Nachweismethoden
folgt in Kürze
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Rhena Schumann, Dana Zimmer
Prinzip
Phosphationen reagieren in saurer Lösung mit Molybdat unter Bildung gelber Phosphormolybdänsäure, die mit Ascorbinsäure zu Molybdänblau reduziert werden kann (Denigès 1921, in der Variante von Murphy & Riley 1962, als Lehrbuchteil von Hansen & Koroleff 1999). Antimonyltartrat stabilisiert den Farbstoff. Molybdänblau ist ein kolloidales Mischoxid, worin dem Molybdän Oxidationsstufen zwischen V und VII zuzuordnen sind. Molybdänblau wird photometrisch quantifiziert.
Störionen, wie Arsenat (Kapitel 5.2.1, vgl. Review: Blomqvist et al. 1993) z. B. in Kläranalgen mit Industrieabwässern, müssen eliminiert werden. Eine weitere und schwerwiegende Störung besteht durch Silikat, einem allgegenwärtigen Ion aus Sand und Glas. Sehr saure Reaktionsbedingungen behindern die Umsetzung von Silikat mit dem Molybdat (Gripenberg 1929). Diese sauren Bedingungen führen jedoch dazu, dass evtl. vorhandene säurelabile organische phosphathaltige Verbindungen, z. B. Glucose-6-Phosphat, Phosphat freisetzten, das dann als Phosphat gemessen wird. Deshalb wird das Ergebnis einer Molybdänblaureaktion unter diesen Bedingungen auch nicht als (ortho-)Phosphat, sondern als Soluble Reactive Phosphorus (SRP) bezeichnet. Das Ergebnis ist im Vergleich zum Phosphat etwas überbestimmt.
Reaktionsgleichung
Konzentrationsbereich
Der Nachteil dieser Methode gegenüber Vanadomolbdängelb und evtl. auch dem Malachitgrüntest (beide enthalten ebenfalls Molybdat in den Reagenzien) liegt in der geringeren Stabilität der verwendeten Reagenzien. Sowohl die Ascorbinsäurelösung als auch das Molybdänmischreagenz haben nur eine kurze Stabilitätsphase. Die Ascorbinsäure wird leicht grünlich (nach ca. 10 d) oder verliert ihre Wirkung und das Mischreagenz ist extrem empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Die stammen aus dem Reinstwasser beim Ansetzen oder aus den Gefäßen z. B. bei maschinengespülten Behältern. Aber auch Pipettierfehler verschleppen Verfärbungen, weshalb es besser ist, nicht aus den 100-200 ml Reagenzienbehältern zu pipettieren, sondern 5-20 ml in sehr kleine Gefäße abzufüllen und daraus zu pipettieren (für ca. 20-30 Proben). Durch Licht altern die Reagenzien (werden blau-grün in 2-3 Tagen) zusätzlich, was zu falsch-positiven Ergebnissen führt.
Der lineare Bereich der Methode liegt bei einer Wellenlänge von 885 nm und einer Küvettenlänge von 5 cm zwischen 0,05 µmol l-1 (Bestimmungsgrenze) und 10 µmol l-1 (ca. 0,002 und 0,31 mg P l-1). Damit ist diese Methode gut geeignet für Wasserproben, aber Aufschlüsse P-reicher Materialien müssen an den Messbereich angepasst (stark oder mehrfach in Schritten verdünnt) werden.
Der Molybdänblaunachweis ist eine der empfindlichsten Methoden, wenn auch nicht ganz frei von Matrixeffekten, die zum Beispiel vom Salzgehalt des Meerwassers ausgelöst werden. Deshalb müssen Standards für Salzwasserproben in Meerwassersalinität angesetzt werden (Kapitel 5.2.2). Die Bestimmungsgrenze beträgt üblicherweise 0,05 µmol l-1 (1,6 µg l-1), wenn man eine 5 cm lange Küvette benutzt. Es gibt noch zwei Möglichkeiten, die Bestimmungsgrenze weit in den nanomolaren Bereich zu senken: die Aufkonzentrierung des Analyten (Kapitel 5.5.1) und die Verbesserung der Detektion, z. B. durch noch viel längere Küvetten (Review: Patey et al. 2008, Kapitel 5.5.2).
Durchführung
► Kalibriergerade: Das Probenvolumen muss mindestens 15 ml betragen, damit eine 5 cm Küvette befüllt werden kann. 20 oder 25 ml sind ebenfalls möglich.
► Eine weitere Miniaturisierung ist nur zulasten der Bestimmungsgrenze möglich (4 ml für eine 1 cm Makroküvette). Evtl. Verunreinigungen und Pipettierfehler haben bei noch geringerem Probenvolumen einen größeren Einfluss.
► Gefäße können 25 oder 50 ml Erlenmeyerkolben (am besten Weithals) oder 50 ml Zentrifugenröhrchen sein (mehrfach wiederverwendbar) (Abbildung 5.2.3-1).
► In der Wasseranalytik sind äquidistante Kalibriergeraden (Kapitel 6.1) mit 10 Messpunkten üblich. Das Bestimmtheitsmaß r2 soll > 0,995 sein.
► Proben ansetzen und messen
► Proben mit hoher Trübung (Seston, gemahlenes Sedimentmaterial) müssen filtriert werden. Mit Vakuumfiltration durch GF 6 (Nennporengröße 1-2 µm) oder bei sehr kleinen Partikeln durch Celluloseacetat (Nennporengröße 0,45 µm) filtrieren. Ohne Unterdruck können gefaltete phosphatfreie Rundfilter (z. B. MN 616 G) genutzt werden (Abbildung 5.2.3-2).
► Ggf. Trübung bzw. Verfärbung der Filtrate FBW bei 885 nm messen (nicht nötig in Persulfataufschlüssen),
► 25 ml der filtrierten Proben mit 0,25 ml Ascorbinsäurelösung versetzen,
► 0,5 ml Mo-Mischreagenz zugeben, 20 min warten,
► Reagenzienblindwert RBW analog zu den Proben mit 25 ml Reinstwasser herstellen und
► alle Proben bei 885 nm in einer 5 cm Küvette messen.
Qualitätsmanagement
► Pro 10 Proben mindestens 1 Blindwert mitlaufen lassen.
► Wenn keine echten Probenwiederholungen geplant sind, 2 Mess-Wiederholungen für jede 10. Probe ansetzen.
► Nur innerhalb des jeweils kalibrierten Bereichs messen.
► Kontrollkarten nach Kapitel 6.3-6.5 führen.
Berechnung
PO43-=F.(EProbe-ERBW-EFBW)
PO43- Phosphatkonzentration (µmol l-1)
F Faktor der Kalibiergeraden1
E Extinktion2
RBW Reagenzienblindwert
FBW Absorption des Filtrats
► RBW werden abgezogen, wenn das Signal ("Noise") aus den Reagenzien kommen kann.
► FBW werden nur abgezogen, wenn die Probe trüb ist und nicht filtriert werden kann oder wenn eine nennenswerte Eigenfärbung vorliegt.
