Phosphates speciation with Raman spectroscopy

Význam tématu

Monitorování a speciation fosforečných iontů je zásadní pro zemědělství, potravinářskou výrobu, úpravu vody i farmaceutický průmysl. Různé formy fosfátů ovlivňují jejich reaktivitu, rozpustnost a chování v procesech. Rychlá a přesná identifikace změn protonačního stavu fosfátů pomáhá optimalizovat technologické postupy, zamezit nežádoucím reakcím a zajistit shodu s regulačními požadavky.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo prokázat schopnost přenosného Ramanova spektrometru Metrohm MIRA XTR speciačně sledovat průběh acidobazické titrace 2% roztoku kyseliny fosforečné. Studie demonstruje, jak Ramanova spektroskopie v reálném čase monitoruje přechod mezi H3PO4, H2PO4–, HPO42– a PO43– bez nutnosti složité přípravy vzorku.

Použitá metodika a instrumentace

Titrace probíhala na přístroji Metrohm 907 Titrando řízeném softwarem tiamo 2.5 a byla doplněna stirrerem 801 a automatickým dávkovačem 800 Dosino. Jako titrační činidlo sloužil roztok NaOH 5 mol/L připravený z koncentrovaného roztoku 10 mol/L. Spektrální data byla získávána handheld Ramanem MIRA XTR s XLWD měřicí hlavou a zpracovávána v MIRA Cal DS. Operační parametry: laser 785 nm, výkon 50 mW, integrace 30 s, průměrování 3 skeny, rastr vypnut.

Hlavní výsledky a diskuse

Titrace odhalila tři klíčové pKa na hodnotách přibližně 2,14; 7,20 a 12,37 odpovídající přechodům H3PO4 → H2PO4– → HPO42– → PO43–. Ramanovy pásy se při deprotonaci posouvaly z 890 cm–1 na 876 cm–1 (H3PO4 → H2PO4–), dále se objevoval signál 990 cm–1 (HPO42–) a nakonec 937 cm–1 (PO43–). Sledování intenzit a posunů těchto pásů umožnilo přesně určit jednotlivé ekvivalenční body i střední body titrace.

Přínosy a praktické využití metody

Ramanova spektroskopie umožňuje neinvazivní, kontinuální a rychlé sledování protonačního stavu fosfátů bez spotřeby činidel nebo časově náročné úpravy vzorku. Přenosná konfigurace MIRA XTR přináší možnost nasazení přímo ve výrobních provozech nebo v terénu, kde standardní laboratorní metody nejsou praktické.

Budoucí trendy a možnosti využití

Minimalizace interference fluorescence novými algoritmy eXTR a rozvoj pokročilých sond pro měření přes sklo či ve vícefázových systémech rozšíří oblasti použití. Integrace Ramanovy spektroskopie s automatickou regulací titrace a sítěmi IIoT nabídne autonomní kontrolu kvality v reálném čase.

Závěr

Přenosný Ramanův spektrometr MIRA XTR prokázal schopnost spolehlivě sledovat specii fosfátů v závislosti na pH během titrace. Metoda kombinuje vysokou citlivost, šetrnost k vzorku a možnost nasazení mimo laboratoř. Výsledky potvrzují, že Ramanova spektroskopie je efektivní alternativou k tradičním mokrým metodám.

Reference

1. Lackey HE, Nelson GL, Lines AM a kol. Reimagining PH Measurement: Utilizing Raman Spectroscopy for Enhanced Accuracy in Phosphoric Acid Systems. Anal Chem 2020, 92(8):5882–5889. DOI:10.1021/acs.analchem.9b05708
2. Determination of phosphoric acid with sodium hydroxide. Metrohm Application Note AA-T-001-100 / AN-T-237 (2025).