de-spectrofotometrische-bepaling-van-totaal-fosfaat-in

DE SPECTROFOTOMETRISCHE BEPALING VAN
TOTAAL FOSFAAT IN GROND VOLGENS
VERSCHILLENDE KLEURINGSMETHODEN
door
W.F. Keijzer
Intern Rapport RIJP, no. 371 1975
R I J K S D I E N S T
V O O R
D E
S M E D I N G H U I S
I J S S E L M E E R P O L D E R S
L E L Y S T A D
INLEIDING
Voor de spectrofotometrische bepaling van fosfaat in grond, water
en gewas worden aan de sub-afdeling Laboratoria van de R.1J.P. twee
kleuringsmethoden (m~lybdeenblauw,vanadaatgeel) toegepast. Bij de
molybdeenblauwkleuring wordt 'van drie reductiemiddelen (amidol, metol,
ascorbinezuur) gebruik gemaakt (Hofstee en Fien, 1971).
Bij gebruik van amidol, waarvan de activiteit minder groot is dan
die van metol en ascorbinezuur, is de intensiteit van de blauwe kleur
afhankelijk van de tijd gedui-ende welke, de vloeistof in contact is met de
reagentia. Bovendien is de temperatuur als meetconditie aan nauwe
grenzen gebonden (200C + of -l°C). Bij met01 als reductiemiddel kunnen
3+
Fe-ionen kleurafwijkingen veroorzaken. Hier is na 15 minuten de intensiteit van de blauwkleuring optimaal, waarna reductie optreedt van
de overmaat molybdeenzuur hetgeen kleurverdiepend werkt. Ook bij deze
kleuring mag de temperatuur slechts weinig,variGren (20'~ + of -l°C).
De molybdeenblauwkleuring met ascorbinezuur als reductiemiddel is
f
een veel gevoeliger methode (John, 1968). De optimale kleurontwikkeling wordt na 30 minuten bereikt, waarna de kleur gedurende 24 uren
constant blijft. Temperatuurschommelingen tussen 100 en 60'~ beinvloeden de kleurontwikkeling niet. Door de grotere gevoeligheid kan
een kleine hoeveelheid extract in gebruik worden genomen. Het voordeel
hiervan is, dat in de meetoplossing minder storende componenten aanwezig kunnen zijn. De kans dat de kleuring wordt beinvloed door bv.
Fe3+, is dan gering.
De gevoeligheid van de vanadaatgeelkleuring is 18x kleiner dan
die van de molybdeenblauwkleuring met ascorbinezuur als reductiemiddel.
De ontwikkelde kleur wordt echter vrijwel niet door andere ionen gestoord en heeft een grote stabiliteit ten opzichte van de zuurgraad van
het milieu. Deze mag liggen tussen 0,2en 1,6 N, terwijl bij de molybdeenblauwkleuring de normaliteit ongeveer 0,9 moet zijn. De optimale
kleurontwikkeling wordt 30-minutenna toevoeging van het reagens verkregen waarna de kleur minstens 5 uren constant blijft.
Het totale fosfaat in grond wordt momenteel bepaald volgens de
vanadaatgeelkleuring. Om tot een uniforme werkwijze te komen en om
kleine hoeveelheden fosfaat nauwkeuriger te kunnen bepalen,.is als
ve~volgop het rapport "De spectrofotometrische bepaling van totaal fosfaat
in gewas volgens verschillende kleuringsmethoden" nagegaan of ook voor
grond de gevoelige molybdeenblauwkIeuring met behulp van ascorbinezuur
kan worden toegepast.
4401/2b-b-'75/T~
_ I
WERKWIJZE
Voor dit onderzoek is een aantal monsters grond van velerlei herkomst en met P-gehalten van verschillend niveau volgens de in de bijlagen genoemde voorschriften in duplo onderzocht.