1 Anstieg der Kalibiergeraden, wenn die Extinktion auf der x-Achse steht und die Konzentration auf der y-Achse.
2 Immer gleiche Küvettenlänge einsetzen!
Chemikalien
► Reinstwasser (RW) ist entionisiertes silikatfreies Wasser: Molybdat reagiert auch mit Silikat, was aus bestimmten Gläsern oder Ionenaustauschern in größeren Mengen stammt. Die Messung natürlicher (geringerer) Silikatkonzentrationen wird durch die Messbedingungen unterdrückt. Auf jeden Fall muss Deionat aus silikatfreien Ionenaustauschern verwendet werden, das z. B. aus dem Rostocker Kraftwerk bezogen werden kann oder mit sehr hochwertigen Reinstwasseranlagen aufbereitet werden muss, z. B. Milli-Q.
► Molybdat-Reagenz: 100 g Ammonimummolybdat (NH4)6Mo7O24)∙H2O in 1 l Kraftwerkswasser lösen. Mehrere Monate haltbar.
► Antimon-Reagenz: 2,7 g Antimonyl-Kalium-Tartrat in 200 ml 50%iger Schwefelsäure lösen. Mehrere Monate haltbar.
► Misch-Reagenz: 12,5 ml Mo-Reagenz, 36,5 ml 50%ige Schwefelsäure und 1 ml Antimon-Reagenz mischen. Nimmt das Misch-Reagenz eine blaue Farbe an, muss es neu angesetzt werden.
► 50%ige Schwefelsäure: Gleiche Volumina RW und konzentrierte Schwefelsäure vorsichtig und sehr langsam unter Umrühren mischen (Hitzeentwicklung! Stark ätzend! Auffangschale!).
► Ascorbinsäure-Reagenz: 8 g Ascorbinsäure in 100 ml RW lösen. In dunkler Flasche aufbewahrt 1 - 2 Wochen haltbar.
► Standards
► KH2PO4 bei 60°C trocknen und im Exsikkator abkühlen lassen.
► 1 mM Phosphatstammlösung (molare Masse: 136,19 g mol-1) ansetzen: 136,19 mg in einen 1 l Maßkolben einwiegen, in RW lösen, bis zur Eichmarke auffüllen.
► 10 µM Phosphatarbeitslösung herstellen: 5 ml 1 mM Stammlösung in einen 500 ml Maßkolben pipettieren, bis zur Eichmarke mit RW auffüllen, gut schütteln.
► Alternativ: kommerziellen P-Standard verwenden
Referenzen
Blomqvist S, Hjellstroöm K, Sjösten A (1993) Interference from arsenate, fluoride and Ssilicate wWhen determining phosphate in water by the phosphoantimonylmolybdenum blue method. Int J Environ Anal Chem 54: 31-43, DOI: 10.1080/03067319308044425
Denigès G (1921) Détermination quantitative des plus faibles quantités de phosphates dans les produits biologiques par la méthode céeuléo-molybdique. Compt Rend Soc Biol Paris 84: 875-877
Gripenberg S (1929) Method of Denigès for the estimation of phosphate. Det 18 Skandin Naturforsk
Hansen H P, Koroleff F (1999) Determination of nutrients. In Grasshoff K, Kremling K, Ehrhardt M (Eds.) Wiley-VCH, 3rd edition: 159-251, DOI: 10.1002/9783527613984.ch10
Murphy J, Riley J P (1962) A modified single solution method for the determination of phosphate in natural waters. Analyt Chim Acta 27: 31-36, DOI: 10.1016/S0003-2670(00)88444-5
Patey MD, Rijkenberg MJ, Statham PJ, Stinchcombe MC, Achterberg EP, Mowlem M (2008) Determination of nitrate and phosphate in seawater at nanomolar concentrations. Trac-Trends Anal Chem 27: 169-182, DOI: 10.1016/j.trac.2007.12.006
Wasserbeschaffenheit – Bestimmung von Phosphor – Photometrisches Verfahren mittels Ammoniummolybdat (ISO 6878: 2004), DOI: 10.31030/9552789, zur Gruppe D Anionen DIN 38405 D11-1
For citation: Zimmer D, Schumann R (year of download) Kapitel 5.3 Elementaranalysatoren (Version 1.0) in Zimmer D, Baumann K, Berthold M, Schumann R: Handbuch zur Auswahl der Aufschluss- und Bestimmungsverfahren für Gesamtphosphor in Umweltproben. DOI: 10.12754/misc-2018-0001
Dana Zimmer, Rhena Schumann
Prinzip
Wie bei der Molybdänblaumethode (Kapitel 5.2.3) kommt es unter sauren Bedingungen zur Bildung eines Farbkomlexes aus Molybdat, Malachitgrün und Phosphat. Die Extinktion des gebildeten blaugrünen Komplexes wird bei einer Wellenlänge 623 nm zur photometrischen Bestimmung der P-Konzentration genutzt. Die Methoden nach Altmann et al. (1971) wurde in der Bodenkunde benutzt, um die P-Konzentrationen in NaHCO3- und NaOH-Extrakten des Bodens zu bestimmen. Die Kalibriergerade nach Tabelle 5.2.4-1 wurde in einer Wassermatrix erstellt, um den linearen Bereich der Methode auszutesten.
Konzentrationsbereich
Der lineare Bereich der Methode liegt etwa zwischen 20 µg bzw. 0,6 µmol (BG) bis 250 µg bzw. 8 µmol l-1. Für diesen Bereich war die Bestimmungsgrenze von 39 µg P l-1 (1,3 µmol l-1) sehr hoch, auch wenn ein Regenzienblindwert von allen Blindwerten abgezogen wurde. Hier muss die Bestimmungsgrenze mit der Kalibiergeradenmethode (Kapitel 6.2) ermittelt werden.
Durchführung
► Vorbereitung:
► Graduierte 25 ml Reagenzgläser o.ä. Maßkolben mit Reinstwasser (RW) füllen und über Nacht zum Auszehren stehen lassen.
► Ggf. KH2PO4 für 2 h bei 40 °C trocknen und im Exsikkator abkühlen lassen, alternativ handelsüblichen P-Standard verwenden.
► Kalibriergerade:
► Aus der P-Arbeitslösung die in Tabelle 5.2.4-1 genannten ml in 25 ml graduierte Reagenzgläser oder Maßkolben für die Standards pipettieren.
► Auf 25 ml mit RW auffüllen.
► Die Kalibranten enthalten bis zu 250 g P l-1 bzw. 8,1 µmol l-1.
