

图1   微量尿素标准曲线

通过分析图1所展示的曲线，其线性相关系数R2高达0.9999，这一数据清晰地表明了该曲线具有极佳的线性表现，完全满足投入使用的高标准要求。

5.2 干扰排除

经过对本厂水解净水开展深入分析与检测，其主要成分涵盖了工艺残留物、腐蚀衍生物质以及伴随蒸汽引入的联氨等，而具备显著干扰效应的成分相对较少。具体而言，在装置启动期（即开车阶段），Fe³⁺、Cr、Ni等元素的含量普遍维持在检测下限以下，因此，它们对尿素测定过程的干扰可忽略不计。值得注意的是，水解净水中最为关键的干扰因素被确认为氨。

为进一步探究氨的干扰机制，通过详尽的文献调研得知，氨并不与对二甲氨基苯甲醛发生化学反应，其主要的干扰作用体现在消耗体系中的酸，进而改变溶液的pH值，这一变化直接影响了分析结果的准确性。鉴于此，本研究采取了一项针对性的预处理措施：向待测试样中加入酚酞作为指示剂，随后逐步滴加盐酸，直至酚酞指示剂由有色变为无色，标志着溶液已达到中性状态。此步骤不仅有效中和了样品中的氨含量，而且通过形成氨-氯化铵缓冲体系，实现了对溶液pH值的精确控制，从而最大限度地减少了氨对后续分析结果的潜在干扰。

5.3加标回收

移取相同样品于7支比色管中，分别加入150ug、250ug、500ug尿素标液各2个比色管，加入1d酚酞指示剂，用HCL中和至酚酞变为无色后，分别加入10.0mL对二甲氨基苯甲醛溶液和2.00mL（1+3）盐酸溶液，用水稀释至刻度，摇匀，放置5min，于440nm处用10mm吸收池测定其吸光度，以试剂空白为参比测定。

表5  加标回收实验数据

5.4实验结果与分析

经过一系列严格的分析与验证，我们成功优化了对二甲氨基苯甲醛分析方法，该方法在测定尿素水解净水中微量尿素含量时展现出了卓越的稳定性和准确性。具体而言，采用标准曲线法所得到的线性范围宽广，且相关系数极高，达到了R²=0.9999，这充分证明了该方法在尿素含量测定上的高度可靠性和精确性。

在回收率测试方面，优化后的方法表现同样出色，回收率稳定在98%至103%之间，完全处于可接受的误差范围之内。这一结果不仅验证了方法的准确性，还表明了其在实际应用中的高效性和实用性。

此外，该方法的精密度测定结果同样稳定可靠，进一步增强了其在实际应用中的可信度。更重要的是，该方法操作简便快捷，无需繁琐的步骤和复杂的设备，非常适用于大规模生产中的快速测定需求。

6. 结论

此文通过对二甲氨基苯甲醛分析方法的优化，成功解决了传统方法在微量尿素含量测定方面存在的问题，优化后的对二甲氨基苯甲醛分析方法在测定尿素水解净水中微量尿素含量方面具有显著优势，不仅准确度高、稳定性好，而且操作简便快速，非常适合于大规模生产中的快速测定。这一方法的成功优化，将为尿素水解净水工艺的技术进步和化工行业的可持续发展做出贡献。同时，该研究还将为环保工作提供有力的技术支持，推动化工行业向更加环保、高效的方向发展。

参考文献

1应贤强.对二甲氨基苯甲醛比色法测定尿素水解系统中的微量尿素.《化肥工业》第26卷第4期

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