CN105116021A - 一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测控释肥料养分释放率测试的技术领域，涉及一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置及方法，尤其涉及一种基于电导率法快速测定控释肥料静水溶出率以及累积释放率的装置及方法。包括支架、进水装置、玻璃容器、数显电导率仪、电子搅拌器，以及控制检测步骤的PCL控制***等。此特定装置避免了因外界温度波动以及待测溶液长时间静置而导致的浓度分布不均现象，测得的养分溶液电导率数值更加可靠、准确，同时也大大减少了操作时间。

Description

一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置及方法

技术领域

本发明属于检测控释肥料养分释放率测试的技术领域，涉及一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置及方法，尤其涉及一种基于电导率法快速测定控释肥料静水溶出率以及累积释放率的装置及方法。

背景技术

包膜肥料的缓/控释性能是评价其质量和有效施用的重要指标之一，目前，评定包膜肥料的缓/控释性能的方法主要有静水溶出法和土壤溶出法等。相比较于土壤溶出法，静水溶出法由于具有操作简便、快速以及结果重复性好等优点，被国内外各大缓/控释肥料生产企业以及科研院所广泛采用。

缓释肥料国家标准（GB/T-23348-2009）中也采用静水溶出法测定包膜肥料的养分释放特性，对于静水溶出法中的养分溶液，通常采用化学法直接测定养分含量，例如自动定氮仪测定养分氮含量，采用钼锑抗比浊法测定养分磷含量，火焰光度法或四苯硼钠比浊法测定养分钾含量等。但是，由于化学法直接测定过程中，操作步骤繁琐、耗时较长，人为操作带来的误差相应增加。

目前，针对不同养分溶液的电导率或折光率与溶液本身的浓度有一定的关联，HG/T4216-2011已经制订了详细的快速检测缓/控释肥料静水溶出率的实验操作和数据处理方法。利用测定养分溶液的电导率或折光率的变化来准确表征其浓度变化，不仅需要细心的实验操作以及合理的数据处理方法，而且应针对缓/控释肥料养分溶液的特性，设计出特定的专用实验装置来辅助完成。只有这样，才能更好的描述包膜肥料在静水浸泡实验中所表现的缓/控释行为。

发明内容

针对缓/控释肥料养分溶液的特性，本发明提供一种基于电导率法可快速、准确测定控释肥料养分释放率的装置以及操作方法，具有检测迅速、误差小的优点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置，其特征在于：包括支架、进水装置、玻璃容器、数显电导率仪、电子搅拌器，所述的玻璃容器底部设有出口，该出口下端为出水管，该出水管上设有出水电磁阀，所述的出水电磁阀由PLC控制，该玻璃容器固定于支架的第一隔板上；所述电子搅拌器的搅拌端置于玻璃容器内部，该电子搅拌器的另一端固定在支架的顶杆上，所述的电子搅拌器由PLC控制；所述的数显电导率仪固定在支架的伸缩杆上且置于玻璃容器的上方，该数显电导率仪的电导率测试探头一侧设有清洗水管，该数显电导率仪由电动装置控制，所述的电动装置由PLC控制；所述的进水装置用于给玻璃容器和清洗水管供水。

作为优选，所述的玻璃容器标有刻度，玻璃容器底部为锥形结构，更易于液体更换。

所述的玻璃容器的上部设有可折叠盖板，在盖板上开设有进水孔、电子搅拌器孔和肥料袋固定孔。

本发明的另一目的在于，提供一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的方法，包括如下步骤：

（1）待测肥料标准溶液的测定以及标准曲线的绘制：按照HG/T4216-2011所述方法，对待测肥料进行标准溶液的配置，将待测标准溶液转移至上述装置的玻璃容器中，通过PLC控制台，打开电子搅拌器并依据液面波动情况，调节并固定搅拌速率，然后盖上可折叠的盖板，并将装置整体置于恒温箱内，温度恒定为25℃放置半小时后，通过PLC控制台，移动电导率测试探头，进行电导率测试，数显电导率仪自动记录此时溶液的电导率数值；测试完毕后，依次打开出水电磁阀和进水装置，对玻璃容器进行清洗，同时对电导率测试探头进行清洗，清洗完毕后即可重复上述操作，依次得到待测肥料不同溶液浓度下的电导率数值，打印电导率数据并得到线性回归方程：Y=KX+C,