► Für eine lineare Kalibriergerade wird empfohlen, Standards zwischen 20 und maximal 250 µg P l-1 anzusetzen (Tab. 5.2.4-1).
| Kal.-Nr. | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Arbeitslösung ml | 0 | 1 | 2,5 | 3,5 | 5 | 6 | 7,5 | 10 | 12,5 |
| μg P absolut in 25 ml | 0 | 0,5 | 1,25 | 1,75 | 2,5 | 3 | 3,75 | 5 | 6,25 |
| μg P l-1 | 0 | 20 | 50 | 70 | 100 | 120 | 150 | 200 | 250 |
| μmol P l-1 | 0 | 0,65 | 1,61 | 2,26 | 3,23 | 3,87 | 4,84 | 6,46 | 8,07 |
► Proben ansetzen und messen
► In die Standard-Gefäße die gleiche Menge an Kalibranten pipettieren, wie Proben in die Probengefäße gegeben wird (z. B. 10 ml NaHCO3-Extrakt).
► Kalibranten sollen in derselben Matrix gelöst sein wie die Proben.
► In die Gefäße für Proben und Blindwerte werden entsprechend z. B. 10 ml Probe bzw. Blindwert gegeben
► Alle Gefäße (Standards, Proben und Blindwerte) bis auf ca. 12 ml mit RW auffüllen.
► In alle Gefäße 1,5 ml 24 % H2SO4 zugeben und zur Silikat-Elimination 10 min warten.
► 2,5 ml Malachit-PV-Lösung zugeben und zum Durchmischen schwenken (nicht zu stark schütteln, sonst Schaumbildung). Etwa 5 min warten.
► 2,5 ml Molybdatlösung zugeben, Gefäße mit RW auf 25 ml auffüllen und zum Durchmischen schwenken. 1 h zur Farbentwicklung warten.
► Aliquote in die Küvetten füllen und Extinktion bei 623 nm.
► Proben mit Extinktionen >1 verdünnen, erneut in 25 ml Reagenzgläsern oder Maßkolben mit Reagenzien ansetzen und nochmal messen.
Eine sehr weitgefasste Kalibriergerade in einer Wassermatrix zeigt den eingeschränkten linearen Messbereich (Abb. 5.2.4-2). Oberhalb einer Konzentration von 250 µg P l-1 (Extinktion 0,62 bei 1 cm Küvetten) kommt es zu Sättigungserscheinungen. Ab einer Konzentration von 1000 µg P l-1 flockt das Malachitgrün aus.
Qualitätsmanagement
Die Reagenzien des Malachitgrün-Nachweises haben schon selbst eine schwach grüngelbe Färbung. Das bedeutet, dass die Extinktion des Reagenzienblindwerts zwingend von allen Werten abgezogen werden muss (Proben, Blindwerte und Kalibranten).
Gelegentlich wird empfohlen und oft bietet die Software es auch an, dass dies bereits am Photometer eingegeben oder in 2-Strahlpotometern auch als Referenz physisch gesetzt werden kann. Das ist dennoch nicht zu empfehlen, weil bereits einfache Bedienfehler hier schwerwiegende Folgen verursachen können. Das sind z. B. bei dieser Referenzmessung nicht gut "geputzte" Küvetten, eine Trübung des "Blindwerts" durch Fussel u. a. Auch bleibt eine evtl. Drift oder ein plötzlich höherer Blindwert unbeobachtet und kann später nicht mehr korrigiert werden.
Berechnung
Die gewisse Einfärbung der Reagenzien erfordert hier unbedingt den Abzug eines Reagenzienblindwerts. Die Frage ist, wie stabil dieser Reagenzienblindwert ist. Für die Kalibriergerade selbst ist es zur Berechnung des Umrechnungsfaktors unwichtig. Der Anstieg wird nur parallel verschoben entlang der y-Achse (Konzentration). Auf jeden Fall muss entweder der die Proben begleitende Reagenzienblindwert oder der aus der Kalibriergeraden von den Messwerten abgezogen werden.
PO43-=F.(EProbe-ERBW-EFBW)
PO43- Phosphatkonzentration (mg P l-1)
F Faktor der Kalibiergeraden1
E Extinktion2
RBW Reagenzienblindwert
FBW Absorption des Filtrats
1 Anstieg der Kalibiergeraden, wenn die Extinktion auf der x-Achse steht und die Konzentration auf der y-Achse.
2 Immer gleiche Küvettenlänge einsetzen!
Chemikalien
► Reinstwasser (RW) ist entionisiertes silikatfreies Wasser: Molybdat reagiert auch mit Silikat, was aus bestimmten Gläsern oder Ionenaustauschern in größeren Mengen stammt. Die Messung natürlicher (geringerer) Silikatkonzentrationen wird durch die Messbedingungen unterdrückt. Auf jeden Fall muss Deionat aus silikatfreien Ionenaustauschern verwendet werden, das z. B. aus dem Rostocker Kraftwerk bezogen werden kann oder mit sehr hochwertigen Reinstwasseranlagen aufbereitet werden muss, z. B. Milli-Q.
► 24 % H2SO4: Etwa 50 ml RW in einen 100 ml Maßkolben geben, in ein kaltes Wasserbad stellen und langsam 25 ml konzentrierter H2SO4 (96 %, 18 M) zugeben. Vorsicht, die Lösung wird sehr heiß! Bis kurz unter die Eichmarke mit RW auffüllen, bis zum nächsten Tag abkühlen lassen und auf 100 ml auffüllen.
► PVA-Lösung: 5 g Polyvinylalkohol unter Aufkochen (z. B. über einem Bunsenbrenner) in 500 ml RW im Becherglas lösen (Glasstab zum Rühren verwenden). PVA in kleinen Mengen zugeben (schlecht löslich) und anschließend durch Faltenfilter filtrieren. Es löst sich nicht vollständig, es bleiben Rückstände im Filter!
► Malachit-Polyviol-Lösung: 250 ml der PVA-Lösung in ein Becherglas oder Erlenmeyerkolben abmessen, 92,5 mg Malachitgrün hinzugeben, Rühr"fisch" hineingeben. Etwa 3 Stunden auf dem Rührer rühren lassen. In einen 500 ml Maßkolben überführen, mit RW spülen, auf 500 ml auffüllen. Die Lösung ist dunkel gelagert 1 Monat haltbar.
► 0.015 M Molybdat-Lösung: 1.854 g Hexaammoniumheptamolybdat (NH4)6Mo7O24 x 4 H2O in etwa 50 bis 70 ml RW in Becherglas mit Rühr"fisch" auf dem Magnetrührer lösen. In 100 ml Maßkolben überführen und auf 100 ml mit RW auffüllen.
► Standards
► P-Stammlösung: 0.2197 g Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4) (bei 40 °C für 2 h getrocknet) einwiegen, in einen 1 Liter Kolben überführen und mit RW. Die Lösung enthält 50 mg P l-1 und ist 1 Woche im Kühlschrank haltbar.
► P-Arbeitslösung: 10 ml P-Stammlösung in einen 1 Liter-Kolben geben und mit RW auffüllen. Die Lösung enthält 500 µg P l-1.
