🔬 Phosphate / Gesamtphosphor im Wasser
Spektrophotometrische Bestimmung von Orthophosphaten und Gesamtphosphor im Wasser mittels Ammoniummolybdat- und Ascorbinsäure-Methode (Molybdänblau). Ein Schlüssel-Eutrophierungsparameter.
Übersicht
Phosphor ist ein Schlüssel-Nährstoffelement, das für die Eutrophierung von Oberflächengewässern verantwortlich ist — übermäßiges Algenwachstum, Cyanobakterienblüten, Sauerstoffmangel und aquatische Ökosystemdegradation. In natürlichen Gewässern kommt Phosphor vor als: Orthophosphate (PO₄³⁻, reaktiv, direkt assimilierbar durch Organismen), Polyphosphate (hydrolysieren zu Orthophosphaten) und organischer Phosphor (an organische Substanz gebunden).
Gesamtphosphor = Orthophosphate + Polyphosphate + organischer Phosphor (nach Mineralisierung).
Standards: Trinkwasser ≤0,4 mg PO₄³⁻/L, gereinigtes Abwasser ≤2 mg P/L (>10 000 EW), Oberflächengewässer Klasse I ≤0,2 mg P/L. Kommunalabwasser-Richtlinie verlangt Phosphorreduktion in Kläranlagen über 10 000 EW.
ISO 6878-Methode (Molybdänblau mit Ascorbinsäure) ist Referenzmethode — hochempfindlich, Bereich 0,005–0,8 mg P/L.
Prinzip der Methode
Orthophosphat-Ionen reagieren mit Ammoniummolybdat und Antimon-Kalium-Tartrat in saurer Umgebung (H₂SO₄), unter Bildung eines Heteropolysäure-Phosphormolybdän-Komplexes (Antimon-Phosphormolybdat). Komplex wird durch Ascorbinsäure zu intensiv blauem Komplex (Molybdänblau) reduziert.
PO₄³⁻ + Mo(VI) + Sb³⁺ → (H⁺) → Phosphormolybdat-Komplex Komplex + Ascorbinsäure → Molybdänblau (intensiv blau)
Die Absorbanz wird bei 880 nm (maximale Empfindlichkeit) oder 700 nm (mit geringerer Empfindlichkeit) gemessen. Farbe entwickelt sich in 10–30 Minuten und ist 24 Stunden stabil.
Für Gesamtphosphor: vor Analyse wird Probe mineralisiert (K₂S₂O₈ + H₂SO₄, 120°C/30 min), um alle Phosphorformen in Orthophosphate umzuwandeln.
Anwendungen
- Oberflächengewässer-Eutrophierungsüberwachung
- Gereinigtes Abwasserkontrolle (Grenzwert ≤1–2 mg P/L)
- Trinkwasser-Qualitätskontrolle
- Chemische Phosphorentfernungsprozess-Überwachung (Koagulation)
- Biologische Phosphorentfernungsprozess-Kontrolle (EBPR)
- Grundwasseruntersuchung (landwirtschaftliche Auswirkung)
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Messbereich | 0,005–0,8 mg P/L (ohne Verdünnung) |
| Nachweisgrenze | 0,005 mg P/L (direkt), 0,0005 mg P/L (nach Extraktion) |
| Wellenlänge | 880 nm (optimal) oder 700 nm |
| Farbentwicklungszeit | 10–30 Minuten (stabil 24 h) |
| Präzision (VK) | 2–5% |
| Mineralisierung (Gesamtphosphor) | K₂S₂O₈ + H₂SO₄, 120°C, 30 min |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 6878:2006+Ap1:2010+Ap2:2010
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie fosforu — Metoda spektrometryczna z molibdenianem amonu
- Title (EN)
- Water quality — Determination of phosphorus — Ammonium molybdate spectrometric method
Schritt-für-Schritt-Verfahren
1. Mischreagenz-Vorbereitung
In Reihenfolge mischen: 50 mL H₂SO₄ 4,5M + 5 mL Antimon-Kalium-Tartratlösung + 15 mL Ammoniummolybdatlösung + 30 mL Ascorbinsäurelösung. Am Tag der Verwendung zubereiten!