Y:待测肥料模拟养分释放率，%；

X:待测肥料标准溶液的电导率数值，μs·cm^-1；

K、C为系数；

（2）待测肥料控释养分的浸提以及测定：

根据HG/T4216-2011所述方法，在恒温箱内采用上述装置对待测肥料进行静水溶出实验，将称量好的肥料置于肥料袋中，并悬挂于玻璃容器内，首先关闭出水口出水电磁阀，采用进水装置将玻璃容器内注满纯水，然后打开电子搅拌器，调节并固定转速，开始计时并设定进/出水以及电导率测定程序，在1、3、5、7、10、13、16、19、22、25、35、42、49、56、63、70、77、84、91、98d时间点进行电导率自动测试；每次测量结束，电导率测试探头移出待测溶液，并自动执行清洗电导率测试探头程序，以备下次使用，然后依次开启出水电磁阀以及进水装置，更换纯水浸提液，电导率数据自动记录，最终得到待测肥料不同浸泡时间下的溶液电导率数值。

将得到的电导率数值依次带入步骤（1）的标准溶液线性回归方程，得到所测溶液的释放率，而后转化为待测肥料在此种条件下的累积养分释放率，最终得到25℃不同浸泡时间点下的累积养分释放率曲线，并进行S型曲线回归分析，得到回归方程，曲线回归方程为：Y=A2+(A1-A2)/(1+(X/X0)^p)，

Y:待测肥料模拟养分释放率，%；

X:待测肥料标准溶液的电导率数值，μs·cm^-1；

X0:中点值；A1、A2:起始值和终止值；P:公式指数。

本发明的方法采取静水培养法，取样方式参照HG/T4216-2011。

对于测试条件，电导率测定均在恒温箱内进行，温度保持在25±2℃下。

本发明的方法适用于控释肥料的检测，但不包括控释尿素。

本发明的有益效果为：

1.采用目前学者认可度较高的静水培养法对控释肥料进行检测，样品浸泡与测试同时进行，浸出液的更换采用PLC控制，电导率数据自动记录。

2.采用测定溶液电导率法来表征溶液的浓度变化，具有操作简单、方便，分析时间短等优点。

3.数显电导率仪置于由PLC控制的电动装置中，电动装置移动位置精确，避免了人为多次操作带来的实验误差；电导率仪上同时配有温度显示器，可随时监控测量液体的温度变化，所用电导率仪量程为0.055μS/cm～199.9ｍS/cm，设置5个量程范围，测量精度：电导率：±0.5％FS。

4.电子搅拌器的引入，避免了待测溶液因长时间静止而导致浓度分布不均的现象，电子搅拌器采用电池供电方式，结构可拆卸，转速可调可控。

5.放置待测液体的玻璃杯标有刻度线，顶部有带孔的折叠盖子，避免了外界杂物污染待测液体。

6.本发明电导率测定装置结构简单，除PCL控制装之外，其余装置均可放置于恒温箱内，避免了外界温度波动带来的测量误差。

一种基于电导率法测试养分释放率专用装置及方法，所用装置操作简单，灵活易用，测试过程采用PLC控制，自动化较高，数据重现性好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

1-电子搅拌器，2-盖板，3-肥料袋，4-玻璃容器，5-出水电磁阀，7-清洗水管，8-电导率测试探头，9-支架，10-第一隔板，11-顶杆，12-伸缩杆，13-进水孔，14-电子搅拌器孔，15-肥料袋固定孔，16-数显电导率仪，17-进水装置。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例

进行电导率测定时需将装置整体放置于恒温箱（25℃）中。

对一系列已知养分释放期的控释肥料进行验证测试，样品分别为养分释放期为60、90天的树脂包膜控释肥（16-16-16），编号分别为P1，P2。已知的控释肥料养分释放期是采用化学直接法进行测定的（GB/T-23348-2009）。

