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Blüten oder Bomben?
Da die Weltbevölkerung ständig zunimmt, ist es wichtig, dass jedes Jahr genügend Pflanzen angebaut werden, um genügend Nahrungsmittel, Kleidung und andere Produkte zu erzeugen. Kulturpflanzen wie Mais, Weizen, Soja und Baumwolle erhalten ihre Nährstoffe aus dem Boden, in dem sie angebaut werden. Düngemittel spielen eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, diese Pflanzen mit den Nährstoffen zu versorgen, die sie für ein gutes Wachstum benötigen.
Ein wichtiger Bestandteil bei der Herstellung hochwertiger, wirksamer Düngemittel ist Ammoniumnitrat (NH4NO3), eine gute Stickstoff- und Ammoniumquelle für Pflanzen.
Ammoniumnitrat wird in Form von kleinen Kügelchen hergestellt, die wie Kochsalz aussehen. Es ist billig im Einkauf und in der Regel sicher in der Handhabung - aber die Lagerung kann ein Problem darstellen. Mit der Zeit nimmt die Verbindung Feuchtigkeit auf, was dazu führt, dass die einzelnen Kügelchen zu einem größeren Block verklumpen. Wenn eine so große Menge an verdichtetem Ammoniumnitrat starker Hitze ausgesetzt wird, kann dies eine Explosion auslösen.
Im Laufe des letzten Jahrhunderts war Ammoniumnitrat in mindestens 30 Katastrophen und Terroranschläge verwickelt. Einer der jüngsten Vorfälle ereignete sich am Abend des 4. August 2020 in Beirut, wo eine Ammoniumnitratexplosion mindestens 220 Menschen tötete und mehr als 5000 verletzte. Diese Explosion ist eine der größten Industriekatastrophen, die jemals mit NH4NO3 in Verbindung gebracht wurden.
Methoden der Feuchtigkeitsanalyse bei Düngemitteln
Bei der Herstellung von Ammoniumnitrat ist es wichtig, den Feuchtigkeitsgehalt zu kontrollieren. Ein niedriger Feuchtigkeitsgehalt ist vorzuziehen, aber eine unnötige Übertrocknung führt zu zusätzlichen Herstellungskosten. Die Vorschriften für die verschiedenen Düngemittel sind weltweit unterschiedlich, aber die lokalen gesetzlichen Grenzwerte stellen sicher, dass die maximal vorhandene Wassermenge nicht überschritten werden darf. Daher sind schnelle, zuverlässige und genaue Methoden für die Bestimmung des Wassergehalts erforderlich. Von den verfügbaren Methoden ist die Karl-Fischer-Titration eine der gebräuchlichsten; die Ofentrocknung beispielsweise kann bei ammoniumnitrathaltigen Düngemitteln nicht angewendet werden.
Im Vergleich zu diesen Methoden bietet die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) einzigartige Vorteile. Es handelt sich um eine sekundäre Technik, die innerhalb von Sekunden zuverlässige Ergebnisse liefert, ohne dass eine Probenvorbereitung erforderlich ist. NIRS ist eine zerstörungsfreie Messtechnik und verursacht gleichzeitig keinen chemischen Abfall.
Lesen Sie unsere Blogbeiträge, um mehr über NIRS als sekundäre Technik zu erfahren.
Teil 1: Was ist NIR-Spektroskopie?
Teil 2: NIR vs. IR: Was ist der Unterschied?
Teil 3: Wie Sie die NIR-Spektroskopie in Ihren Arbeitsablauf im Labor integrieren
Teil 4: Vorkalibrierungen der NIR-Spektroskopie: Sofortige Ergebnisse
NIRS-Analyse von Feststoffen
Der am besten geeignete NIR Analyzer zur Messung verschiedener Parameter in Düngemitteln oder Ammoniumnitratpellets ist der Metrohm DS2500 Solid Analyzer mit großem Probenbecher.
Feste Proben (z. B. Granulat und Pellets), die in den rotierenden großen DS2500-Probenbecher gefüllt werden, müssen auf das Fenster des Analyzers gelegt werden. Während die Probe gescannt wird, dreht sich der große Probenbecher, um Inhomogenitäten zu kompensieren.