Deze voorschriften luiden in het kort:
Bereiden van het extract
-
1 g, b i j zandmonsters 2 g, grond destrueren met 20 ml Fleischmannzuur
(HN03 : H2SO4 = 1 : 1) en venrolgens met 0,75 ml HClO4' Residu over-
spoelen in maatkolf 100 ml. Filtreren.
In het filtraat fosfaat bepalen volgens:
Vanadaatgeelkleuring
20 ml filtraat pipetteren in maatkolf 50 ml. Neutraliseren met NH40H
gec. en HN03 10% ten opzichte van 2-6 8 dinitrophenol (pH omslaginterval 2-4,4) (Keijzer,l975). Afkoelen. Kleuren en, na minstens 30 minuten
staan, meten bij 430 nm.
Molybdeenblauwkleuring met behulp van ascorbinezuur
5 ml filtraat pipetteren in maatkolf 100 ml. Neutraliseren met NaOH 4N
en H2S04 2N tot zure reactie ten opzichte van phenolphtaleyne (pH-omslaginterval 8,3-10,O). Afkoelen. Kleuren en, na minstens 30 minuten
staan, meten bij 882 nm.
UITVOERING EN RESULTATEN
De spectrofotometrie is gebaseerd op de wet van Lambert-Beer:
T
transmissie
.
I = intensiteit van het opvallende licht
=
It = intensiteit van het doorgelaten licht
a = extinctiecozffici~nt
b
optische weglengte van de cuvet
c = concentratie van de absorberende stof.
=
Het tegengestelde, exponentigle verband tussen de transmissie en de
concentratie is voor de kwantitatieve analyse ongemakkelijk. Daarom
is de grootheid extinctie (E) ingevoerd:
Uit deze betrekking kan worden afgeleid dat de relatieve fout in de
concentratie in het extinctiebereik tussen 0,100 en 1,500 weinig ver-'1.
andert, maar sterk toeneemt bij hogere en lagere extincties (de Galan,
1972). Bij voorkeur moet dus in dit optimale gebied worden gewerkt
waar de nauwkeurigheid van de spectrometrische absorptiebepaling ongeveer I
is..Voor kleuringsmethoden kunnen ijklijnen worden opgesteld
met behulp van een reeks standaarden, ;waarna de onbekende'gehalten aan
de hand van deze ijklijnen worden bepaald. Aangezien het bereiden van
een standaardreeks tijdrovend is, wordt slechts gemeten in het gebied
waar het verband tussen concentratie en extinctie lineair is, d.w.z.
het gebied dat voldoet aan de wet van Lambert-Beer. Voor de Bausch en
Lomb Spectronic 70 spectrofotometer, die bij dit onderzoek is gebruikt,
eindigt dit meetgebied voor de gele vanadaatkleur (430 nm) bij E =
0,260 ei voor de blauwe molybdeenkleur (882.nm) bij E = 0,600. Naast
dit veel grotere meetgebied van de molybdeenkleur, is ook de extinctiecogfficignt van deze verbinding veel groter dan die van vanadaatgeel.
De molybdeenblauwkleuring is daardoor veel gevoeliger dan de vanadaatgeelkleuring.
In tabel I staan enkele gegevens betreffende de in gebruik genomen
monsters. De P-gehalten van de onderzochte monsters varizren van 14 tot
212 mg P205 per 100 gram stoofdroge grond. Door de monsters volgens
bovengenoemde voorschriften te analyseren, liggen alle extincties
beneden de maximaal toelaatbare waarde. Volgens de vanadaatmethode
geven gehalten < + 120 mg P205 per 100 g stoofdroge grond een extinctiewaarde lager dan 0,100,bij de molybdeenmethode is dit het geval bij gehalten < + 62 mg P205. Rekening houdend met de reeds eerder genoemde
afwijking in de meting
bij extinctiewaarden < 0,100, is de molybdeen-
-
methode dus nauwkeuriger voor de bepaling van lage fosfaatgehalten dan
de vanadaatmethode.
