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Orthophosphat- und Gesamtphosphor Phosphat-Analytik – manuell und automatisiert

Autor / Redakteur: Thomas Riehl*, Ursula Deister** und Franz Schmitz* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

In den vergangenen Ausgaben wurden an dieser Stelle verschiedene wasseranalytische Verfahren zur Bestimmung von Chrom-(VI) oder Ammonium­verbindungen vorgestellt. Als Abschluss der Serie beschreibt dieser Artikel verschiedene Analysenmethoden zur Bestimmung von Orthophosphat- und Gesamtphosphor.

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Abb.1: Skalar 12-Kanal CFA-Messplatz im Hessischen Landeslabor
Abb.1: Skalar 12-Kanal CFA-Messplatz im Hessischen Landeslabor
(Bild: LHL)

Phosphor wird in zahlreichen industriellen Produkten verwendet. Er gelangt zum Beispiel durch Düngemittel und Waschmittel in die Umwelt und liegt meist in Form von Orthophosphat oder Polyphosphat vor. Die Bedeutung des Pflanzennährstoffs Phosphor ist durch sein Eutrophierungspotenzial begründet. Der Gesetzgeber hat aus diesem Grund Anforderungen für Gesamtphosphor an die Abwasserqualität definiert [1].In der Abwasserverordnung [1] sind branchenspezifisch Anforderungen zwischen 1,5 mg/L und 3 mg/L Gesamtphosphor festgelegt. Die Überwachung erfolgt mit dem manuellen Verfahren nach DIN EN ISO 6878 (Referenzverfahren der Abwasserverordnung). Aus fachlicher Sicht sollten alle in Tabelle 1 und 3 aufgeführten Verfahren für die Überwachung grundsätzlich geeignet sein. Seit 1983 wurden eine manuelle (revidiert in 2004) und drei automatisierbare (Continuous Flow Analysis, CFA; Flow Injection Analysis, FIA; Einzelanalysensystem, EAS) Photometrie-Normen für die Orthophosphat- und Gesamtphosphor-Analytik in Wasser im DIN veröffentlicht.

Alle in Tabelle 1 aufgeführten Verfahren für die Bestimmung des Orthophosphats und des Gesamtphosphors (Hydrolyse nach Aufschluss mit Kaliumperoxodisulfat oder Mineralsäure in der Hitze) basieren auf der Reaktion von Orthophosphat mit Antimon- und Molybdat-Ionen, zu einem Phosphormolybdatkomplex, der mit Ascorbinsäure zu Phosphor-Molybdänblau reduziert wird. Die Extinktion des Farbstoffes wird einheitlich bei einer Wellenlänge von 880 nm gemessen. Die Kalibrierung erfolgt mittels linearer Regression z.B. nach DIN 38402-51.

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Ausgewählte Kriterien für den Verfahrensvergleich

Der Vergleich orientiert sich am Aufbau einer Norm und berücksichtigt folgende Bereiche: Anwendungsbereich, Störungen, Reagenzien, Probenahme und Probenvorbereitung und Durchführung.

Für welche Aufgabenstellungen eignen sich die Analysenverfahren?

Die verfahrensspezifischen Anwendungsbereiche sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die genormten Verfahren können für eine Vielzahl von Wasserarten in unterschiedlichen Arbeitsbereichen angewendet werden. Sie beschreiben einen gemeinsamen unteren Anwendungsbereich ab 0,01 mg/L für Orthophosphat und Gesamtphosphor. Bei Anwendung der automatisierten Techniken (zum Beispiel Fließanalytik) kann der Arbeitsbereich in der Regel nicht variiert werden, da durch gerätespezifische Einstellungen (zum Beispiel fest eingestellte Volumenströme) der Arbeitsbereich an die Anforderungen des Routinebetriebs optimiert wird und Umbauten allgemein einen zeitlich erhöhten Aufwand bedeuten. DIN ISO 15923-1 (EAS) beschreibt dazu eine typische Messlösung, bestehend aus sechs Volumenteilen Probe und einem Volumenteil Farbreagenz.

Reagenzien: Die Reagenzien können in zwei Gruppen eingeteilt werden. Zum einen für den Einsatz zur Vorbereitung von Proben und Gefäßen, zur Beseitigung von Störungen oder für die Kalibrierung und zum anderen für die Farbstoffbildung. Wesentliche Unterschiede lassen sich für die Farbstoffreaktion nicht herausarbeiten, weil die Verfahren auf demselben Chemismus basieren. DIN ISO 15923-1 (EAS) verweist in Anhang F darauf, dass das Verfahren auf dem gleichen Chemismus, wie in DIN EN ISO 6878 (manuelles Verfahren) angegeben, beruht.

Für die Farbstoffbildung der Orthophosphat-Bestimmung werden Ammoniummolybdat, Ascorbinsäure und Kaliumantimonyltartrat eingesetzt. Zur pH-Wert-Einstellung kann Schwefelsäure verwendet werden. Zusätzlich wird für die Gesamtphosphorbestimmung Kaliumperoxodisulfat beziehungsweise für das manuelle Verfahren Salpetersäure/Schwefelsäure verwendet. Für die Kalibrierung wird beispielsweise Kaliumhydrogenphosphat verwendet. Die Reinigung der Gerätschaften erfolgt beim FIA- und CFA-Verfahren mit einer Natrium-EDTA-Natriumhydroxid-Lösung.

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