Referenzen
Altmann HJ, Fürstenau E, Gielewski A, Scholz L (1971) Photometrische Bestimmung kleiner Phosphatmengen mit Malachitgrün. Z Anal Chem. 256: 274-276, DOI: 10.1007/BF00537892
van Schouenburg JC, Walinga I (1967) The rapid determination of phosphorus in presence of arsenic, silicon and germanium. Anal Chim Acta 37: 269-271, DOI: 10.1016/S0003-2670(01)80671-1
For citation: Zimmer D, Schumann R (year of download) Kapitel 5.2.4 Malachitgrün im untersten Konzentrationsbereich, in der Bodenkunde (Version 1.1) in Zimmer D, Baumann K, Berthold M, Schumann R: Handbuch zur Auswahl der Aufschluss- und Bestimmungsverfahren für Gesamtphosphor in Umweltproben. DOI: 10.12754/misc-2018-0001
Dana Zimmer, Theresa Zicker, Rhena Schumann
Prinzip
Beim Vanadat-Molybdat-Verfahren reagieren Orthophosphat und Ammoniumvanadat zusammen mit Molybdat zum gelben Ammoniumphosphorvanadomolybdat. Als Entdecker dieser Reaktion wird in älteren Publikationen Misson (1908) angegeben. Diese Quelle ist elektronisch so nicht verfügbar, aber die Methode. Die Methode wurde von Kitson & Mellon (1944), Hill (1947) sowie Gerricke & Kurmies (1952) detaillierter untersucht, angepasst und für besser geeignet zur P-Bestimmung in Stahl befunden als die damalige(n) gravimetrische Molybdänmethode oder titrimetrische Methoden, da sie einfacher und schneller zu handhaben war. Eine Zusammenstellung der alten gravimetrischen und titrimetrischen Methoden findet sich beispielsweise bei Huber von Schönenwerd & Solothurn (1950). Derartige Fällungsmethoden mit Molybdän werden beispielsweise bei Lunge (1905) und Neubauer & Lücker (1912) beschrieben.
Der Vanadomolybdat-Farbkomplex hat bereits ohne P eine leicht gelbe Farbe, daher muss der Reagenzienblindwert von allen Messwerten subtrahiert werden. Das Reagenz wird in HNO3 angesetzt, so dass eine Messung von P auch in HNO3-haltigen Lösungen möglich ist. Wie bei der Molybdatmethode muss auch hier mit Interferenzen durch z. B. As(V) gerechnet werden (Gee & Deitz 1953). Die Messung der Extinktion für die P-Bestimmung erfolgt in der Literatur bei unterschiedlichen Wellenlängen (z. B. Cavell 1954, Leonard 1946, Quin & Woods 1976, Singh & Ali 1987), da die optimale Wellenlänge zwischen 380 und 450 nm liegt (Gee & Deitz 1953).
Reaktionsgleichungen
Je nach Rezept variieren Reagenzien und Endprodukte, was auch die Bestimmungsgrenze, Reaktionszeiten u. a. beeinflussen kann. Sehr gebräuchlich ist das Reagenz Ammoniumheptamolybdat: (NH4)6Mo7O24·2 H2O. Allgemeine Reaktionsgleichungen und Endprodukte sind
PO43- + 2 VO3- + 10 MoO42- + 10 H2O → [PV2Mo10O40]5- + 20 OH- (ZUM.Wiki)
→ [P2(V2O6) (Mo2O7)11] (Hanson 1950)
→ H3+nPMo12 nVnO40·x H2O (Zhang et al. 2007)
http://vanadium.atomistry.com/heteropoly_acids_with_vanadium.html
Wird es allerdings mit NH4 angegeben: und gleich 2 Formeln:
und 
, das als PO4∙(NH4)3∙VO3∙NH4∙16 MoO3 messbar ist (Huber von Schönwerd & Solothurn 1950)
Konzentrationsbereich
Der lineare Bereich der Methode liegt bei einer Wellenlänge von 430 nm zwischen 0,3 (Bestimmungsgrenze) und 20 mg P l-1 (9,7-645 µmol l-1) und entspricht dem in Singh & Ali (1987) angegebenen Bereich. Bei einer Konzentration von 20 mg P l-1 lag die Extinktion bei 0,8. Ab Konzentrationen von 40 mg P l-1 waren die Extinktionen >1 (Transmission <10 %) und damit der Leistungsbereich der Photometrie ausgeschöpft.
Damit ist diese Methode jedoch ungeeignet für Seston (Wasserproben) und braucht bei den meisten Sedimenten und Böden auch höhere Einwaagen (vgl. Kapitel 4.1.2 - 4.3.1).
Die hier vorgestellte Methode wurde in der AG Pflanzenbau für die P-Bestimmung in Pflanzenproben nach Veraschung und Aufschluss mit HCl verwendet (siehe Kapitel 4.3). Derzeit wird nach dem Gesamtaufschluss der Phosphor allerdings zusammen mit anderen Elementen am ICP-OES bestimmt. Die Vanadat-Molybdat-Methode wird nur noch für die P-Bestimmung im Doppellactat-Extrakt verwendet.
Der Vorteil der Vanadat-Molybdat-Methode gegenüber Molybdänblau, trotz wesentlich geringerer Empfindlichkeit, liegt in der Stabilität der verwendeten Reagenzien und auch des Farbkomplexes von mindestens einer Woche (Burns & Hutsby 1986). Laut Gerricke & Kurmies (1952) ist das Reagenz in einer braunen Flasche auch länger haltbar.
Durchführung
► Festlegung der Messwellenlänge: Messung der Blindwerte und Standards im Bereich von 370-450 nm.
► Unter 370 nm in optischen Qualität der Küvette achten (OS: Optisches Spezialglas oder Kunststoffküvetten für den entsprechenden Wellenlängenbereich)!
► Abwägung zwischen hohem Signal-Rausch-Verhältnis (nimmt zum UV zu) und noch geringen Blindwerten (nehmen ebenfalls zum UV-Bereich stark zu (Abbildung 5.2.1-1, vgl. auch Ma & Mc Kinley 1953).
► Am besten sind die Wellenlängen um 400 nm geeignet. Die AG Pflanzenbau entschied sich für 430 nm.
► Kalibriergerade für hohe Konzentrationen (1-20 mg P l-1): In 100 ml Messkolben das entsprechende Volumen (Tab. 5.2.5-1) pipettieren.
► Entsprechendes Volumen der Probenmatrix zugeben z. B. 2 ml 25 % HCl, wenn Pflanzenaschen in siedender HCl aufgeschlossen wurden (Kapitel 4.3.1) und
► auffüllen der Kolben mit RW bis zur Eichmarke.
► Zur Ermittlung des Messbereichs kann auch nur Reinstwasser ("ohne Matrix", Abbildung 5.2.5-3 a) mit der P-Arbeitslösung (s. u.) gemischt werden.
| Standard-Nr. | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Zugabe Arbeitslösung in ml | 0 | 1 | 2,5 | 5 | 10 | 20 |
| mg P absolut | 0 | 0,1 | 0,25 | 0,5 | 1 | 2 |
| mg P l-1 | 0 | 1 | 2,5 | 5 | 10 | 20 |
| mmol P l-1 | 0 | 0,032 | 0,081 | 0,161 | 0,323 | 0,646 |
► abweichende Kalibriergerade für niedrige Konzentrationen (<1 mg P l-1):
► Die Anstiege der Kalibriergeraden bis 1 mg P l-1 und der darüber hinaus waren mehr als 10 % unterschiedlich (Abbildung 5.2.5-2). Deshalb müssen die Werte >1 mg P l-1 mit dem zweiten Faktor (Abbildung 5.2.5-2 b) berechnet werden.
