Phosphor
Bestimmung von Phosphaten in Wasser:
1. Grundlagen des Verfahrens:
Ortho-Phosphat bildet in saurer Lösung mit Molybdat- und Antimonkationen einen Antimon-Phosphormolybdat-Komplex, der mit Hilfe von Ascorbinsäure zum sogenannten Molybdänblau-Komplex reduziert wird. Über die Messung der Extinktion dieses Komplexes kann die Konzentration an ortho-Phosphat bestimmt werden.
H3PO4 + 12 H2MoO4 —H2SO4→ H3P(Mo3O10)4 + 12 H2O —Ascorbinsäure→ H7P(Mo3O10)4
2. Anwendungsbereich:
In Trinkwässern, wenig bis stark belasteten Abwässern, Eluaten und in Teichwässern können nach dieser Methode der Gehalt an:
♦ ortho-Phosphat
♦ hydrolysierbarem Phosphat (nach Hydrolyse von Polyphosphaten und einigen Organophosphorverbindungen mit Schwefelsäure zum ortho-Phosphat)
♦ Gesamtphosphor (nach einem Aufschluß mit Kaliumperoxodisulfat);
im Konzentrationsbereich von 5 – 1000 µg Phosphor pro Liter bestimmt werden. Bei Konzentrationen >1000 µg/l muß die Probe entsprechend verdünnt werden.
3. Reagentien:
Generell werden nur Chemikalien des Reinheitsgrades “zur Analyse” sowie deionisiertes Wasser mit einer Leitfähigkeit <0,2 µS cm–¹ verwendet.
3.1 Allgemeine Reagenzien:
♦ Salzsäure rauchend, 37% p. a.; c = 12,1 mol/l; d²º = 1,19 kg/l
♦ Salzsäure 1:10 verdünnt; c = 1,21 mol/l;
♦ Schwefelsäure 95 – 97 % p.a.; c = 18 mol/l; d²º = 1,84 kg/l
♦ Natronlauge-Plätzchen p.a.
♦ Natronlauge-Reinigungslösung; c = 2 mol/l; 8 ±0,1 g Natriumhydroxid p.a. in 40 ml Deionat auflösen, abkühlen lassen und auf 100 ±0,1 ml auffüllen.
♦ L(+)-Ascorbinsäure p.a.
♦ Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat p.a.
♦ Kalium-antimon(III)-oxidtartrat-Hemihydrat p.a.
♦ Kalium-dihydrogenphosphat p.a.
3.2 Reagenzien zur Bestimmung des Gesamtphosphorgehaltes:
♦ ß-Glycerophosphat-Dinatriumsalz-Pentahydrat p.a.
♦ Kaliumperoxodisulfat p.a.
♦ Siedesteinchen
4. Geräte:
Alle verwendeten Glasgeräte und Plastikgefäße werden mit heißer, verdünnter Salzsäure gewaschen und gründlich mit Deionat nachgespült. Die Gefäße werden ausschließlich für die Phosphorbestimmung benützt. Nach der Verwendung werden die 100 ml DURAN-Laborflaschen sowie die Plastikgefäße mit Deionat ausgespült, bis zur neuerlichen Verwendung mit Deionat aufgefüllt und verschlossen aufbewahrt. Ablagerungen des Farbstoffes (Blau), der manchmal einen dünnen Film auf der Glasoberfläche bildet, können mit Natronlauge-Reinigungslösung entfernt werden.
4.1 Allgemein benötigte Geräte:
♦ UV/VIS Photometer;
♦ Laborflaschen 100 ml mit Schraubverschluß-Kappe DURAN;
♦ Filtrationseinheit bestehend aus Saugflasche, Glasaufsatz und Festhalteklammer;
♦ Membranfilter 0,45 µm aus regenerierter Zellulose;
♦ CertoClav
♦ Meßkolben nach DIN 12664 T1, diverse;
♦ Vollpipetten nach DIN 12691, diverse;
♦ Meßzylinder nach DIN 12680, diverse;
♦ Kolbenhubpipetten mit Pipettenspitzen;
♦ Ultraturax;
♦ Universalindikatorpapier;
5. Durchführung:
5.1 Probenahme und Probenvorbereitung:
Zur Probenahme eignen sich sowohl Gefäße aus Glas als auch aus PE. Bei wäßrigen Proben werden mindestens 100 ml Probenmenge benötigt. Die Bestimmung von ortho-Phosphat muß innerhalb von 24 Stunden durchgeführt werden, bis dahin sind die Proben bei 1 – 8ºC gekühlt zu lagern. Proben für die Bestimmung von hydrolysierbarem Phosphat und des Gesamtphosphorgehaltes sind, sofern sie nicht innerhalb von 24 Stunden analysierbar sind, zur Konservierung mit Schwefelsäure auf pH <2 anzusäuern ( 1 ml Schwefelsäure-Lösung 4,5 mol/l je 100 ml Probe) und sind bei der Lagerung im Kühlschrank bei 1 – 8ºC maximal 4 Wochen stabil. Für die Bestimmung des Gesamtphosphorgehaltes müssen inhomogene Proben (insbesondere Proben mit einem Gehalt an abfiltrierbaren Stoffen über 500 mg/l) zuerst mit dem Ultraturax homogenisiert werden. Bei der Bestimmung von hydrolysierbarem Phosphat und des Gesamtphosphorgehalts ist zwischen gelöstem Anteil und Gesamtanteil zu unterscheiden. Zur Bestimmung des gelösten Anteils ist die Probe vor der Analyse über ein 0,45 µm-Membranfilter zu filtrieren. Dabei sind die ersten 50 ml des Filtrats zu verwerfen.