以P1为例说明样品在本发明专用装置中静水浸泡累积释放率以及释放期的具体测定方法。

（1）标准溶液的测定以及标准曲线的绘制。按照HG/T4216-2011所述方法，对P1进行标准溶液的配置。将待测标准溶液转移至本发明所述装置中，通过PCL控制台，打开电子搅拌器并依据液面波动情况，调节并固定搅拌速率，然后盖上可折叠的盖子，并将装置整体置于恒温箱内，温度恒定为25℃放置半小时后，通过PCL操控台，移动电导率探头，进行电导率测试，仪器自动记录此时溶液的电导率数值。测试完毕后，依次打开出水电磁阀5和进水装置，对玻璃容器进行清洗。清洗完毕后即可重复上述操作，依次得到P1不同溶液浓度下的电导率数值。打印电导率数据并得到线性回归方程。

表1包膜肥料P1标准溶液电导率/（ms·cm^-1，25℃条件下）

对P1样品的标准溶液进行线性回归分析，得到标准溶液的电导率与模拟养分释放率的线性回归方程，如下所示。线性相关性系数r²=0.99613。

Y₁=0.36573X₁+8.68964

Y₁：P1模拟养分释放率，%；

X₁：P1标准溶液的电导率数值，μs·cm^-1。

将待测样品更换为P2，按照HG/T4216-2011所述方法，对P2进行标准溶液的配置。并按照上述方法，在本发明的电导率测定专用装置中，进行P2标准溶液的电导率测定。打印电导率数据并得到线性回归方程。

表2包膜肥料P2标准溶液电导率/（ms·cm^-1，25℃条件下）

对P2样品的标准溶液进行线性回归分析，得到标准溶液的电导率与模拟养分释放率的线性回归方程，如下所示。线性相关性系数r²=0.99982。

Y₂=0.34736X₂+8.7906；

Y₂：P2模拟累积养分释放率，%；

X₂：P2标准溶液的电导率数值，μs·cm^-1；

（2）25℃控释养分的浸提以及测定。

根据HG/T4216-2011所述方法，在恒温箱内（25℃）采用本发明的电导率测定专用装置对P1进行静水溶出实验，将称量好的P1置于尼龙袋中，并悬挂于容器内。首先打开进水阀，关闭出水阀，注满浸提液（纯水），然后打开电子搅拌装置，调节并固定转速。开始计时并设定进/出水以及电导率测定程序，在1、3、5、7、10、13、16、19、22、25、35、42、49、56、63、70、77、84、91、98d……等时间点进行电导率自动测试。每次测量结束，电导率探头移出待测溶液，并自动执行清洗电极程序，以备下次使用，然后依次开启出水阀以及进水阀，更换纯水浸提液。电导率数据自动记录，最终得到P1不同浸泡时间下的溶液电导率数值。

将得到的电导率数值依次带入P1的标准溶液回归方程，得到所测溶液的释放率，而后转化为P1在此种条件下的累积养分释放率。最终得到25℃不同浸泡时间点下的累积养分释放率曲线，并进行S型曲线回归分析，得到回归方程。至此，P1在25℃条件下的静水浸泡以及电导率测定数据处理完成。

表3控释肥料P1电导率法测定释放率（25℃）

对P1所得数据中累积养分释放率和测试取样时间进行曲线拟合，拟合S型曲线（Logistic）的方程为：

y₁：P1累积养分释放率，%；

x₁：P1本发明电导率测试取样时间，d；

（3）将P1替换为P2，重复以上操作，基于本发明的电导率测定专用装置，得到P2在25℃静水浸泡条件下的累积养分释放率和养分释放期。

表4控释肥料P2电导率法测定释放率（25℃）

续表4

对P2所得数据中累积养分释放率和测试取样时间进行曲线拟合，拟合S型曲线（Logistic）的方程为：

y₂：P2累积养分释放率，%；

x₂：P2本发明电导率测试取样时间，d；

由测试数据可知，对于已知释放期的控释肥料P1和P2（释放期分别为60天和90天），在25℃条件下，采用本发明的电导率测定专用装置，测得P1的释放期为53天（累积释放率>80%时），P2的养分释放期为88天（累积养分释放率>80%时），两者的释放期相对误差10%左右。

从以上数据可知，本发明的电导率测试方法以及专用装置完全可以作为检测控释肥料养分释放期的有效手段。

Claims (8)