Bij de molybdeenmethode wordt een kleine hoeveelheid extract (5 ml) in
een relatief groot volume (100 ml).geneutraliseerd met de sterke base
NaOH. Het hierbij gevormde Na SO heeft in dit volume een te lage con2 4
centratie om de blancowaarde te beinvloeden. Bij de vanadaatmethode
(20 ml extract in 50 ml) wordt geneutraliseerd met de zwakke base
NY40H. Het neutraliseren van een sterk zuur met een sterke base (grote
pH-sprong in het aequiva1entiepunt)'eist een grotere oplettendheid dan
het neutraliseren van een sterk zuur met een zwakke base. Door nu
NH40H te gebruiken,is het analyse-technisch eenvoudiger binnen het
volume van 50 ml te blijven. Bovendien beinvloedt het gevormde
(NH4) 2SO4 in tegenstelling tot Na2S04, de blancowaarde niet.
Bij de gevolgde werkwijzen is de concentratie van de aanwezige componenten in de meetvloeistof, bij de vanadaatmethode acht keer hoger dan
bij de molybdeenmethode. Met de vanadaatmethode kunnen hierdoor bij
ijzerrijke monsters te hoge waarden worden ge.vonden, omdat bij het
neutraliseren een gekleurde Fe-verbinding kan ontstaan die met overmaat zuur niet meer is weg te nemen.
De molybdeenblauwkleuring heeft een grotere nauwkeurigheid dan de
vanadaatgeelkleuring; standaardafwijking respectievelijk 1 , 9 en 3 , l
(tabel 2). Het niveau van de gehalten volgens de molybdeenmethode (gemiddeld 89 mg P205) ligt echter lager dan dat volgens de vanadaatmethode (gemiddeld 95 mg P205). Om na te gaan welke gehalten de meest
juiste zijn, zouden deze relatieve bepalingsmethoden moeten worden
vergeleken met een methode, waarbij de onbekende gehalten niet aan
de hand van een reeks standaarden worden bepaald. Fen dergelijke absolute referentiemethode voor fosfaat ontbreekt echter. We1 zijn ter
oriEntatie in een aantal monsters (gehalten varizrend van 37 tot 71 1
mg P 0 de toegepaste spectrofotometrische bepalingsmethoden verge2 5
leken met de gravimetrische methode volgens Lorenz (tabel 3). Daaruit
is gebleken dat de spectrofotometrisch bepaalde gehalten systematisch
(gerniddel&met vanadaatmethode 252 mg P205, met molybdeenblauwmethode
247 mg P205) hoger liggen dan de gravimetrisch bepaalde gehalten (gemiddeld 240 mg P205 ). Een verklaring hiervoor zou kunnen zijn dat geen
enkel reagens specifiek is; ook andere elementen dan fosfor kunnen
met het reagens een absorberende verbinding vormen.
SAMENVATTING
Totaal fosfaat in grond is na destructie van de grond met H2SO4HN03- HClO4 spectrofotometrisch bepaald volgens verschillende kleuringsmethoden. Uit dit onderzoek is gebleken dat de molybdeenblauwkleuring
met ascorbinezuur als reductiemiddel door zijn grotere gevoeligheid
een grotere nauwkeurigheid bezit dan de vanadaatgeelkleuring (standaardafwijking respectievelijk 1 , 9 en 3 , l ) . Het niveau van de gehalten ligt
volgens de molybdeenmethode lager dan volgens de vanadaatmethode. Dit
onderzoek heeft uitgewezen dat de molybdeenmethode zowel aansluit bij
-
klassieke gravimetrische methode volgens Lorenz als bij de vanadaatmethode. Door zijn grotere nauwkeurigheid heeft de molybdeenblauwkleuring met ascorbinezuur als reductiemiddel de voorkeur boven de
vanadaatgeelkleuring.
Het desbetreffende voorschrft is als bijlage aan dit verslag toegevoegd.
Lelystad, februari 1975.
LITERATUUR
Fien, H.J.
