Ćwiczenie 5 Oznaczanie fosforanów w wodzie 1. Wstęp

Pracownia dyplomowa
III rok Ochrona Środowiska Licencjat (OŚI)
Ćwiczenie 5
Oznaczanie fosforanów w wodzie
1.
Wstęp
Fosfor, podobnie jak azot, jest pierwiastkiem niezbędnym dla organizmów żyjących.
Może zanieczyszczać środowisko, jeżeli występuje w zbyt wysokim stężeniu. Stężenie
fosforu w jeziorach i rzekach jest niskie (60 ppb).
Fosfor występuje w środowisku przede wszystkim jako jony fosforowe PO43-. W
glebie są to związki nieorganiczne: apatyty Ca10(PO4)6(F,OH)2, fosforan wapnia Ca3(PO4)2,
fosforan glinu AlPO4 i fosforan żelaza(III) FePO4. Nieorganiczne związki fosforu mają
niewielką rozpuszczalność w wodzie co ogranicza ich dostępność jako składnika
pokarmowego dla roślin. Fosfor jest wprowadzany do gleby w postaci nawozów
fosforanowych, ale jego większość ulega unieruchomieniu w glebie i rzadko migruje dalej.
Transportowany jest do oceanów w postaci cząstek koloidalnych i zawiesin. Oszacowano, że
z 20×109 kg P wprowadzanych rocznie do oceanów przez rzeki, około 9×109 kg P pochodzi z
procesów erozji gleby, wylesiania i chemizacji rolnictwa. Wzrost stężenia fosforu w wodach
powierzchniowych nie wynika z nadmiernego stosowania nawozów fosforowych a z
odprowadzania ścieków zawierających rozpuszczalne polifosforany będące składnikami
detergentów. Rozpuszczalne fosforany, pozostałe w ściekach po procesie ich oczyszczania,
dostające się do wód powierzchniowych przyczyniają się do wzrostu ilości sinic (alg),
szczególnie w jeziorach. Następuje znaczne zwiększenie biomasy glonów i straty energii
świetlnej wnikającej w głąb wody. Masowy rozwój glonów powoduje zmianę barwy wody na
zieloną tworząc tzw. zakwity wody. Gdy glony obumierają, tlen rozpuszczony w wodzie
zostaje zużyty w mikrobiologicznych procesach mineralizacji materii organicznej.
Ortofosforany(V), dawniej nazywane fosforany(V), są to rozpuszczalne w wodzie sole
kwasu ortofosforowego(V) H3PO4. W wodzie dysocjują na jony: H2PO4-, HPO42- oraz PO43- a
1
stosunek ich zawartości zależy od pH wody. W wodach powierzchniowych przy pH ~ 7 są to
głównie jony: H2PO4- oraz HPO42-.
Zawartość ortofosforanów w wodzie jest oznaczana za pomocą spektrofotometrii
UV/Vis. W warunkach kwaśnych fosforany reagują z molibdenianem (VI) amonu i winianem
antymonylowo-potasowym tworząc kompleks fosforanowo-molibdenowy. Molibden ulega
dalej redukcji przez kwas askorbinowy, tworząc związek o intensywnym niebieskim
zabarwieniu zwany błękitem molibdenowym. Intensywność zabarwienia jest proporcjonalna
do zawartości fosforanów a oznacza się ją spektrofotometrycznie mierząc absorbancję przy
wybranej długości fali od 700 do 880 nm.
2. Część eksperymentalna
2.1. Cel
Celem ćwiczenia jest oznaczenie zawartości fosforanów w próbce wody metodą
spektrofotometrii UV/Vis przy zastosowaniu metody krzywej kalibracyjnej.
2.2. Wykonanie
2.2.1. Pobieranie i przechowywanie próbek wody
Analizy powinny być przeprowadzone najszybciej jak to możliwe po pobraniu próbek do
szklanych butelek. Ewentualnie można przechować próbki wody zamrożone (temp. < -10°C)
po dodaniu jako środka konserwującego HgCl2 (40 mg/L próbki) w butelkach plastikowych.
Przewidziane jest pobranie 4 próbek wody ze stawu.
Uwaga: szkło laboratoryjne stosowane do pobierania i przechowywania próbek oraz do
wykonania analiz nie powinno być myte detergentami zawierającymi fosforany. Należy
umyć szkło gorącym, rozcieńczonym (1:1) roztworem HCl i wypłukać wielokrotnie
wodą.
2.2.2. Przygotowanie próbek do analizy
Przygotować roztwór kwasu askorbinowego oraz roztwór reakcyjny.
Pobrać po 40 mL próbek wody do kolbek miarowych o pojemności 50 mL. Do każdej
kolbki dodać po 8 mL mieszaniny reakcyjnej i uzupełnić wodą do kreski. Wymieszać
dokładnie roztwory i pozostawić na co najmniej 10 minut, ale nie dłużej niż na 30 min.
Ważne jest, aby próbki badane przygotować i analizować jednocześnie z roztworami
2
wzorcowymi.