5.2 Bestimmung des Orthophosphat:
5.2.1 Herstellung der benötigten Lösungen:
5.2.1.1 Schwefelsäure-Lösung I, c = 9 mol/l; Zu ca. 400 ml Deionat vorsichtig unter Rühren und Kühlen 500 ±5 ml konz. Schwefelsäure zugeben und auf 1000 ±4 ml auffüllen.
5.2.1.2 Schwefelsäure-Lösung II, c = 4,5 mol/l; Zu ca. 250 ml Deionat vorsichtig unter Rühren und Kühlen 250 ±5 ml Schwefelsäure-Lösung I zugeben und auf 500 ±0,25 ml auffüllen.
5.2.1.3 Schwefelsäure-Lösung III, c = 2 mol/l; Zu ca. 3000 ml Deionat vorsichtig unter Rühren und Kühlen 110 ±5 ml Schwefelsäure-Lösung I zugeben und auf 500 ±0,25 ml auffüllen.
5.2.1.4 Ascorbinsäure-Lösung; 10 ±0,01 g Ascorbinsäure in Deionat lösen und auf 100 ±0,1 ml auffüllen. Die Lösung ist arbeitstäglich herzustellen.
5.2.1.5 Saure Molybdat-Lösung I; 13 ±0,01 g Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat in Deionat lösen und auf 100 ±0,1 ml auffüllen. 0,35 ±0,01 g Kalium-antimon(III)-oxidtartrat-Hemihydrat in Deionat lösen und auf 100 ±0,1 ml auffüllen. Zur Molybdat-Lösung vorsichtig unter Rühren und Kühlen 300 ±5 ml Schwefelsäure-Lösung I zugeben, danach die Tartrat-Lösung zusetzen und mischen. Das Reagenz ist im Kühlschrank bei 1 – 8ºC zu lagern und kann verwendet werden, solange sie farblos bleibt.
5.2.2 Bestimmung:
Die Probe ist zuerst über ein 0,45 µm-Membranfilter zu filtrieren. Von der Probe sind die ersten 50 ml des Filtrats zu verwerfen. 40 ±0,1 ml der Probe (bzw. deren Verdünnung) sind in eine 100 ml DURAN-Laborflasche zu pipettieren. Als Blindwertlösung sind 40 ±0,1 ml Deionat zu verwenden. Mit jeder Meßserie ist zudem mindestens ein Kontrollstandard mitzumessen. Zur Bildung des Farbstoffes sind 1 ±0,01 ml Ascorbinsäure-Lösung und anschließend 2 ±0,01 ml saure Molybdat-Lösung I zugegeben und mit Deionat auf 50 ±0,1 ml ergänzt. Nach einer Reaktionszeit von 20 bis 30 Minuten wird die Probe photometrisch vermessen.
5.3 Bestimmung von hydrolysierbarem Phosphat:
5.3.1 Herstellung der benötigten Lösungen:
Neben den in 5.2.1 beschriebenen Lösungen werden zusätzlich benötigt:
5.3.1.2 Saure Molybdat-Lösung II; Zu 70 ±5 ml Deionat 230 ±5 ml Schwefelsäure-Lösung I unter Kühlen zugeben, danach die Molybdat- und die Tartrat-Lösung analog zu Saure Molybdat-Lösung I zugeben.