2. Mineralisierung (nur Gesamtphosphor)
Zu 40 mL Probe 5 mL K₂S₂O₈-Lösung und 1 mL H₂SO₄ 4,5M hinzufügen. Im Autoklaven 120°C/30 min oder im Thermoreaktor mineralisieren. Auf Raumtemperatur abkühlen.
3. Probenvorbereitung (Orthophosphate)
40 mL Probe in 50 mL Messkolben geben. Für trübe Proben — durch 0,45 μm Filter filtrieren. Probe muss Raumtemperatur haben.
4. Reagenzienzugabe
1 mL Ascorbinsäure hinzufügen, dann 2 mL saure Molybdatlösung (Mischreagenz). Mit Wasser auf 50 mL auffüllen. Gründlich mischen.
5. Farbentwicklung
10–30 Minuten auf vollständige blaue Farbentwicklung warten. Farbe stabil bis 24 Stunden.
6. Absorbanz-Messung
Absorbanz bei 880 nm (oder 700 nm) gegen Blindprobe messen. P-Konzentration aus Kalibrierkurve ablesen. Küvette 10–40 mm (für Konzentration wählen).
7. Berechnungen
P-Konzentration [mg/L] = Kurvenablesung × Verdünnungsfaktor. Umrechnung: PO₄³⁻ [mg/L] = P × 3,066.
8. Qualitätskontrolle
Kontrollstandard (z.B. 0,5 mg P/L) — Abweichung max ±10%. Blindprobe — Absorbanz <0,01. Duplikate — RPD <10%.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| UV-VIS Spektrophotometer | Hach DR6000, Shimadzu UV-1900, Analytik Jena Specord 250 Plus | 15 000–45 000 PLN |
| Optische Küvetten 10–50 mm | Glas- oder Quarzküvetten, 10, 20, 40 mm | 50–300 PLN/Stk. |
| Autoklav oder Thermoreaktor | Für Gesamtphosphor-Mineralisierung (120°C/30 min) | 4 000–30 000 PLN |
| Automatische Pipetten | Eppendorf Research Plus 1–10 mL, 100–1000 μL | 800–2 000 PLN |
| Messkolben 50 mL | Klasse A, Borosilikatglas | 30–80 PLN/Stk. |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Ammoniummolybdat (NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O | 12054-85-2 | Saure Lösung: 13 g Molybdat in 100 mL H₂SO₄ 4,5 mol/L + 400 mL Wasser. Lösung I. |
| Ascorbinsäure C₆H₈O₆ | 50-81-7 | Reduktionsmittel: 17,6 g/L in Wasser. Frisch zubereiten (instabil — oxidiert). Gültig max 1 Woche gekühlt. |
| Antimon-Kalium-Tartrat K(SbO)C₄H₄O₆·½H₂O | 28300-74-5 | Reaktionskatalysator: 0,34 g/L in Wasser. Lösung II. Haltbarkeit: mehrere Monate. |
| Schwefelsäure H₂SO₄ | 7664-93-9 | Lösung 4,5 mol/L (verdünnt 1+3). Saures Reaktionsmedium. |
| Kaliumperoxodisulfat K₂S₂O₈ | 7727-21-1 | Für Gesamtphosphor-Mineralisierung: 5 g/100 mL. Starkes Oxidationsmittel, zersetzt organische P-Formen. |
| PO₄³⁻-Standardlösung 1000 mg P/L | 7778-77-0 | KH₂PO₄ in Wasser, zertifiziertes CRM. Für Kalibrierkurve. |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Schwefelsäure — stark ätzend, verursacht schwere Verätzungen. Schutzbrille und Handschuhe verwenden.
- Antimon-Kalium-Tartrat — enthält Antimon (Sb), giftig. Einatmen und Verschlucken vermeiden.
- Kaliumperoxodisulfat — starkes Oxidationsmittel, reizend. Von brennbaren Stoffen fernhalten.
- Schutzbrille, Nitrilhandschuhe und Kittel obligatorisch.
- Molybdän- und antimonhaltige Abfälle getrennt sammeln.