Phosphat in Grundwasser und Oberflächenwasser: Ein schnelles und zuverlässiges Bestimmungsverfahren unter Einsatz des photometrischen Spectroquant® Tests
Katrin Schwind
1 Scientist Associate, Analytical Point-of-Use R&D, Gunter Decker, Senior Global Product Manager, Analytical Point-of-Use Analytics | Photometry, 2
Phosphat in Oberflächenwasser
Phosphor ist ein essentielles Element für Organismen und Pflanzen.1 In natürlichen, nicht kontaminierten Gewässern kommt er als organisch gebundenes Phosphat, kondensierte Phosphate oder als Orthophosphat vor – oft in der chemischen Formel PO4-P. Die geringe Menge an Phosphor in natürlichen Gewässern fördert das Wachstum von Pflanzen nicht. Ein Anstieg der Phosphorkonzentration führt jedoch zu einer Vermehrung von Algen, was zur Eutrophierung des Gewässers führt.2, 3
In der Mitte des 20. Jahrhunderts führte die anthropogene Verunreinigung von Gewässern mit Phosphat zu einer weit verbreiteten Eutrophierung, unter anderem durch Düngemittel, Abwasser und Waschmittel. Daraufhin wurden Maßnahmen zur Reduzierung der Phosphat
konzentrationen durch die Einstellung der Verwendung von Phosphaten in Waschmitteln und die Ausfällung von Phosphaten in Kläranlagen ergriffen, was zu einer Verringerung der Umweltbelastung durch Phosphate um etwa 75 % geführt hat.2, 4
Ein gutes Beispiel dafür ist der Bodensee. Ende der 1970er Jahre lag die PO4-P-Konzentration im See bei 84 μg/l während dieser große Wasserkörper heute PO4-P-Werte von nur 5-6 μg/l aufweist.5, 6
Analyse von Phosphat in Oberflächenwasser
Die Analyse derart niedriger PO4-P-Konzentrationen ist eine Herausforderung.
Nach DIN EN ISO 10304-1 liegt der untere Arbeitsbereich der Ionenchromatographie bei 33 μg/l PO4-P (entspricht 100 μg/l PO4), was deutlich über den in Oberflächenwasser üblichen Phosphatkonzentrationen liegt. Durch die Photometrie werden wesentlich empfindlichere Messungen möglich. Nach DIN EN ISO 6878 liegt die untere Messgrenze für die photometrische Bestimmung von Phosphor in Wasser bei 5 μg/l PO4-P, wenn kein aufwendiges Extraktionsverfahren durchgeführt wird.8
Methodenvergleich Spectroquant® Phosphat-Test und Photometrie nach DIN EN ISO 6878
Beide Methoden beruhen auf dem gleichen Prinzip. Orthophosphationen reagieren mit Molybdat- und Antimonionen in schwefelsaurer Lösung und bilden Molybdatophosphorsäure. Diese wiederum wird mit Ascorbinsäure zu Phosphormolybdänblau (PMB) reduziert, das photometrisch bestimmt wird.9 Neben der vorprogrammierten Kalibrierkurve liegt ein weiterer Vorteil des Spectroquant® Testsatzes im Vergleich zur Standardmethode in der einfachen Anwendung. Bei Messungen nach DIN EN ISO 6878 müssen die Reagenzien separat vorbereitet werden. Dies beinhaltet die Herstellung von mindestens fünf separaten Lösungen, ohne die Standardlösungen, die für das Kalibrierverfahren hergestellt werden müssen.8
Der Spectroquant® Testsatz enthält bereits die für die Analyse erforderlichen Reagenzien in gebrauchsfertiger Form. Für die empfindliche Bestimmung von Phosphat in der 100-mm-Küvette ist lediglich die Zugabe von zwei Reagenzien erforderlich. Zu einem Probenvolumen von 20 ml gibt der Anwender nur 20 Tropfen Reagenz PO4-1 und vier gestrichene Löffel Reagenz PO4-2 (mit dem mitgelieferten Mikrolöffel) hinzu. Nach einer Reaktionszeit von fünf Minuten wird die Farbintensität der Probe im Photometer gemessen und die Phosphatkonzentration kann direkt auf der Photometeranzeige abgelesen werden. Detaillierte Anweisungen sind in der Anwendungsbeschreibung "Sensitive measurement of orthophosphate in groundwater and surface water" (Empfindliche Messung von Orthophosphat in Grund- und Oberflächenwasser) enthalten, die online auf der Produkt-Website des Spectroquant® Phosphat-Tests Produkt-Nr. 114848 verfügbar ist.10
Um bedeutungsvolle Aussagen über die Eignung des Spectroquant® Testsatzes für die Bestimmung der Phosphatkonzentration in Oberflächenwasser zu erhalten, wurden sechs Proben mit diesem Testsatz auf ihren PO4-P-Gehalt untersucht. Zum Vergleich wurde auch eine Referenzanalyse nach DIN EN ISO 6878 durchgeführt. Für die DIN-Methode wurde in Übereinstimmung mit der DIN eine Nachweisgrenze von
0,003 mg/l PO4-P bestimmt.
