фосфаты

Ф О С Ф О Р

Фосфор является одним из главных биогенных элементов, определяющих продуктивность водоема. Соединения фосфора встречаются во всех живых организмах и регулируют энергетические процессы клеточного обмена.

Источники. Соединения фосфора поступают в поверхностные воды в результате процессов жизнедеятельности и разложения отмерших водных организмов, обмена с донными осадками, поступления с поверхности водосбора, выветривания и растворения пород.

Важным фактором повышения содержания соединений фосфора в поверхностных водах, нередко приводящим к значительной эвтрофикации водоемов, является хозяйственная деятельность человека. Загрязнению поверхностных вод фосфором способствуют широкое применение фосфорных удобрений, полифосфатов, как моющих средств, флотореагентов и умягчителей воды. Органические и минеральные соединения фосфора образуются при биологической переработке бытовых сточных вод и пищевых остатков, а также в процессах биологической очистки промышленных стоков.

Формы миграции. В природных водах соединения фосфора находятся в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях. Под влиянием физических, химических и биологических факторов относительно легко осуществляются переходы из одной формы в другую, что важно учитывать при анализе.

Растворенный фосфор представляет собой неорганические орто-, пиро-, мета- и полифосфаты и органические фосфаты.

Взвешенный фосфор (частицы более 0,45 мк) также может быть неорганического (фосфорсодержащие минералы) и органического происхождения. Органические взвеси (сестон) состоят из живых и отмерших (детрит) водных организмов. По сравнению с другими биогенными элементами фосфор обычно значительно быстрее переходит из органических в минеральные формы, т.е. является более динамичным в стадии прохождения через живое вещество.

Соотношение неорганических форм, в частности ортофосфатов, зависит от рН воды (таблица).

Таблица

Соотношение форм производных фосфорной кислоты в воде

в зависимости от рН (% молей)

Форма	рН
	5	6	7	8	8,5	9	10	11
[H3PO4]	0,1	0,01	-	-	-	-	-	-
[H2PO4 ]	97,99	83,67	33,90	4,88	1,6	0,51	0,05
[HPO4 2-]	1,91	16,32	66,10	95,12	98,38	99,45	99,59	99,53
[PO4 3-]	-	-	-	-	0,01	0,04	0,36	3,47

При значениях рН выше 6,5 характерных для поверхностных вод, фосфаты находятся, главным образом, в виде НРО₄ .

Существенную часть неорганического растворимого фосфора могут составлять полифосфаты.

При значениях рН выше 8,5 характерных для поверхностных вод, фосфаты находятся главным образом в виде HPO₄ ^2- .

Существенную часть неорганического растворимого фосфора могут составлять полифосфаты.

Содержание в поверхностных водах. Концентрация фосфатов в поверхностных водах составляет обычно сотые и тысячные доли мг Р/л. Содержание соединений фосфора подвержено значительным сезонным колебаниям, поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического разложения органических веществ. Минимальные концентрации фосфатов наблюдаются обычно весной и летом, максимальные - осенью и зимой.

Свойства и цели наблюдения. Поскольку фосфор является элементом, лимитирующим развитие водных организмов, оценка его количественного содержания и характера распределения имеет большое значение при определении настоящей и потенциальной биологической продуктивности водоема. Загрязнение водоема соединениями фосфора ведет к его эвтрофикации и в связи с этим к существенному ухудшению качества воды.

Методы определения. Анализ вод на формы фосфора включает две общие стадии: превращение в растворимые ортофосфаты и их последующее количественное определение.

Для определения ортофосфатов наиболее широкое распространение в гидрохимии получили колориметрические методы, основанные на получении восстановленной фосфорно-молибденовой гетерополикислоты –«молибденовой сини».

Для определения очень низких концентраций (меньше 5 мкг/л), особенно в окрашенных водах, предложены флюориметрические и экстракционно- фотометрические методы.

ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОСФАТОВ

Отбор, предварительная обработка, хранение проб. Фосфаты являются биохимически подвижными компонентами, определение которых следует производить в свежеотобранных пробах. Если анализ не может быть выполнен немедленно, пробы фильтруют через мембранный фильтр 0,45 мк, добавляют 2—4 мл хлороформа на 1 л воды и хранят при 3-5°С не более трех суток.

Назначение метода. Метод основан на взаимодействии фосфатов с молибдатом в кислой среде с образованием фосфорно-молибденовой гетерополикислоты H₇[P(Mo₂0₇)₆l 28Н₂О восстановлением ее аскорбиновой кислотой в присутствии сурьмяновиннокислого калия до фосфорно-молибденового комплекса, окрашенного в голубой цвет.