► In Abhängigkeit vom messbaren Konzentrationsbereich müssen die Probeneinwaagen angepasst werden.
► Kalibriergerade für andere Matrices (1-20 mg P l-1):
► Die Anstiege der Kalibriergeraden in farbverändernden Matrices (Abbildung 5.2.5-3 b im Vergleich zu 5.2.5-2) können stark voneinander abweichen.
► Die Farbtiefe von Reagenzien wird sehr stark vom pH-Wert der Lösung und etwas weniger vom Salzgehalt und auch von weiteren Ionen beeinflusst.
► Proben ansetzen und messen
► Für jede Probe, jeden Blindwert und jeden Standard für die Kalibriergerade (Tab 5.2.5-1) ein 50 ml Maßkolben aufstellen.
► In jeden Kolben 15 ml VM-Gemisch pipettieren.
► Die Kolben mit dem jeweiligen Filtrat (Proben, Blindwerte) bzw. Standard auffüllen.
► Jeden Kolben mit einem Stopfen versehen und umschwenken, 2 Stunden stehen lassen.
► Direkt vor der Messung die Lösung nochmals umschwenken.
► Extinktion am Spektralphotometer in einer 1 cm Küvette bei 430 nm Wellenlänge messen (Abbildung 5.2.5-5).
► Liegt ein Messwert außerhalb der kalibrierten Bereiche, muss die aufgeschlossene Probe in einer größeren Verdünnung neu mit VM-Mischreagenz umgesetzt und gemessen werden.
Qualitätsmanagement
► Optimale Wellenlänge für die verwendete Extraktionsmatrix ermitteln (siehe Abbildung 5.2.5-1).
► Pro 10 Proben mindestens 1 Blindwert mitlaufen lassen.
► Wenn keine echten Probenwiederholungen geplant sind, 2 Mess-Wiederholungen für jede 10. Probe ansetzen.
► Nur innerhalb des jeweils kalibrierten Bereichs messen.
► Kontrollkarten nach Kapitel 6.3-6.5 führen.
Berechnung
Die hohe Verdünnung der Proben (35 ml) durch die Reagenzienmischung (15 ml) bedingt, dass beide Volumina genau abgemessen werden müssen. Das ist bei sonst üblichen sehr kleinen Reagenzienmengen (<5 % Gesamtvolumen) weniger kritisch. Dieses Mischungsverhältnis muss unbedingt für alle Messungen eingehalten werden, um aus der Kalibiergeraden die richtige Konzentration zu berechnen.
Chemikalien
Die angesetzte Menge des Vanadat-Molybdat-Gemischs richtet sich nach dem erwarteten Probendurchsatz. In der AG Pflanzenbau werden 12 Liter Vandat-Molybdat-Gemisch angesetzt, da nach der Ernte der Gefäß- und Feldversuche der Probendurchsatz entsprechend hoch ist. Sollen nur wenige Proben analysiert werden, werden entsprechend weniger Chemikalien ansetzen.
- 5 g Ammoniumvanadat (NH4VO3) in einen 2000 ml Messkolben einwiegen und in ca. 1000 ml heißem RW lösen.
- 40 ml konzentrierter HNO3 zugeben und nach dem Erkalten mit RW bis zur Eichmarke auffüllen.
- 100 g Ammoniummolybdat ((NH4)6Mo7O24·2 H2O) in einen 2000 ml Messkolben einwiegen und in ca. 1000 ml warmem RW lösen.
- nach dem Erkalten mit RW bis zur Eichmarke auffüllen.
- 4 l verdünnte HNO3, 4 l Vanadatlösung und 4 l Molybdatlösung mischen.
- Das fertige Gemisch im Dunkeln aufbewahren. Es soll vor der ersten Verwendung mindestens 3 Tage, besser eine Woche stehen.
- Reicht ca. 3 Monate.
- KH2PO4 bei 105 °C trocknen und im Exsikkator abkühlen lassen.
- P-Stammlösung (1 g P l-1): In einen 1000 ml Messkolben 4,394 g des getrockneten KH2PO4 einwiegen (Molekularmasse von KH2PO4 = 136,09 g l-1)
- 500-700 ml RW zugeben, KH2PO4 lösen und mit RW bis zur Eichmarke auffüllen.
- Alternativ kommerziellen P-Standard verwenden.
- P-Arbeitslösung (100 mg P l-1) für die Kalibriergerade aus der P-Stammlösung (1 g P l-1) 1:10 verdünnen. Dafür in einen 100 ml Messkolben 10 ml P-Stammlösung pipettiert und mit RW bis zur Eichmarke aufgefüllt.
Referenzen
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For citation: Zimmer D, Zicker T, Schumann R (year of download) Kapitel 5.2.5 Vanadomolybdatgelb: im mittleren Konzentrationsbereich (Version 1.0) in Zimmer D, Baumann K, Berthold M, Schumann R: Handbuch zur Auswahl der Aufschluss- und Bestimmungsverfahren für Gesamtphosphor in Umweltproben. DOI: 10.12754/misc-2018-0001
Dana Zimmer, Rhena Schumann,
Entnommen Wikipedia "Elementaranalysatoren", letzter Zugriff 15.05.2018
Als Elementaranalysatoren werden Geräte bezeichnet, die ohne weitere Aufschlussverfahren die Elemente, i. d. R. in einer Feststoffprobe, bestimmen können. Für die Elemente Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Schwefel (S) wird dies durch die sogenannte Verbrennungsanalytik realisiert. Dabei werden für die C, H, N und S-Analytik die fein gemahlenen bzw. gemörserten Proben in sogenannte Zinnschiffchen (evtl. Silberschiffchen) eingewogen (bis 10 mg) und im Analysator platziert. Die Proben werden bei 1800 °C mit reinem Sauerstoff verbrannt. Die gebildeten Verbrennungsgase werden mittels eines Trägergases (meist Helium) über ca. 600 bis 900 °C heiße Kupfer- oder Wolframkontakte geleitet. Die enthaltenen Stickoxide (NOx) werden dabei zu molekularem Stickstoff (N2) reduziert. Dann werden die Verbrennungsgase (CO2, H2O, SO2, N2) in spezifischen Trennsäulen (sogenannte Adsorptions-/Desorptions-Säulen) oder gaschromatographisch separiert und nacheinander einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD) zugeführt und quantifiziert. Da Wolfram die Messung von Schwefel stören kann, ist es als Reduktionsmittel nur für die CHN-Analytik geeignet. Soll zusätzlich S gemessen werden, wird Kupfer eingesetzt.