2.2.3. Przygotowanie roztworów kalibracyjnych
Przygotować wzorcowy roboczy roztwór fosforanu o stężeniu 10 µg P/mL. Przygotować serię
5 roztworów kalibracyjnych poprzez odpowiednie rozcieńczenie roztworu roboczego (0,5 do
5 mL) do kolbek miarowych o pojemności 50 mL. Do każdej kolbki dodać po 8 mL
mieszaniny reakcyjnej i uzupełnić wodą do kreski. Policzyć stężenie roztworów
kalibracyjnych. Przygotować ślepą próbę poprzez dodanie 8 mL mieszaniny reakcyjnej do
kolbki miarowej o pojemności 50 mL i uzupełnienie wodą do kreski. Wymieszać dokładnie
roztwory i pozostawić na co najmniej 10 minut, ale nie dłużej niż na 30 min.
2.2.4. Wyznaczanie analitycznej długości fali
Po upływie 10 minut, ale przed upływem 30 minut od sporządzenia roztworów
kalibracyjnych wykonać pomiar zależności absorbancji od długości fali dla dwóch roztworów
kalibracyjnych w zakresie długości fali 500 - 1000 nm. W przypadku występowania na
krzywej A = f(λ) więcej niż jednego maksimum, jako analityczną długość fali przyjmujemy
tę, przy której wartość absorbancji jest największa.
2.2.5. Analiza ilościowa metodą krzywej kalibracyjnej
Po upływie 10 minut, ale przed upływem 30 minut od sporządzenia roztworów zmierzyć
absorbancję każdego roztworu kalibracyjnego oraz próbek badanych przy wybranej długości
fali stosując przygotowany roztwór ślepej próby. Wykreślić krzywą kalibracyjną będącą
zależnością absorbancji od stężenia P. Wykonać analizę badanych próbek i odczytać stężenie
P w wodzie.
2.2.6. Oznaczenie kwasu fosforowego (E338) w napojach bezalkoholowych
Pobrać 20 ml próbki badanej (napoju typu cola) do zlewki na 100 mL. Próbkę pozostawić w
otwartej zlewce na 5 minut celem jej odgazowania (ewentualnie użyć łaźni ultradźwiękowej).
Odgazowaną próbkę rozcieńczyć: pobrać pipetą miarową 1 mL badanego napoju do kolby
miarowej o pojemności 100 mL i rozcieńczyć wodą destylowaną do kreski, dokładnie
wymieszać. Pobrać pipetą miarową 5 mL rozcieńczonego roztworu badanego napoju do kolby
miarowej o pojemności 50 mL i postępować dalej wg procedury opisanej w punkcie 2.2.2.
3
Literatura
1. Peter O’Neill. Chemia środowiska. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Wrocław, 1998.
2. Miroslav Radojević, Vladimir N. Bashkin. Practical Environmental Analysis. The Royal Society of
Chemistry, Cambridge, 1999.
Odczynniki i sprzęt laboratoryjny
roztwory przygotowywane wcześniej:
•
roztwór winianu antymonylowo-potasowego K(SbO)C4H4O6·0,5H2O w wodzie (2,7 g/L)
•
roztwór molibdenianu amonu (NH4)6Mo7O24·4H2O w wodzie (40 g/L)
•
roztwór kwasu siarkowego przygotowany przez rozcieńczenie 70 mL stężonego H2SO4 do 500 mL
•
roztwór wzorcowy wyjściowy fosforanu zawierający P o stężeniu 100 mg/L: rozpuścić 439,0 mg
bezwodnego fosforanu potasowego KH2PO4 w wodzie i uzupełnić do 1 L; 1 mL = 100 µg P
roztwory przygotowywane w czasie zajęć laboratoryjnych:
•
roztwór kwasu askorbinowego 0,01 M przygotowany przez rozpuszczenie 1,76 g kwasu
askorbinowego w wodzie i uzupełnienie do 100 mL. Przechowywać w lodówce w temp. 4°C, trwałość
– 1 tydzień
•
roztwór wzorcowy roboczy fosforanu zawierający P o stężeniu 10 mg/L: rozcieńczyć 10,0 mL
roztworu wyjściowego do 100 mL; 1 mL = 10 µg P
•
roztwór reakcyjny: pobrać 100 mL roztworu kwasu siarkowego, 10 mL roztworu winianu
antymonylowo-potasowego, 30 mL roztworu molibdenianu amonu i 60 mL roztworu kwasu
askorbinowego do butelki z ciemnego szkła 250 mL. Mieszać po dodaniu każdego odczynnika i
poczekać do ochłodzenia mieszaniny do temp. pokojowej przed dodaniem kolejnego odczynnika. Jeżeli
otrzymany roztwór jest mętny to należy pomieszać i pozostawić na kilka minut, aż stanie się klarowny.
Roztwór jest stabilny tylko przez 4 godz.!
•
butelka z ciemnego szkła 250 mL
•
cylinder 100 mL – 2 szt
•
cylinder 50 mL
•
pipeta 10 mL – 3 szt
•
pipeta 5 mL - 2 szt
•
statyw do pipet
•
kolba miarowa 100 mL – 2 szt
•
kolbki miarowe 50 mL – 10 szt
•
lejek do kolby
•
łyżka metalowa
•
zlewka 20 mL
•
butelka plastikowa do pobierania próbek wody 1 L (ewentualnie butelka po wodzie mineralnej umyta
Uwaga: szkło laboratoryjne stosowane do pobierania i
przechowywania próbek oraz do wykonania analiz nie
powinno być myte detergentami zawierającymi
fosforany. Należy umyć szkło gorącym, rozcieńczonym
(1:1) roztworem HCl i wypłukać wielokrotnie wodą.
wodą dejonizowaną) – 4 szt
4