1964 Het beproeven van de vanadaatkleurings-
methode bij de coiorimetrische bepaling van totaal fosfaat in grond.
R.I.T.P. R 3952.
Hofstee, J. en
H.J. Fien
1971 Analysemethoden voor grond, gewas,
water en bodemvocht. R.IJ.P., Lelystad.
1971 Toelichting op de analysemethoden voor
grond, gewas, water en bodemvocht.
R.I.J.P.,
John, M.K.
Lelystad.
1968 Colorimetric determination of phos-
phorus in soil and plant materials
with ascorbic acid.
Soil Science, april 1970.
Keijzer, W.F.
1975 De spectrofotometrische bepaling van
totaal fosfaat in gewas volgens verschillende kleuringsmethoden.
R.I.1.:.
no. 353, 1973.
Tabel I. Enkele gegevens betreffende de in gebruik genome" monsters
stoofdroge grond bevat in 4
De
/
CaC03
: Lucum
Humus-E, Slib
Drontermeer hij l e eiland, 0-10 cm, modderig;
'
3.1
1.8
1.1
1.2
1
ten N.O.; Yenige afzetting
0.8
Bij 3e eiland
ten z.w.
0.2
0.4
1.0
0.4
1
1.2
i
1
2
2
j
ten westen. 10-30 cm zandig, oorspr.
Bij 3@ eiland; op de 10 cm grens zeer recent
I
3
I,
2.2
'
t.h.v. jachthaven v...Dijk;
t.h.v.
i
zeer randig materiaal
" ; geen H2S gevr
.
gemaal Oosceruolde; plaatselijk vanaf 20
'
cm reggebos-wen, afgedekt m e t zandige klei.
Bovensre 5 cm recent slik, muf ruikend
+
1.5 Lrm ten
Z.W.
t.h.v. jachrhaven aan strekdam; 0-5 un zeer
slik, 0-15 cm recent slik
"
"
i
"
"
.
.
; grijs-blauw zand, oorspr.
3
2
96.6
0.5
5.4
0.8
2.1
5
8
3
6
94.2
82.4
4.4
1.2
6
5
86.2
0.5
0.5
3
2
0.1
0.2
4
95.3
95.3
9.6
5.5
7.1
-
7.1
9.1
-
13.6
3.1
7.3
4.4
1
ale
2+c
Rijpingsterreinen 2 . Flevoland
'
Rijpingsterreinen 2 . Tlevolsnd
Springside (Yorkton). Canada
/
I
L 34 10. Fllvolad; ym enigszins vermengd met z1
50-70 H 10119
detritus
20-40
i2.W.-Nederland; proefvlakte 32, juncus ger.
!
!
; proefvlakre 33, pucc. mar.
I'
2.W.-Nederland; schor bij Waarde
Beemster; Purmerenderweg, grasland
-
5-25
Becuwe; rwsre komgrond
5-
I N.O.P.;
kavel S 57 Zu I1
1
'
i
1
1
97.8
1
94.7
77.1
77.3
6
I
10
4.0
/
-
1 79.8. .
12.0 52.0
9
0.3
6.8
0.3
7.6
alc2+3
94.2
:
1.31
i
7.3
=la2
2
2
10
2. Tlevaland; kavel NZ 23 ala
"
96.5
i 89.8
/
2
alallala,
ale2
8
'1
I
0.4
'
'
alal/ala2
I
0.2
2.9
2.4
15
'
1
16.6
3
6
8
3
92.9
0.71 97.8
13
0.2.
42
:
4.2
4.5
a l ~ ~ + ~
zu; kavel OZ 60
1
1
1
:
3
0.2
42
0-4
0-20
2.41
0.2
8
0-5
I
8
4e plek; dekzand, zeer hard
midden vaargeul; venig materiaal
15
0-5
11
; als boven, iets sceviger
4e plek; blauw-mart slik
5.8
I
bij monsters plek 45
2e plek; leer slap, nwart zandh. slik
28.0
j
1
1.6
2.4
8
L
0.5
1.5
0.4
0.6
1
0.5
0.5
2.7
5
1
Veluwemeer-Noord; plek a l s in 1971,
'
l.6
0.8
van 3e eiland; zandig prafiel:
licht gekleurd
1
2.6
j
6 / 84.7
5 1 86.0
I
l.1/94.0
1
i
4.3
-
Zand
!