1.一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置，其特征在于：包括支架、进水装置、玻璃容器、数显电导率仪、电子搅拌器，所述的玻璃容器底部设有出口，该出口下端为出水管，该出水管上设有出水电磁阀，所述的出水电磁阀由PLC控制，该玻璃容器固定于支架的第一隔板上；所述电子搅拌器的搅拌端置于玻璃容器内部，该电子搅拌器的另一端固定在支架的顶杆上，所述的电子搅拌器由PLC控制；所述的数显电导率仪固定在支架的伸缩杆上且置于玻璃容器的上方，该数显电导率仪的电导率测试探头一侧设有清洗水管，该数显电导率仪由电动装置控制，所述的电动装置由PLC控制；所述的进水装置用于给玻璃容器和清洗水管供水。

2.根据权利要求书1所述一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置，其特征在于，所述的玻璃容器标有刻度。

3.根据权利要求书1所述一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置，其特征在于，所述的玻璃容器底部为锥形结构。

4.根据权利要求书1所述一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的装置，其特征在于，所述的玻璃容器的上部设有可折叠盖板，在盖板上开设有进水孔、电子搅拌器孔和肥料袋固定孔。

5.一种基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的方法，包括如下步骤：

（1）待测肥料标准溶液的测定以及标准曲线的绘制：按照HG/T4216-2011所述方法，对待测肥料进行标准溶液的配置，将待测标准溶液转移至上述装置的玻璃容器中，通过PLC控制台，打开电子搅拌器并依据液面波动情况，调节并固定搅拌速率，然后盖上可折叠的盖板，并将装置整体置于恒温箱内，温度恒定为25℃放置半小时后，通过PLC控制台，移动电导率测试探头，进行电导率测试，数显电导率仪自动记录此时溶液的电导率数值；测试完毕后，依次打开出水电磁阀和进水装置，对玻璃容器进行清洗，同时对电导率测试探头进行清洗，清洗完毕后即可重复上述操作，依次得到待测肥料不同溶液浓度下的电导率数值，打印电导率数据并得到线性回归方程：Y=KX+C,

Y:待测肥料模拟养分释放率，%；

X:待测肥料标准溶液的电导率数值，μs·cm^-1；

K、C为系数；

（2）待测肥料控释养分的浸提以及测定：

根据HG/T4216-2011所述方法，在恒温箱内采用上述装置对待测肥料进行静水溶出实验，将称量好的肥料置于肥料袋中，并悬挂于玻璃容器内，首先关闭出水口出水电磁阀，采用进水装置将玻璃容器内注满纯水，然后打开电子搅拌器，调节并固定转速，开始计时并设定进/出水以及电导率测定程序，在1、3、5、7、10、13、16、19、22、25、35、42、49、56、63、70、77、84、91、98d时间点进行电导率自动测试；每次测量结束，电导率测试探头移出待测溶液，并自动执行清洗电导率测试探头程序，以备下次使用，然后依次开启出水电磁阀以及进水装置，更换纯水浸提液，电导率数据自动记录，最终得到待测肥料不同浸泡时间下的溶液电导率数值；

将得到的电导率数值依次带入步骤（1）的标准溶液线性回归方程，得到所测溶液的释放率，而后转化为待测肥料在此种条件下的累积养分释放率，最终得到25℃不同浸泡时间点下的累积养分释放率曲线，并进行S型曲线（Logistic方程）回归分析，得到回归方程，曲线回归方程为：Y=A2+(A1-A2)/(1+(X/X0)^p)，

Y:待测肥料模拟养分释放率，%；

X:待测肥料标准溶液的电导率数值，μs·cm^-1；

X0:中点值；A1、A2:起始值和终止值；P:公式指数。

6.根据权利要求5所述基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的方法，其特征在于，采取静水培养法，取样方式参照HG/T4216-2011。

7.根据权利要求5所述基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的方法，其特征在于，电导率测定均在恒温箱内进行，温度保持在25±2℃下。

8.根据权利要求5所述基于电导率法快速检测控释肥料养分释放率的方法，其特征在于，本方法适用于控释肥料的检测，但不包括控释尿素。