Da der DS2500 Solid Analyzer ein dispersives System ist, wird die Probe mit monochromatischem Licht beleuchtet, um das Energieniveau so niedrig wie möglich zu halten. Daher muss der Gerätedeckel vor Beginn der Analyse geschlossen werden, damit externes Licht die Ergebnisse nicht beeinflusst.
Die NIR-Strahlung kommt von unten und wird teilweise von der Probe zum Detektor reflektiert, der sich ebenfalls unterhalb der Probengefäßebene befindet. Nach 45 Sekunden ist die Messung abgeschlossen, und es wird ein Ergebnis angezeigt. Da dieses reflektierte Licht alle relevanten Probeninformationen enthält, wird diese Messtechnik als diffuse Reflexion bezeichnet.
Vorteile der Verwendung von NIRS
Das Verfahren zur Gewinnung des NIR-Spektrums weist bereits auf seine Einfachheit bei der Probenmessung und seine Schnelligkeit hin. Im Folgenden werden mehrere Vorteile der NIRS aufgeführt:
- Schnelle Technik mit Ergebnissen in weniger als 1 Minute.
- Keine Probenvorbereitung erforderlich – Feststoffe und Flüssigkeiten können in reiner Form verwendet werden.
- Niedrige Kosten pro Probe – keine Chemikalien oder Lösungsmittel erforderlich.
- Umweltfreundliches Verfahren– es entsteht kein Abfall.
- Zerstörungsfrei – wertvolle Proben können nach der Analyse wiederverwendet werden.
- Mehrkomponentenanalysen – Vorhersage verschiedener Bestandteile parallel.
- Einfach zu bedienen – auch unerfahrene Anwender haben sofort Erfolg.
Insgesamt ist die Nahinfrarotspektroskopie eine robuste alternative Technik zur Bestimmung von chemischen und physikalischen Parametern in Feststoffen und Flüssigkeiten. Es handelt sich um eine schnelle Methode, die auch von Mitarbeitern ohne höhere Laborausbildung erfolgreich für Routineanalysen eingesetzt werden kann.
Verwandte Anwendungen
Spezialchemikalien müssen eine Vielzahl von Qualitätsanforderungen erfüllen. Einer dieser Qualitätsparameter, der in fast allen Analysenzertifikaten und Spezifikationen zu finden ist, ist der Feuchtigkeitsgehalt. Die Standardmethode zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts ist die Karl-Fischer-Titration.
Diese Methode erfordert eine reproduzierbare Probenvorbereitung, Chemikalien und Abfallbeseitigung. Alternativ kann auch die Nahinfrarotspektroskopie zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts eingesetzt werden. Mit dieser Technik können Proben ohne jegliche Vorbereitung und ohne Verwendung von Chemikalien analysiert werden.
Weitere Informationen zum Anwendungsdetails finden Sie hier:
Qualitätskontrolle von Ammoniumnitrat – Schnelle und zerstörungsfreie Feuchtigkeitsbestimmung
Der Feuchtigkeitsgehalt ist eine der am häufigsten gemessenen Eigenschaften von Düngemitteln. Weltweit gibt es unterschiedliche Vorschriften für die verschiedenen Düngemittel, aber die lokalen gesetzlichen Grenzwerte stellen sicher, dass die maximale Wassermenge nicht überschritten werden darf. Zu diesem Zweck gibt es eine Reihe von Analyseverfahren. Neben gravimetrischen Methoden wird häufig die Karl-Fischer-Titration zur genauen Bestimmung des Wassergehalts eingesetzt.
Im Vergleich zu diesen Methoden bietet die Nahinfrarotspektroskopie einzigartige Vorteile: Sie liefert innerhalb von Sekunden zuverlässige Ergebnisse und verursacht gleichzeitig keinen chemischen Abfall. In der folgenden Application Note wird erläutert, wie NIRS eine schnelle, reagenzienfreie Analyse des Feuchtigkeitsgehalts in verschiedenen Düngemitteln ermöglicht.
Feuchtigkeitsanalyse in Düngemitteln – Sekundenschnelle Ergebnisse mit NIR-Spektroskopie
Ihr Wissen zum Download
Feuchtigkeitsanalyse – Karl-Fischer-Titration, NIRS oder beides?