Da bei dieser Messmethode die Reihenfolge der Elemente (jeweils als sog. Peaks detektiert) in einer Probenmessung technisch exakt festgelegt ist, erlaubt dies sowohl die eindeutige Identifizierung (qualitative Bestimmung) sowie über die Peakflächen (Integral über die Zeit) der Messsignale auch gleichzeitig die Mengenerfassung (quantitative Bestimmung) der einzelnen Elemente als C, H, N und S. Mit Hilfe der bekannten Einwaage wird dann der jeweilige Massenanteil (in Prozent oder ppm) der Elemente in der analysierten Probe durch das Gerät berechnet.
Eine andere Messmethode arbeitet anstelle der vollständigen Gastrennung mit gasspezifischen Detektoren (meist IR-Detektoren) jeweils für CO2, H2O sowie SO2. Für die Bestimmung des Stickstoffes (N2) wird auch hier ein WLD eingesetzt.
Im Gegensatz zur CHNS-Bestimmung wird zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in einer Probe unter inerten bzw. reduktiven Bedingungen (nur reines Helium oder Formiergas als Trägergas) bei hohen Temperaturen (meist ca. 1200 bis 1400 °C) an einem feinverteilten Kohlekontakt (Gasruß) quantitativ Kohlenstoffmonoxid (CO) gebildet. Dieses CO wird anschließend, wie bei der CHNS-Analyse, über eine spezifische Trennsäule oder GC-Säule vom ebenfalls bei der Pyrolyse entstehenden Stickstoff N2 getrennt und an einem WLD gemessen und quantifiziert. Alternativ kann die CO-Quantifizierung z. B. auch über einen CO-spezifischen IR-Detektor erfolgen.
Im Labor der Professur Bodenkunde (AUF, Universität Rostock) befindet sich ein vario EL cube der Firma Elementar zur Analyse von C, N und S in Feststoffproben wie Boden, Pflanzen, Kohlen u. ä. Umweltproben. Die Nachweisgrenze liegt für diese Elemente <40 ppm. Die Verbrennung findet bei 1200 °C statt, für besondere Anforderungen sind auch 1400 °C möglich. Die Proben werden gemörsert bzw. feingemahlen in Zinnschiffchen eingewogen: Boden 25-30 mg, Pflanzen 8-12 mg, Knochenkohle u. ä. <10 mg. Ein Autosampler (80 Plätze) führt die platzierten Proben der Verbrennung und Analyse zu. Es könnten, mit entsprechendem Zubehör, auch flüssige Proben analysiert werden.
CNS-Analysatoren wie der vario El cube (https://www.elementar.de/de/inhalte-produktseiten/vario-el-cube.html ) oder der UNICUBE der Firma Elementar lassen sich beispielsweise für die Analyse von O und Chlor (Cl), durch spezielle Aufrüstsätze aufrüsten (https://www.elementar.de/de/produkte/organische-elementaranalyse/unicube.html). Der Sauerstoff wird bei einer Pyrolysetemperatur von 1150 °C zu CO umgesetzt und kann dann mittels WLD oder IR-Detektor analysiert werden. Für die Cl-Bestimmung wird die Probe ebenfalls bei 1150 °C verbrannt und das gebildete HCl wird in einer elektrochemischen Messzelle detektiert. Phosphor (P) ist mit diesen Geräten nicht detektierbar. Außerdem kann für besonders niedrige S-Bestimmungen statt des herkömmlichen Detektors ein IR-Detektor nachgerüstet werden. Die Nachweisgrenze für S liegt dann bei <2 ppm.
Zur Detektion von P stehen unterschiedliche Geräte zur Verfügung; die Detektion erfolgt z. B. mittels wellenlängendispersiver Röntgenfluoreszenz (WDRFA, engl. wavelength dispersive X-Ray fluorescence, WDXRF). Die Firma Rigaku bietet z. B. den Analysator Primini Biofuel an (http://www.directindustry.de/prod/rigaku/product-31512-886449.html), mit dem P, Cl und S in Biodiesel u. ä. detektiert werden können
Entnommen Wikipedia "Röntgenfluoreszenzanalyse", letzter Zugriff 15.05.2018
Das Messprinzip beruht auf der Anregung der Proben mittels Röntgenstrahlung und Messung der entstehenden Fluoreszenz. Es kann grundsätzlich zwischen der energie-dispersen Detektion der Fluoreszenz (engl. energy dispersive X-Ray fluorescence; EDXRF) und der wellenlängen-dispersen Detektion der Fluoreszenz (WDXRF) unterschieden werden. Beim EDXRF wird die Energie der ausgestrahlten Fluoreszenzquanten gemessen. Bei der WDXRF wird die emittierte Fluoreszenzstrahlung durch einen Kollimator parallel ausgerichtet, in einem Analysatorkristall gebeugt und durch einen geeigneten Detektor registriert. Der Kristall dient dabei dazu, durch Beugung das Spektrum der von der Probe ausgehenden polychromatischen Sekundärstrahlung nach Wellenlängen aufzuspalten und anhand des Beugungswinkels der Röntgenstrahlung die qualitative Bestimmung des Elementes und durch Messung der Intensität der Röntgenstrahlung eine quantitative Bestimmung zu ermöglichen. Die unterschiedlichen Detektoren haben Auswirkung auf die Auflösung, die Messzeit, die notwendige Leistung der Röntgenquelle, die notwendigen Kosten und die Fehleranfälligkeit des Systems.
Die Auflösung eines WDXRF-Systems hängt vom Kristall und dem Design der Optik ab. Es können Auflösungen von 20 eV bis 5 eV erreicht werden. Dagegen erreicht die Auflösung eines EDXRF-Systems nur Werte von 600 eV bis 120 eV. Damit ist ein WDXRF-System deutlich genauer, so dass auch nahe beieinander liegende Peaks noch getrennt werden können. Allerdings sind die hochgenauen Kristalle und Optiken teuer und fehleranfällig. Zudem erfordern WDXRF-Systeme deutlich längere Messzeiten. Das WDXRF ist hinsichtlich der Energieeffizienz deutlich im Nachteil, da beim EDXRF mit direkter Anregung so gut wie keine Energie verloren geht, wohingegen beim WDXRF fast die hundertfache Leistung eingesetzt werden muss, um die gleiche Ausbeute an Röntgenquanten zu erreichen. Das EDXRF stellt eine deutlich kostengünstigere Variante dar, die allerdings auch eine deutlich geringere Energieauflösung bietet, so dass je nach Anwendung entschieden werden muss, welche Bauform geeigneter ist.
Die Röntgenfluoreszenzanalyse kann nicht auf Elemente angewendet werden, die leichter als Bor sind. Vernünftige Analysenwerte sind erst ab Fluor, gute Werte erst ab Natrium möglich, da die Röntgenstrahlung der leichteren Elemente so leicht absorbiert wird, dass sie gar nicht erst in den Detektor eindringen kann. Die quantitative Obergrenze ergibt sich nach den jeweiligen Referenzproben. Derartige Geräte stehen in den Laboren der Universität Rostock und den Leibniz-Instituten, soweit bekannt, nicht zur Verfügung.
