張景華，郭亞楠，徐維辰，殷德平，勒爾伊洛

(青島大學 化學化工學院，山東 青島 266071)

山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性的探究

張景華，郭亞楠，徐維辰，殷德平，勒爾伊洛

(青島大學 化學化工學院，山東 青島 266071)

研究了山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性。用正交設計實驗準確、簡便地探究了糖醇螯合鈣穩(wěn)定性的影響因素。通過靜置和離心法測定所得產(chǎn)品的穩(wěn)定性，產(chǎn)品制備過程中考慮了糖醇與鈣物質(zhì)的量比、pH值、反應時間、反應溫度等因素對穩(wěn)定性的影響，測定了較適宜的螯合條件。結果表明，在物質(zhì)的量比為0.25∶1，pH值=7，反應時間50min，溫度80℃的條件下生成穩(wěn)定山梨糖醇鈣離子螯合物。

山梨糖醇；鈣離子；螯合物；穩(wěn)定性

近幾十年來，傳統(tǒng)的固體肥料越來越被液體復合肥所代替，被視為“液體肥料的一場革命”[1]。液體肥料又稱流體肥料，是含有一種或一種以上農(nóng)作物所需的營養(yǎng)元素的液體產(chǎn)品[2]。隨著綠色發(fā)展的需要，新型的原料—山梨糖醇被開發(fā)出來。山梨糖醇是多羥基化合物，是光合作用的初產(chǎn)物，是從植株韌皮部天然提取的物質(zhì)，并且山梨糖醇是鈣等金屬離子的良好螯合劑，可以與鈣離子形成穩(wěn)定的螯合物，也是能攜帶鈣離子在韌皮部中進行運輸?shù)奈镔|(zhì)。所以山梨糖醇螯合鈣在植物吸收方面有優(yōu)勢，肥效高。在對專利《糖醇鈣鎂鋅硼復合液體肥及其制備方法與應用》[3]的研究基礎上，設計實驗探究山梨糖醇螯合鈣的穩(wěn)定性。

1 儀器試劑

1.1 儀器

DF-1 集熱式恒溫磁力攪拌器 (金壇市中大儀器廠)；LT200B 200 g/0.1 g電子天平(常熟市天量儀器有限責任公司)； BSM電子天平(上海卓精電子科技有限公司)。

1.2 試劑

Ca(NO3)2·4H2O(天津市鼎盛鑫化工有限公司)；D-山梨醇(國藥集團化學試劑有限公司)；乙酸鈣(天津市巴斯夫化工有限公司)；氫氧化鉀(天津市瑞金特化學品有限公司)；硝酸(國藥集團化學試劑有限公司)。以上試劑均為分析純。

2 實驗原理

山梨糖醇是一種多羥基化合物，是“OO型”螯合劑，這類螯合劑以兩個氧原子為鍵合原子，它們通過氧原子和金屬離子相鍵合，形成穩(wěn)定的螯合物[4]。本文研究了山梨糖醇和鈣離子螯合反應產(chǎn)物的穩(wěn)定性。

3 實驗方案

3.1 預實驗

通過對專利《糖醇鈣鎂鋅硼復合液體肥及其制備方法與應用》[3]的研究，提出糖醇與鈣物質(zhì)的量比為0.2∶1，pH值=9，反應時間30min，反應溫度80℃的實驗方案，實驗證明在此條件下制備的產(chǎn)品為穩(wěn)定的糖醇螯合物。在此基礎上，采用控制變量法對影響因素的水平范圍進行探究。

3.1.1 控制變量法實驗方案

表1 控制變量法探究水平范圍方案

3.1.2 常溫靜置觀察

將未產(chǎn)生結晶或沉淀的螯合產(chǎn)物常溫靜置30天，觀察螯合產(chǎn)物是否出現(xiàn)白色沉淀或無色結晶。

3.1.3 離心觀察

將靜置30天后仍然穩(wěn)定的螯合產(chǎn)物，離心(8000 r/min)30min，離心后觀察是否出現(xiàn)白色沉淀或無色結晶。

3.1.4 控制變量法方案結果

注：“0”為靜置前凝固或分層；“1”為靜置后分層或出現(xiàn)白色絮狀沉淀；“2”為靜置后澄清，離心后出現(xiàn)白色沉淀或無色結晶；“3”為靜置，離心后均澄清穩(wěn)定。(下同)。

圖1 控制變量法對螯合物穩(wěn)定性的影響圖

3.1.5 預實驗結果分析及因素水平的確定

(a)當物質(zhì)的量比較小時，Ca2+過剩，直接不穩(wěn)定；隨著物質(zhì)的量比增大，Ca2+剩余量減少，生成的螯合物易受外部環(huán)境影響，穩(wěn)定性稍差；物質(zhì)的量比進一步增大，反應完全，產(chǎn)物穩(wěn)定，體系均一，穩(wěn)定性好。因而選定物質(zhì)的量比水平范圍為0.15∶1,0.20∶1,0.25∶1,0.30∶1。

(b)在較短反應時間內(nèi)，螯合反應不能充分進行，穩(wěn)定性稍差；當超過反應終點時，反應不再進行，延長時間已經(jīng)沒有意義。因而選定反應時間水平范圍為20,30,40,50min。

(c)堿性條件下有利于螯合反應的進行。當pH過小時，不利于螯合反應的進行，螯合產(chǎn)物穩(wěn)定性差；當pH值過大時，OH-濃度增大，易與Ca2+形成Ca(OH)2白色沉淀，產(chǎn)物穩(wěn)定性差。因而選定pH值水平范圍為5,7,9,11。

