Колориметрический метод определения фосфора

30.08.2012

Для определения фосфора Дениже (Deniges, 1920) предложил использовать голубую окраску, образующуюся при добавлении восстановителя к раствору молибденовокислого аммония и неорганического фосфата. При восстановлении в нейтральном растворе молибденовая кислота переходит в окрашенный в голубой цвет окисел молибдена (молибденовая синь). В растворе же определенной степени кислотности окисел молибдена остается бесцветным, но с фосфатами образует ярко-голубое соединение. Поэтому при пользовании этим методом следует очень внимательно относиться к установлению реакции среды, особенно в тех вариантах метода, в которых применяются растворы с относительно небольшой концентрацией кислоты в них.
Метод Дениже получил широкое распространение в работах по почвоведению и агрохимии. В настоящее время имеется много его вариантов; к числу наиболее изученных относятся варианты А. Шмука и М. Курило, А.Ю. Левицкого, А. Малюгина и Е. Хреновой, Е. Труога, Ш.Р. Цинцадзе, А.М. Мещерякова; некоторые из них описаны ниже.
При описании варианта Шмука и Курило приводится ряд методических указаний, которые необходимо учитывать и при работе по другим вариантам метода Дениже: нейтрализация растворов, одновременность окраски испытываемых и образцовых растворов, указание на ряд примесей, мешающих правильному развитию окраски, очистка некоторых реактивов и др.
Все реактивы, применяемые для приготовления растворов, используемых при колориметрическом определении фосфора, должны быть химически чистыми.
Вариант Шмука и Курило.При проведении анализа определенное количество миллилитров образцового или анализируемого раствора помещают в мерную колбу на 100 или 50 мл и добавляют столько воды, чтобы общее содержание жидкости составляло около трех четвертей объема колбы. Из бюретки доливают молибденового реактива по 2 мл в колбы на 100 мл или по 1 мл в колбы на 50 мл и соответственно по 6 или по 3 капли раствора хлористого олова. Взбалтывают.
К определению фосфора приступают через 15-30 мин. после добавления хлористого олова, стремясь по возможности быстрее окончить просмотр, так как с течением времени вредное действие различных примесей увеличивается. Существенно как для этого варианта, так и для других после добавления олова быстро проводить отсчет.
Для получения точных отсчетов при работе по данному варианту необходимо применять следующие приемы: перед добавлением раствора молибденового реактива испытуемый раствор, если он сильнокислый, должен быть нейтрализован по фенолфталеину прибавлением по каплям 10%-ного раствора NaOH до появления окраски, после чего избыток щелочи устраняют добавлением по каплям слабого раствора H2SО4 до исчезновения окраски. Если при добавлении NaOH выпал осадок, он должен быть вновь растворен. Нейтрализацию испытуемого раствора можно производить и по β-динитро-фенолу 10%-ным раствором аммиака (или 1%-ным раствором соды) до появления желтой окраски и уничтожения ее прибавлением 1 капли слабого раствора H2SО4 или НСl. Раствор молибденовокислого аммония добавляют из бюретки, причем ни одна капля раствора не должна упасть на стенки колбы. Лучше после добавления молибденового реактива добавить немного воды, обмывая ею стенки колбы.
Колбы слегка встряхивают, чтобы размешать раствор, после чего добавляют из бюретки или из пипетки по каплям раствор хлористого олова (капли его тоже должны попадать прямо в раствор, а не стекать по стенкам колбы). Удобнее сначала добавлять во все колбы молибденовый раствор, а затем хлористое олово. Развитие окраски в испытуемом и образцовом растворе при визуальном колориметрировании должно производиться всегда одновременно.
Мерные колбы следует мыть горячей водой и время от времени крепкой щелочью. Стаканчики также следует промывать раствором щелочи, чтобы на них не оставалось голубого налета. При колориметрировании наиболее удобна концентрация образцового раствора 0,03-0,06 мг Р2О5 в 100 мл. Описанным методом можно определять содержание фосфора в пределах от 0,01 до 0,15 мг Р2О5 на 100 мл раствора. Окраску испытуемого раствора сравнивают с окраской образцового, концентрация которого должна быть не более чем в два раза слабее или крепче испытуемого. Приготовляют всегда два образцовых раствора, которые для контроля работы сравнивают перед началом и в конце колориметрирования. Во время колориметрирования колориметр должен стоять в светлом месте против окна, но не на прямом солнечном свете. Перед колориметром нельзя ставить какие-либо предметы во избежание неравномерного освещения; лучше колориметр ставить на лист белой бумаги.
В настоящее время в лабораторной практике для колориметрирования окрашенных растворов широко применяются электрические фотоколориметры.
При пользовании фотоколориметром должна быть составлена калибровочная кривая или прямая (в зависимости от фотоколориметра) для образцовых растворов определяемого элемента, в данном случае фосфора. Для этого в несколько мерных колб (на 50 или 100 мл) вносят разные количества образцового раствора КН2РО4 с содержанием Р2О6 от 0,005 до 0,06 мг из расчета на 50 мл колбу; наиболее точным в работе является при этом интервал от 0,01 до 0,05 мг Р2О5. Содержимое колб окрашивают в соответствии с принятым методом работы и просматривают в фотоколориметре. На миллиметровую бумагу по оси абсцисс наносят взятые в каждую колбу количества фосфора, а по оси ординат - соответствующие отсчеты колориметра. При колориметрировании испытуемых растворов, сделав на приборе отсчет, по кривой или прямой, находят, какому содержанию фосфора в данном объеме раствор соответствует.