Характеристики метода. Минимальная определяемая концентрация 0,005 мгР/л. Относительное стандартное отклонение U при концентрации 0,06 мгР/л составляет 1,5% (п =20). Продолжительность определения единичной пробы 40 мин

Качественное определение. Для определения фосфатов применяют молибденовую жидкость. Ее наливают в пробирку, доливают исследуемую воду и слегка подогревают. В случае присутствия иона PO₄^3- выпадает желтый кристаллический осадок.

Построение калибровочного графика.

1. В конические колбочки объемом 100 мл приливают пипеткой (точно!) рабочий раствор (KH₂PO₄ 0,001мгР/мл) и дистиллированную воду

( бюреткой или цилиндром), согласно таблицы:

Номер колбы	1	2	3	4	5	6	7
Количество рабочего раствора, мл	0,5	1,0	2,0	4,0	5,0	7,5	10,0
Количество дист.воды, мл	49,5	49,0	48,0	46,0	45,0	42,5	40,0
Концентрация мг Р/л	0,01	0,02	0,04	0,08	0,10	0,15	0,20

2. После этого в каждую колбочку добавляют 4 мл смешанного раствора модибдата аммония , а затем 1 мл аскорбиновой кислоты. ( для каждого раствора – своя отдельная пипетка или наконечник).

Раствор окрашивается в синий цвет разной интенсивности в зависимости от концентрации (минимальная окраска в колбе № 1, максимальная – в колбе №7).

3.Содержимое колбочки тщательно перемешивается и через 10 минут измеряют оптическую плотность растворов против дистиллированной воды на фотоколориметре (КФК-2 или КФК-3) светофильтр» красный», длина волны 670 нм, кювета 50 мм. Измерение начинают с колбы №1 ( наименьшая концентрация).

Для построения калибровочного графика на оси абсцисс откладывают концентрацию фосфатов в мгР/л, на оси ординат – оптическую плотность полученную в результате измерения на приборе.

После построения графика приступают к определению фосфатов в исследуемой воде.

Ход определения фосфатов в исследуемой воде.

1. Пипеткой или мерным цилиндром отбирают 50 мл исследуемой воды и переносят в колбочку на 100 мл..

2. Затем в колбу приливают 4 мл смешанного раствора модибдата аммония и 1 мл аскорбиновой кислоты (пипетки или наконечники должны быть чистыми для каждого реактива).

Содержимое колбочки тщательно перемешивается и через 10 минут измеряют оптическую плотность растворов на фотоколориметре (КФК-2 или КФК-3).

Светофильтр» красный», длина волны 670 нм, кювета 50 мм.

Содержание фосфатов находят по графику.

В случае разбавления исследуемой воды содержание фосфатов определяется по формуле:

С_х = С_о n, где

С_о - концентрация фосфора, найденная по калибровочной кривой, мг/мл,

n - степень разбавления воды (1, 2, 3, 4 и т. д.).

Реактивы: .

1.Стандартный раствор фосфата ( KH₂PO₄), х.ч.

а). основной стандартный раствор , 0,1 мгР/мл.

0,4390 г х.ч. KH₂PO₄ предварительно высушенного в течение 2 часов при температуре 105 градусов и охлажденного в эксикаторе, растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе объемом 1000 мл.

б) рабочий стандартный раствор, 0,001 мгР/мл. 1 мл основного раствора растворяют дистиллированной воды в мерной колбе объемом 100 мл.

2. Раствор серной кислоты, х.ч. 5н. 70 мл х.ч. концентрированной кислоты (плотность равна 1,84) приливают к 400 мл дистиллированной воды. Объем раствора доводят до 500 мл.

3. Раствор молибдата аммония (NH₄ Mo₇O₂₄*4 H₂O ) х.ч. 15г порошка молибдата аммония растворяют в 500 мл дистиллированной воды . Хранить в темной склянке

4. Раствор сурьмяно-виннокислого калия. K(SbO)C₄H₄O_{6 *} 0,5 H₂O

0,34 г реактива растворяют в 250 мл дистиллированной воды.

5.Смешанный раствор. Готовят путем смешивания 100 мл раствора молибденовокислого аммония, 50 мл раствора сурьмяно-виннокислого калия и 250 мл раствора серной кислоты. Раствор перемешивают и хранят в склянке из темного стекла в течение 2-3 месяцев в холодильнике.

6.Раствор аскорбиновой кислоты. 2,7 г х.ч. порошка аскорбиновой кислоты растворяют в 50 мл дистиллированной воды. Раствор хранят в холодильнике в течение 3-4 недель (раствор должен оставаться прозрачным и не изменять окраску- желтеть).