张景华，郭亚楠，徐维辰，殷德平，勒尔伊洛

(青岛大学 化学化工学院，山东 青岛 266071)

山梨糖醇钙离子螯合物稳定性的探究

张景华，郭亚楠，徐维辰，殷德平，勒尔伊洛

(青岛大学 化学化工学院，山东 青岛 266071)

研究了山梨糖醇钙离子螯合物稳定性。用正交设计实验准确、简便地探究了糖醇螯合钙稳定性的影响因素。通过静置和离心法测定所得产品的稳定性，产品制备过程中考虑了糖醇与钙物质的量比、pH值、反应时间、反应温度等因素对稳定性的影响，测定了较适宜的螯合条件。结果表明，在物质的量比为0.25∶1，pH值=7，反应时间50min，温度80℃的条件下生成稳定山梨糖醇钙离子螯合物。

山梨糖醇；钙离子；螯合物；稳定性

近几十年来，传统的固体肥料越来越被液体复合肥所代替，被视为“液体肥料的一场革命”[1]。液体肥料又称流体肥料，是含有一种或一种以上农作物所需的营养元素的液体产品[2]。随着绿色发展的需要，新型的原料—山梨糖醇被开发出来。山梨糖醇是多羟基化合物，是光合作用的初产物，是从植株韧皮部天然提取的物质，并且山梨糖醇是钙等金属离子的良好螯合剂，可以与钙离子形成稳定的螯合物，也是能携带钙离子在韧皮部中进行运输的物质。所以山梨糖醇螯合钙在植物吸收方面有优势，肥效高。在对专利《糖醇钙镁锌硼复合液体肥及其制备方法与应用》[3]的研究基础上，设计实验探究山梨糖醇螯合钙的稳定性。

1 仪器试剂

1.1 仪器

DF-1 集热式恒温磁力搅拌器 (金坛市中大仪器厂)；LT200B 200 g/0.1 g电子天平(常熟市天量仪器有限责任公司)； BSM电子天平(上海卓精电子科技有限公司)。

1.2 试剂

Ca(NO3)2·4H2O(天津市鼎盛鑫化工有限公司)；D-山梨醇(国药集团化学试剂有限公司)；乙酸钙(天津市巴斯夫化工有限公司)；氢氧化钾(天津市瑞金特化学品有限公司)；硝酸(国药集团化学试剂有限公司)。以上试剂均为分析纯。

2 实验原理

山梨糖醇是一种多羟基化合物，是“OO型”螯合剂，这类螯合剂以两个氧原子为键合原子，它们通过氧原子和金属离子相键合，形成稳定的螯合物[4]。本文研究了山梨糖醇和钙离子螯合反应产物的稳定性。

3 实验方案

3.1 预实验

通过对专利《糖醇钙镁锌硼复合液体肥及其制备方法与应用》[3]的研究，提出糖醇与钙物质的量比为0.2∶1，pH值=9，反应时间30min，反应温度80℃的实验方案，实验证明在此条件下制备的产品为稳定的糖醇螯合物。在此基础上，采用控制变量法对影响因素的水平范围进行探究。

3.1.1 控制变量法实验方案

表1 控制变量法探究水平范围方案

3.1.2 常温静置观察

将未产生结晶或沉淀的螯合产物常温静置30天，观察螯合产物是否出现白色沉淀或无色结晶。

3.1.3 离心观察

将静置30天后仍然稳定的螯合产物，离心(8000 r/min)30min，离心后观察是否出现白色沉淀或无色结晶。

3.1.4 控制变量法方案结果

注：“0”为静置前凝固或分层；“1”为静置后分层或出现白色絮状沉淀；“2”为静置后澄清，离心后出现白色沉淀或无色结晶；“3”为静置，离心后均澄清稳定。(下同)。

图1 控制变量法对螯合物稳定性的影响图

3.1.5 预实验结果分析及因素水平的确定

(a)当物质的量比较小时，Ca2+过剩，直接不稳定；随着物质的量比增大，Ca2+剩余量减少，生成的螯合物易受外部环境影响，稳定性稍差；物质的量比进一步增大，反应完全，产物稳定，体系均一，稳定性好。因而选定物质的量比水平范围为0.15∶1,0.20∶1,0.25∶1,0.30∶1。

(b)在较短反应时间内，螯合反应不能充分进行，稳定性稍差；当超过反应终点时，反应不再进行，延长时间已经没有意义。因而选定反应时间水平范围为20,30,40,50min。

(c)碱性条件下有利于螯合反应的进行。当pH过小时，不利于螯合反应的进行，螯合产物稳定性差；当pH值过大时，OH-浓度增大，易与Ca2+形成Ca(OH)2白色沉淀，产物稳定性差。因而选定pH值水平范围为5,7,9,11。

(d)温度较低时，反应速率较慢，反应不彻底，产物分层，不稳定；随着温度的升高，反应速率提高，反应较彻底，稳定性逐渐增加；温度进一步增大时，产物中有结晶产生，稳定性差。因而选定温度水平范围为70,75,80,85℃。

3.2 样品制备

采用正交设计实验(随机选取水平因素，消除偶然误差)，在不同钙与糖醇物质的量比、pH值、反应时间、反应温度情况下制备产品。

表2 因素水平表

3.3 稳定性检测

3.3.1 常温静置观察

将未产生结晶或沉淀的螯合产物常温静置30天，观察螯合产物是否出现白色沉淀或无色结晶。

3.3.2 离心观察

将静置30天后仍然稳定的螯合产物离心(8000 r/min)30min，离心后观察是否出现白色沉淀或无色结晶。

4 结果与分析

4.1 实验结果

表3 实验方案及实验结果

4.2 结果分析

表4 实验结果分析

由实验结果分析得：在上述影响因素当中，对螯合物稳定性影响程度大小依次为物质的量比、反应温度、pH值、反应时间。

图2 趋势图

5 结论

用正交试验方法研究了山梨糖醇钙离子螯合物稳定性，确定了制备稳定螯合产物的较佳条件是钙与山梨糖醇的物质的量比为0.25∶1，pH值为7，反应温度为80℃，反应时间为50min。

[1] 孙先良.新型化肥发展新趋势[J].化肥设计,2002,40(1):40-43.

[2] 王云霞.液体肥料的应用现状与发展趋势[J].化肥设计,2003,41(4):10-13.

[3] 张燕玲.糖醇钙镁锌硼复合液体肥及其制备方法与应用[D].广州:华南农业大学,2014.

[4] 武汉大学.分析化学(上册)[M].5版.北京：高等教育出版社,2006.

(本文文献格式：张景华，郭亚楠，徐维辰，等.山梨糖醇钙离子螯合物稳定性的探究[J].山东化工,2017,46(13):14-16.)

《山东化工》2017年征订启事

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《山东化工》自创刊以来，荣获化工部优秀期刊、山东省优秀科技情报成果奖，曾获得全国石油和化工行业优秀期刊一等奖、华东地区优秀期刊、山东省优秀科技期刊等荣誉，在国内外享有相当高的声誉。已是《美国化学文摘》(CA)、中国核心期刊(遴选)数据库收录期刊，《中国学术期刊(光盘版)》、“万方数据-数字化期刊群”全文收录期刊以及中国学术期刊综合评价数据库来源期刊等。

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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

青岛大学国家级大学生创新实验项目

张景华(1995—)，男，在读本科生，专业方向：化学工程与工艺，研究兴趣：糖醇螯合。

TQ449.6

A

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