For citation: Zimmer D, Schumann R (year of download) Kapitel 5.3 Elementaranalysatoren (Version 1.0) in Zimmer D, Baumann K, Berthold M, Schumann R: Handbuch zur Auswahl der Aufschluss- und Bestimmungsverfahren für Gesamtphosphor in Umweltproben. DOI: 10.12754/misc-2018-0001
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Dana Zimmer, Sebastian Strauch, Rhena Schumann
An der Professur für Aquakultur und Sea-Ranching der AUF (Universität Rostock) wird für die photometrische P-Bestimmung ein diskreter Analysator, der Gallery™, des Herstellers Thermo Fisher Scientific™ genutzt (Abb. 5.4.3-1). Dieser Analysator nutzt bis zu 200 kolorimetrische und enzymatische Reaktionen, um Elemente und z. T. organische Verbindungen in Proben(extrakten) nachzuweisen. Es können damit, neben Phosphat, beispielsweise Aluminium, Ammonium, Nitrit, Nitrat, Eisen, Harnstoff, Magnesium, Sulfat und Zinn in flüssigen Lebensmitteln und unterschiedlichen wässrigen Umweltproben(extrakten) bestimmt werden. Es sind photometrische Messungen zwischen 275 und 880 nm möglich. Außerdem können über ionenselektive Elektroden der pH-Wert und die Leitfähigkeit der Probe gemessen werden.
Abb. 5.4.3-1 Automatischer Analysator Gallery von Thermo Fisher Scientific, entnommen Produktkatalog Gallery von Thermo Fisher Scientific
Die Proben(extrakte) und notwendigen Nachweisreagenzien werden entsprechend in Glas- oder Kunststoffröhrchen (0,5, 2, 4, 5, 7 oder 10 ml) in „Segmenten“ platziert (Abb. 5.4.3-2). Es können insgesamt sechs Segmente mit jeweils neun Plätzen für Proben oder Reagenzien auf dem Segmentteller besetzt werden. Auf jedem Segment befindet sich ein Barcode für die interne Identifikation. Im Programm werden zuvor die entsprechenden Besetzungen der Proben- und Reagenzienplätze eingegeben. Individuell für jede Probe kann ausgewählt werden, welche Analysen nach welcher Methode durchgeführt werden. Es muss darauf geachtet werden, dass für jede Analysenmethode die entsprechenden Reagenzien bereitgestellt werden und eine Kalibrationskurve erstellt wird. Es können auch Standards zur Qualitätskontrolle in die Messreihe eingefügt werden. Es ist, evtl. nach Testmessungen, auch eine evtl. notwendige automatische Verdünnung der Proben einstellbar. Das notwendige Reinstwasser zur Probenverdünnung muss ebenfalls entsprechend im vorgesehenen Behälter bereitgestellt werden. Der Analysator saugt entsprechend der im Programm eingestellten Vorgaben die entsprechende Probe, die Reagenzien und ggf. Wasser zur Verdünnung an und pipettiert alles nacheinander in Küvetten (Volumen 300 µL). Die gefüllten Küvetten werden in den Inkubator transportiert und nach entsprechender Wartezeit wird die Extinktion bestimmt (Abb. 5.4.3-3). Über die erstellten Kalibrationskurven wird die Extinktion entsprechend in die Konzentration pro Liter umgerechnet. Die Methodenblindwerte werden wie die Proben gemessen und müssen entsprechend selbst von den Proben subtrahiert werden. Nach erfolgter Messung werden die Küvetten automatisch in den Müllbehälter entsorgt.
Abb. 5.4.3-2 Probensegmentteller und Geräteteile im Gallery, entnommen Bedienungsanleitung Gallery
Abb. 5.4.3-3 Photometrisches Prinzip und Messung mit dem Gallery von Thermo Fisher Scientific, entnommen Produktpräsentation Gallery
Referenzen
Bedienungsanleitung Gallery, letzter Zugriff 15.05.2018
Produktkatalog Gallery von Thermo Fisher Scientific, letzter Zugriff 15.05.2018
Produktpräsentation Gallery, letzter Zugriff 15.05.2018
For citation: Zimmer D, Strauch S, Schumann R (year of download) Kapitel 5.4.3 Diskrete Messungen (Version 1.0) in Zimmer D, Baumann K, Berthold M, Schumann R: Handbuch zur Auswahl der Aufschluss- und Bestimmungsverfahren für Gesamtphosphor in Umweltproben. DOI: 10.12754/misc-2018-0001
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Dana Zimmer, Evelyn Bolzmann, Rhena Schumann
Verkürzt entnommen Schneider et al. (2016)
Chromatographie ist die allgemeine Bezeichnung für physikalisch-chemische Trennverfahren, die auf der Verteilung eines Stoffes zwischen einer mobilen und einer stationären Phase beruhen. Bei der Ionenchromatographie werden geladenen Teilchen getrennt, sie beruht auf drei verschiedenen Trennungsmechanismen: der Ionenaustausch, die Ionenpaarbildung und der Ionenausschluss. Die Ionenaustauschchromatographie wird vereinfacht als Ionenchromatographie (IC) bezeichnet, als speziellere Anwendungen gelten die Ionenpaarchromatographie (IPC) und die Ionenausschlusschromatographie (IEC, Ion Exclusion Chromatography). In der IC können je nach Säule Anionen oder Kationen getrennt werden.
Eine IC besteht aus dem Vorratsbehälter mit dem Eluenten, einer Pumpe, dem Injektor für die Proben, der Trennsäule, dem Suppressorsystem, dem Detektor, dem Computer zur Datenverarbeitung und einem Abfallbehälter (Abb. 5.6-1)
Abb. 5.6-1 Genereller Aufbau einer IC, entnommen Warnke (2006), S. 2
Die feste Phase in der Trennsäule besteht in der Regel aus einem Polymerharz. Zur Trennung von Anionen haben sich quartäre Ammoniumsalzverbindungen etabliert, welche mit dem Eluenten (z. B. NaHCO3 in der mobilen Phase) beladen werden. Die Beladung der Trennsäule vor Injektion der Probe ist entscheidend, da der Austausch der Ionen aus der Probe durch stöchiometrische Mengen der entsprechenden Ionen verläuft. Im Laufe des Chromatographievorgangs verdrängen die Ionen der Probe (z.B. Br-, Cl-) das Gegenion des Elutionsmittels (z. B. HCO3-). Durch weitere Zuführung des Elutionsmittels werden die Ionen der Probe wiederum verdrängt, bis diese den Detektor erreichen und detektiert werden. Es handelt sich dabei um einen reversiblen Gleichgewichtsprozess. Durch die unterschiedliche Affinität der Ionen zur stationären Phase kommt eine Trennung zustande. Die den Gleichgewichtsprozess charakterisierende Konstante wird als Verteilungskoeffizient K bezeichnet und ist definiert als das Verhältnis der Konzentration eines Stoffes A in der stationären und der mobilen Phase.