Die beiden Verfahren zeigen vergleichbare Ergebnisse: In vier der sechs Proben lag die PO4-P Konzentration unterhalb des Messbereichs. Bei nur bei zwei der sechs Proben lagen die gemessenen Werte innerhalb des Bereichs. In der Probe aus dem Brombachsee unterschieden sich die nachgewiesenen Konzentrationen um 0,0031 mg/l PO4-P. Bei der Probe aus dem Altmühlsee lag die Abweichung zwischen dem Spectroquant® Ergebnis und dem DIN-Ergebnis bei lediglich 0,0004 mg/l PO4-P. Die Wiederfindungsrate in Bezug auf die DIN EN ISO-Methode betrug 97 %.
Zusätzlich zum Referenzanalyseverfahren wurden die Proben auch nach der Standardadditionsmethode gemessen. In dieser Untersuchung wurden die fünf Seewasserproben und eine Stauseeprobe mit vier verschiedenen PO4-P-Konzentrationen dotiert und die Wiederfindung in jeder Probe bestimmt. In Abbildung 1 sind die Ergebnisse dieser Untersuchung dargestellt.
Abbildung 1.Wiederfindung der Orthophosphatkonzentration nach Standardaddition
Die zugesetzten Standardkonzentrationen konnten in allen Proben wiedergefunden werden. Die durchschnittliche Wiederfindungsrate betrug 105 % ± 5 %.
Falls es erforderlich ist, die Genauigkeit noch weiter zu erhöhen, kann eine Kalibrierung für den vorgesehenen Messbereich durch den Anwender vorgenommen werden. Dies wird durch eine 10-Punkt-Kalibrierkurve deutlich, die für den Messbereich
0,0025 - 0,0250 mg/l PO4-P aufgezeichnet wurde. Die Kurve ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2.Kalibrierkurve für den Messbereich 0,0025 – 0,0250 mg/l PO4-P
Die Methode weist eine gute Linearität auf. Im Vergleich zur vorprogrammierten Methode konnten die Leistungsmerkmale deutlich verbessert werden; es wurde eine Standardabweichung der Methode von ±0,0001 mg/l, ein Variationskoeffizient der Methode von ±0,88 % und ein Konfidenzintervall von ±0,0003 mg/l erreicht (Tabelle 2).
Zusammenfassung
Der Spectroquant® Phosphat-Test (Produkt Nr. 1.14848) ist eine schnell durchführbare, kosteneffiziente und präzise Alternative zu den Standardmethoden für die Bestimmung von Orthophosphat in Grund- und Oberflächenwasser. Die Ergebnisse sind mit denen vergleichbar, die mit der Standardmethode DIN EN ISO 6878 erzielt wurden. Durch die Anwendung der Standardadditionsmethode wurde nachgewiesen, dass der Testsatz für die Quantifizierung von PO4-P in Grundwasser und Oberflächenwasser geeignet ist.
Literatur
Um weiterzulesen, melden Sie sich bitte an oder erstellen ein Konto.
Sie haben kein Konto?