I
2
/
7
3
'
2
97.0
-
5
28
86.3.
-
-
30
-
i
29
26
-
!
-
31
-
30
31
-
7.4
6.6
10.8
-
5.0
4.6
12.9
.
33
-
15.1
-
33
-
-
25.9
26.3
5.6
;
1
< 0.5 I
-
'
2.7
1
I
1
6
i
.
;
-
1
30.4
.
-
5
,
,-
-
33.0
27.7
i
I
28
8.4
8.4
!
;
;
Tabel 2. Fosfaat in grond, oplosbaar in H 2SO4-HN03-HC104, spectrofotometrisch bepaald via twee kleuringsmethoden
mg P205 per 100 g
mg P205 per 100 g
stoofdroge grond via
monster
nr.
monster
nr.
vanndaatmolybdeengeelkleuring . blauwkleuring
stoofdroge grond via
vanadaatmolybdeengeelkleuring blauwkleuring
.:
161028
103
104
173761
143
130
29
74
74
62
43
33
34
63
157
186
144
172
44
22
24
64
176
158
53
18
19
66
158
142
54
I8
17
67
146
133
43
42
68
165
148
64
68
38
38
69
205
186
42
41
70
212
196
69
49
50
173771
207
192
72
77
80
175275
I64
149
73
14
14
76
191
177
74
18
15
77
161
148
78
102
96
78
1'56
143
79
89
88
175279
198
183
83
15
16
178236
91
86
84
17
69
47
gem.
95
89
161103
18
74
45
24
24
st andaardafw.
04
18
17
05
24
23
161 114
37
38
63
98
161099
1
'
A
.
.
3.1
1.9
y,
Tabel 3. Fosfaat in grond, oplosbaar in H SO -HN03-HC10
2 4
4' spectrofotometrisch en gravimetrisch bepaald
mg P205 per 100 g stoofdroge grond,
oplosbaar in H2S04-HNO -HC104
3
monsternr.
gravimetrisch
volgens Lorenz
spectrofotometrisch via
vanadaatgeelkleuring
molybdeenblauwkleuring
101951
161
169
164
54
103
119
110
58
140
156
148
59
294
306
305
63
37
40
38
101971
89
111
94
104585
693
707
711
86
178
189
183
88
55 1
553
559
89
253
264
264
104590
20 1
21 1
204
St28666
181
194
184
gemiddeld
240
252
24 7
-
+ 12
+ 7
(+ 5%)
(+3%)
systematisch
verschil met
gravimetrisch
Bijlage 1
P in grond oplosbaar in HNO -H SO -HC104
3 2 4
Spectrofotometrisch
8
(vanadaat)
APPARATUUR
REAGENTIA' )
Destructieapparaat
Ammonia, gec.
Platbodemkolven, 250 ml
2-6 B,dinitrophenol;0,5 g oplossen
Spectrofotometer
in en aanvullen met C2H50H 90% tot.
100.0 ml.
~leischmannzuur
Fosfaat, standaard 1,O ml
5
0,050
mg P205
Perchloorzuur, gec.
Salpeterzuur, gec.
Salpeterzuur, 10%
Vanadaat, reagensmengsel (P-Al)
Zwavelzuur, gec.
WERKWIJZE
1,000 g,bij zandmonsters 2,000 g, in agaten mortier gemalen luchtdroge
grond afwegen in platbodemkolf 250 ml. Per serie 4 blanco bepalingen meenemen. Toevoegen 20 ml Fleismannzuur. Op zandbad plaatsen en destrueren.