Daher werden Stoffe mit einem hohen Verteilungskoeffizienten K stärker zurückgehalten als solche mit einem kleinen K. Der Verteilungskoeffizient K ist einerseits proportional zur Ionenladung (also für eine Anion Ax-: K(A3-) > K(A2-) > K(A-)) und andererseits proportional zu 1 / Ionengröße (im solvatisierten Zustand (gelöstes Ion + assoziierte Hülle aus Lösungsmittelionen)).
Aufgrund der unterschiedlichen Retentionszeit der Anionen an der Säule, werden die Anionen mit Zeitverschiebung freigesetzt und so detektiert (Abb. 5.6-2).
Abb. 5.6-2 Beispiel-Chromatogramm eines Latex-Anionenaustauschers vom Typ Dionex IonPac AS4A-SC, entnommen Jensen (2013) S. 13
Mit der entsprechenden Probenvorbehandlung, den Säulen und Geräteeinstellungen können auch unterschiedliche Phosphate detektiert werden. In Käse wurde z. B. zwischen offenkettigen kondensierten Phosphaten (P1 bis P7) und cyclischen Phosphaten (z. B. Trimetaphosphat; P3m) differenziert (Jensen 2013, Abb. 5.6-3).
Abb. 5.6-3 Detektion unterschiedlicher Phosphate, entnommen Jensen (2013) S. 124
In der Professur Bodenphysik (AUF, Universität Rostock) befindet sich seit Sommer 2018 eine neue IC, die 930 Compact IC Flex von Metrohm. Es handelt sich um zwei Compact IC Flex mit Säulenofen und Degasser (je für Anionen und Kationen), die jeweils auch einem eigenen Autosampler besitzen. Damit können Anionen, Kationen oder polare Substanzen mit und ohne sequentielle Suppression bestimmt werden. Durch die sequenzielle Suppression (chemische Suppression und CO2-Suppressor) wird die Hintergrundleitfähigkeit auf ein Minimum reduziert, so dass insbesondere Anionen besser detektiert werden können. Das Gerät enthält derzeit zwei Säulen: Metrosep C4 - 150 (Metrohm 2015, S. 154) und Metrosep A Supp 5 - 150 (Metrohm 2015, S. 64); beide inkl. der Vorsäulen. Die Metrosep C4 – 150 ist eine universelle Standardsäule zur Analyse von Kationen von Alkali- und Erdalkalimetallen (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+) in wässrigen Medien. Die Metrosep A Supp 5 – 150 ist eine Anionen-Trennsäule, welche neben F–, Cl–, Br–, I–, ClO2-, ClO3-, ClO4-, BrO3-, und CrO42– auch Phosphationen (PO43-) detektieren kann (Abb. 5.6-4). Das Gerät enthält Leitfähigkeitsdetektoren für Anionen und Kationen sowie einen UV/VIS - Detektor für Anionen (zum Umgehen hoher Cl Konzentrationen. Außerdem ist bei hohen Konzentrationen automatisch eine Inline-Verdünnung und Inline-Dialyse für Anionen möglich.
Abb. 5.6-4 Detektion von Anionen mit der Säule Metrosep A Supp 5 – 150, entnommen Metrohm (2015) S. 65
In der Bodenphysik werden derzeit vor allem die Ionenkonzentrationen von Wasserproben aus dem Drainabfluss einer Ackerfläche untersucht. An der IC kann Phosphat generell in folgenden Probenmatrices bestimmt werden: Süßwasser, Salzwasser, wässrige Lösungen wie wässrige Extrakte von Feststoffen (etc. allerdings noch nicht wirklich ausgetestet). Derzeit werden Moorwasserproben zunehmend aus den Projekten WETSCAPES und BALTIC TRANSCOAST untersucht.
► Probenvorbereitung:
► Filtration der Wasserprobe mit Faltenfiltern nur wenn generell zu viel Feststoff enthalten ist oder größeren Partikeln, sonst ohne Filtration
► Das Einstellen des pH-Wertes ist nur bei Abweichungen vom pH-Bereich der Säule (A Supp 5-150: 3 bis 12) nötig, als bei dieser vorhandenen Säule bei pH-Werten <3
► vorab Messung der Leitfähigkeit der Probe, dies gibt einen Anhaltspunkt über die zu erwartenden Konzentrationen der Anionen
► Wenn genug Probe vorhanden ist, werden mind. 8mL Probe in IC-Vials abgefüllt und wenn nötig bis zur Messung im Kühlschrank aufbewahrt.
► ist zu wenig Probenmaterial vorhanden, dann wird entsprechend so weit verdünnt, dass 8 ml Probenvolumen vorhanden sind; diese Verdünnung läuft dann automatisch im Gerät ab
► Messung
► Es wird einmalig für viele Messungen kalibriert, die Kalibration gilt bis maximal festgelegte Abweichungen im Kontrollstandard auftreten, dann wir neu kalibriert
► Der Kalibrierbereich liegt momentan zwischen 0,2 bis 200 mg Phosphat L-1 in 2 Messbereichen, in die die Komponenten automatisch einsortiert werden (0,2-20 mg L-1 bzw. 20-200 mg L-1)
Die Nachweisgrenzen liegen im µg pro Liter Bereich und können bei vorgeschalteten Anreicherungsverfahren bis in den ng pro Liter Bereich gedrückt werden (Jensen 2013, S. 113). Bisher wird in der Bodenphysik bis 0,2 mg Phosphat L-1 kalibriert. Da das Gerät neu ist, sind die Berechnungen für die Nachweis- und Bestimmungsgrenze für spezifische Matrices sind noch in Arbeit. Die Nachweisgrenze scheint nach vorläufigen Ergebnissen im Bereich von 5 µg Phosphat L-1 zu liegen.
Referenzen
Jensen, D (2013) Grundlagen der Ionenchromatographie – modernste Trenntechnik. Thermo Fisher Scientific Inc. ISBN 978-3-00-044477-7, letzter Zugriff 28.05.2018
Metrohm (2015) Das Säulenprogramm – Die ganze Welt der Ionenchromatographie.
Schneider, S, Füßer, M, Preuss, F (2016) Ionenchromatographie – Versuchsanleitung. Goethe-Universität Frankfurt am Main, Fachbereich 14 – Biochemie, Chemie und Pharmazie, Institut für Anorganische und Analytische Chemie, letzter Zugriff 29.05.2018
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For citation: Zimmer D, Bolzmann E, Schumann R (year of download) Kapitel 5.6 Ionenchromatographie (Version 1.0) in Zimmer D, Baumann K, Berthold M, Schumann R: Handbuch zur Auswahl der Aufschluss- und Bestimmungsverfahren für Gesamtphosphor in Umweltproben. DOI: 10.12754/misc-2018-0001
Zuletzt aktualisiert am: 09.04.2025