Например, при просмотре в фотоколориметре испытуемого раствора, содержащего в 50 мл колбе 10 мл вытяжки, полученной при соотношении почвы: раствор = 5 : 125, получаем отсчет по шкале фотоколориметра - 0,12; на калибровочной прямой (рис. 1) этому отсчету соответствует 0,02 мг Р2О5. При этом расчет содержания Р2О5 в 100 г почвы выразится следующим образом:

При работе по методу Дениже в вытяжках из почвы не должен содержаться мышьяк. так как мышьяковая кислота дает с окислом молибдена соединение такого же цвета, что и соединение его с фосфорной кислотой. Соединения мышьяка могут быть занесены в почву при применении инсектицидов. Кремнекислота также может давать голубую окраску. Мешают определению другие примеси.
Приводим те границы содержания (табл. 1) некоторых минеральных и органических примесей в анализируемом растворе, которые, по данным
Шмука и Курило, искажают точность определения фосфора; авторы отмечают, что данные первого столбца приведены с большой осторожностью: концентрации, мешающие анализу, практически для многих веществ лежат выше указанных величин.

На точность анализа существенное влияние оказывают примеси железа: его не должно содержаться в растворе больше, чем фосфора.
Если содержание железа в анализируемом растворе велико (а это может быть в тех случаях, когда определяют содержание фосфора валового или извлекаемого крепкими кислотами или когда фосфор определяют в почвах, содержащих большие количества железа), железо следует удалить из раствора до колориметрического определения в нем фосфора. Способ осаждения железа указан ниже, при описании методов определения валового содержания фосфора в почве.
Реактивы. 1. Образцовый раствор фосфата. 0,1917 г перекристаллизованного КН2РО4 растворяют в воде и разводят до 1 л; 20 мл этого крепкого раствора разводят до 1 л. Полученный рабочий образцовый раствор содержит 0,002 мг Р2О6 в 1 мл. В качестве антисептика к раствору добавляют 1 мл толуола.
Фосфат калия, пригодный для приготовления образцового раствора, получается из продажного препарата химически чистой соли КН2РО4. Последнюю промывают сначала этиловым спиртом, в котором растворяется имеющаяся в продажном препарате примесь К2НРО4, а затем перекристаллизовывают два-три раза из горячей воды. На растворение 100 г соли идет около 190 мл горячей воды. При охлаждении выпадает около 60 г перекристаллизованной соли. Навеску соли растворяют при кипячении в фарфоровой чашке в возможно малом количестве горячей воды и затем охлаждают чашку льдом или снегом; выпавший осадок соли отсасывают от маточного раствора на воронке.
2. Молибденовый реактив. 10 г химически чистого молибденовокислого аммония растворяют в воде в мерной колбе на 100 мл, доводят водой до метки и смешивают с 300 мл 50%-ного (по весу) раствора H2SО4, который приготовляют разбавлением 400 мл, или 700 г. H2SО4 (уд. веса 1,84) водой до 1 л.
Перекристаллизация молибденовокислого аммония. Продажный препарат молибденовокислого аммония растворяют в возможно малом количестве горячей воды, быстро отфильтровывают в фарфоровую чашку, добавляют к раствору по каплям крепкий аммиак, пока не появится запах аммиака. Чашку ставят на водяную баню и раствор упаривают до появления на поверхности пленки образующихся кристаллов соли, после чего чашку снимают с бани и оставляют стоять на одни сутки. Затем сливают маточный раствор и образовавшиеся на дне чашки голубовато-зеленоватые или бесцветные прозрачные кристаллы высушивают в термостате при 60°. Маточный раствор может быть снова подвергнут кристаллизации.
3. Хлористое олово. Реактив приготовляют в день производства определений. 0,1 г металлического олова помещают в пробирку, добавляют 2 мл химически чистой НСl (уд. веса 1,19) и 1-2 капли 4%-ного раствора CuSО4 • 5Н2О. Растворение олова производится на кипящей водяной бане. После растворения олова объем жидкости доводят водой до 10 мл. Для приготовления раствора хлористого олова желательно иметь пробирку с двумя метками на 2 и на 10 мл.