(d)溫度較低時，反應速率較慢，反應不徹底，產(chǎn)物分層，不穩(wěn)定；隨著溫度的升高，反應速率提高，反應較徹底，穩(wěn)定性逐漸增加；溫度進一步增大時，產(chǎn)物中有結晶產(chǎn)生，穩(wěn)定性差。因而選定溫度水平范圍為70,75,80,85℃。

3.2 樣品制備

采用正交設計實驗(隨機選取水平因素，消除偶然誤差)，在不同鈣與糖醇物質(zhì)的量比、pH值、反應時間、反應溫度情況下制備產(chǎn)品。

表2 因素水平表

3.3 穩(wěn)定性檢測

3.3.1 常溫靜置觀察

將未產(chǎn)生結晶或沉淀的螯合產(chǎn)物常溫靜置30天，觀察螯合產(chǎn)物是否出現(xiàn)白色沉淀或無色結晶。

3.3.2 離心觀察

將靜置30天后仍然穩(wěn)定的螯合產(chǎn)物離心(8000 r/min)30min，離心后觀察是否出現(xiàn)白色沉淀或無色結晶。

4 結果與分析

4.1 實驗結果

表3 實驗方案及實驗結果

4.2 結果分析

表4 實驗結果分析

由實驗結果分析得：在上述影響因素當中，對螯合物穩(wěn)定性影響程度大小依次為物質(zhì)的量比、反應溫度、pH值、反應時間。

圖2 趨勢圖

5 結論

用正交試驗方法研究了山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性，確定了制備穩(wěn)定螯合產(chǎn)物的較佳條件是鈣與山梨糖醇的物質(zhì)的量比為0.25∶1，pH值為7，反應溫度為80℃，反應時間為50min。

[1] 孫先良.新型化肥發(fā)展新趨勢[J].化肥設計,2002,40(1):40-43.

[2] 王云霞.液體肥料的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].化肥設計,2003,41(4):10-13.

[3] 張燕玲.糖醇鈣鎂鋅硼復合液體肥及其制備方法與應用[D].廣州:華南農(nóng)業(yè)大學,2014.

[4] 武漢大學.分析化學(上冊)[M].5版.北京：高等教育出版社,2006.

(本文文獻格式：張景華，郭亞楠，徐維辰，等.山梨糖醇鈣離子螯合物穩(wěn)定性的探究[J].山東化工,2017,46(13):14-16.)

《山東化工》2017年征訂啟事

《山東化工》雜志(半月刊)是由原國家科委、國家新聞出版署批準出版的化工行業(yè)綜合性科技期刊。創(chuàng)刊于1972年，由山東省化工研究院主辦。國內(nèi)外公開發(fā)行，國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN37-1212/TQ，國際標準刊號：ISSN1008-021X。

本刊設有“規(guī)劃與展望”、“科研與開發(fā)”、“專論與綜述”、“生產(chǎn)與應用”、“分析與測試”、“資源與環(huán)境”、“經(jīng)驗交流”、“管理初探”、“計算機與信息化”、“經(jīng)濟與市場”、“教育與培訓”等欄目，主要報道化工行業(yè)最新科技進展，以及化工科研、生產(chǎn)、設計等方面的新技術、新工藝、新設備、新產(chǎn)品等方面的發(fā)展動態(tài)與開發(fā)情況，搭建科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的橋梁。讀者主要面對化工及相關行業(yè)的各級管理干部、決策人員、技術人員、市場開發(fā)人員，科研設計規(guī)劃院所的專業(yè)技術人員以及高等院校的師生等。

《山東化工》自創(chuàng)刊以來，榮獲化工部優(yōu)秀期刊、山東省優(yōu)秀科技情報成果獎，曾獲得全國石油和化工行業(yè)優(yōu)秀期刊一等獎、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊、山東省優(yōu)秀科技期刊等榮譽，在國內(nèi)外享有相當高的聲譽。已是《美國化學文摘》(CA)、中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫收錄期刊，《中國學術期刊(光盤版)》、“萬方數(shù)據(jù)-數(shù)字化期刊群”全文收錄期刊以及中國學術期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫來源期刊等。

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Study on Stability of D-sorbitol and Calcium Ion Chelate

ZhangJinghua,GuoYa'nan,XuWeichen,YinDeping,LeerYiluo

(Department of Chemical Engineering,Qingdao University,Qingdao 266071,China)

The stability of D-sorbitol and calcium ion chelate were studied.To discuss the contributory factors in stability of D-sorbitol and calcium ion chelate accurately and simpily based on orthogonal design experiment.The stability of products were measured by using setting and centrifugation technology,the conditions affecting the formation and stability of the complex were studied,such as the ratio of calcium ion and gyoclos,pH,reaction time and temperature. Under great conditions,the standard curve was achieved. The final results showed that in which the pH was 7,Ca2+and D-sorbitol produce a considerably stable chelate by the mole ratio0.25∶1,and the reaction favorably finished within 50 minutes at 80℃.

D-sorbitol;calcium ion;chelate;stability

2017-04-25

青島大學國家級大學生創(chuàng)新實驗項目

張景華(1995—)，男，在讀本科生，專業(yè)方向：化學工程與工藝，研究興趣：糖醇螯合。

TQ449.6

A

1008-021X(2017)13-0014-03