5.3.2 Bestimmung:
Zur Bestimmung des gelösten, hydrolysierbaren Phosphats wird die Probe zuerst über ein 0,45 µm-Membranfilter filtriert. Die Probe wird mit 1 ml Schwefelsäure-Lösung II je 100 ml Probe versetzt, um den pH-Wert auf etwa 1 zu bringen. Je nach erwarteter Phosphatkonzentration werden mit einer Pipette bis zu 40 ml der Probe in eine 100 ml DURAN-Laborflasche überführt, mit Deionat auf 40 ±0,1 ml ergänzt, die Gefäße gut verschlossen und die Probe im Autoklaven 30 Minuten bei einem Druck von 1,2 bar (115 – 121°C) hydrolysiert. Bei jeder Meßserie wird eine Blindwertbestimmung nach dem gleichen Verfahren mit 40 ±0,1 ml Deionat durchgeführt. Zudem wird mit jeder Meßserie mindestens ein Kontrollstandard mithydrolysiert. Nach dem Abkühlen werden zu jeder Lösung 1 ±0,01 ml Ascorbinsäure-Lösung und anschließend 2 ±0,01 ml saure Molybdat-Lösung II zugegeben und mit Deionat auf 50 ±0,1 ml ergänzt. Nach einer Reaktionszeit von 20 bis 30 Minuten wird die Probe photometrisch vermessen.
5.4 Bestimmung des Gesamtphosphorgehalts:
5.4.1 Herstellung der benötigten Lösungen:
Neben den in 5.2.1 beschriebenen Lösungen werden zusätzlich benötigt:
5.4.1.2 Kaliumperoxodisulfat-Lösung; 5 ±0,01 g Kaliumperoxodisulfat unter Rühren in Deionat lösen und auf 100 ±0,1 ml auffüllen. Diese übersättigte Lösung wird in einer Braunglasflasche im Kühlschrank bei 4°C aufbewahrt und ist etwa zwei Wochen haltbar. Ein Abbau der Aufschlußreagenzes führt zu einem Minderbefund und ist über die Analyse des Kontrollstandard erkennbar.
5.4.2 Aufschluß mit Kaliumperoxodisulfat:
Zur Bestimmung des Gesamtphosphorgehaltes muß die Analysenprobe zuerst mit Kaliumperoxodisulfat aufoxidiert werden. Je nach erwarteter Phosphatkonzentration werden mit einer Pipette bis zu 40 ml der Probe in eine 100 ml DURAN-Laborflasche überführt, mit Deionat auf 40 ±0,1 ml ergänzt, 4 ±0,1 mlKaliumperoxodisulfat-Lösung zugegeben, die Gefäße gut verschlossen und die Probe im Autoklaven 30 Minuten bei einem Druck von 1,2 bar (115 – 121°C) hydrolysiert. Bei jeder Meßserie wird eine Blindwertbestimmung nach dem gleichen Verfahren mit 40 ±0,1 ml Deionat durchgeführt. Zudem wird mit jeder Meßserie mindestens ein Kontrollstandard mitaufgeschlossen. Nach dem Abkühlen werden zu jeder Lösung 1 ±0,01 ml Ascorbinsäure-Lösung und anschließend 2 ±0,01 ml saure Molybdat-Lösung II zugegeben und mit Deionat auf 50 ±0,1 ml ergänzt. Nach einer Reaktionszeit von 20 bis 30 Minuten wird die Probe photometrisch vermessen.
5.5 Photometrische Messung:
Die Extinktion jeder Lösung wird am UV/VIS-Photometer in einer 10 mm Glasküvette bei einer Wellenlänge von 880 nm gemessen und über den aus der Basisvalidierung gewonnenem Umrechnungsfaktor die Konzentration berechnet.
6. Anmerkung zur Durchführung:
Bei der Bestimmung von ortho-Phosphat werden organische Phosphorverbindungen je nach Struktur in unterschiedlichem Ausmaß miterfaßt, sind aber, bezogen auf den Gesamtgehalt, nur von geringer Bedeutung. Weiters können während der vorgeschriebenen Reaktionszeit Polyphosphate teilweise hydrolysieren und werden so miterfaßt. Die Hydrolyse tritt bevorzugt bei hohen ortho-Phosphatkonzentrationen, langen Reaktionszeiten und bei kleinem Kondensationsgrad der Polyverbindungen auf.
7. Qualitätssichernde Maßnahmen:
7.1 Doppelbestimmungen:
Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit und eventueller Kontaminationen der verwendeten Glasgeräte werden ausgehend von der Originalprobe jeweils Doppelbestimmungen durchgeführt. Weichen die gemessenen Werte mehr als 5 % vom Mittelwert ab, wird die gesamte Meßserie wiederholt.
7.2 Linearitätstest:
Einmal pro Jahr wird im gewünschten Arbeitsbereich die Linearität der Kalibrierfunktion in Anlehnung an die DIN 38402 überprüft. Vermessen werden jeweils 10 Kalibrierstandards mit unterschiedlichen Konzentrationen. Als Qualitätsziel ist eine relative Verfahrensstandardabweichung kleiner 3,33% definiert.
8. Angabe der Ergebnisse:
Die Ergebnisse werden unter Angabe der verwendeten Methode auf 2 signifikante Stellen in mg Phosphor pro Liter angegeben
hydr. + o,-Phosphat als Phosphor 0,45 mg/l; Phosphor gesamt 6,3 mg/l