Tijdens destructie temperatuur opvoeren tot na 30
-
45 minuten dichte
witte nevels ontwijken.
gec. bijdruppelen (0,5 - 1,O ml)
3
en destrueren op zandbad. Dit 4 3 5 maal herhalen. Wanneer na laatste
Kolf van bad nemen, even afkoelen, HNO
HNO3-toevoeging witte nevels ontwijken, kolf van bad nemen, even afkoelen, 5 druppels HC104 gec. p.a. toevoegen en destrueren op zandbad
tot alle HC104 is uitgewerkt (6 2 7 minuten). Dit nog 2 maal herhalen.
Na laatste toevoeging 10
B 15 miduten verhitten om alle HC104 te ver-
drijven.
Na afkoelen 20 ml H 0 gedem. toevoegen en onder voortdurend omzwenken
2
1 minuut op zandbad opkoken. Afkoelen. Met H 0 gedem. overbrengen in
2
maatkolf 100,O ml, aanvullen en mengen.
Filtreren over hard vouwfilter (MN 640 D) in erlenmeyer 100 ml. 20,O ml
filtraat (van blancobepaling 4 x 20,O ml) pipetteren in maatkolf 50,O ml.
Aar 2 blancobepalingen toevoegen 10,O ml P-standaard.Neutraliseren met
NH40H gec. en HN03 10% tot alkalische tint (geel) van 2-6
dinitrophe-
nol. Afkoelen. Toevoegen 10 ml vanadaat-reagensmengsel (P-Al). Mengen.
Aanvullen met H 0 ged. tot 50,O ml. Mengen. Na minstens 30 min. staan,
2
gele kleur meten in spectrofotometer bij 430 nm t.0.v. blancobepaling.
Bijlage I1
P in grond oplosbaar in HNO -H SO -HC104
3 2 4
Spectrofotometrisch
(molybdeenblauw)
APPARATUUR
Destructieapparaat
Ascorbinezuur, reagensmengsel
Platbodemkolven, 250 ml
Fleischmannzuur
Spectrofotometer
Fosfaat, standaard, 1,O mlg 0,004 mg
5'2'
Natronloog, 4 N
Perchloorzuur, gec.
Salpeterzuur, gec.
Zwavelzuur, gec.
Zwavelzuur, 2 N
1,000 g, bij zandmonsters 2,000 g,in agaten mortier gemalen luchtdroge
grond afwegen in platbodemkolf 250 ml. Per serie 4 blanco bepalingen
meenemen. Toevoegen 20 ml Fleischmannzuur. Op zandbad plaatsen en destrueren. Tijdens destructie temperatuuropvoeren tot na 30
-
45 minuten
dichte witte nevels ontwijken.
Kolf van bad nemen, even afkoelen, HN03 gec: bijdruppelen (0,5
en destrueren op zandbad. Dit 4 2 5 maal herhalen.
-
1,O ml)
Wanneer na laatste
HN03-toevoeging witte nevels ontwijken, kolf van bad nemen, even afkoelen, 5 druppels HClO4 gec. p.a. toevoegen en destrueren op zandbad
tot alle HClO is uitgewerkt (6 27minuten). Dit nog 2 maal herhalen.
4
,
.
Na laatste toevoeging 10 2 15 minutenverhitten om alle HClO te ver4
drijven.
Na afkoelen 20 ml H20 gedem. toevoegen en onder voortdurend omzwenken
1 minuut op zandbad opkoken. Afkoelen. Met H20 gedem. overbrengen in maat-
kolf 100,O ml, aanvullen en mengen.
Filtreren over hard vouwfilter (MN 640 D) in erlemeyer 100 ml. 5,O ml
filtraat (van blancobepaling 4 x 5,O ml) pipetteren in maatkolf 100,O
ml. Aan 2 blanco-bepalingen toevoegen 20,O ml P-standaard. Neutraliseren
met NaOH 4 N en H SO
2 4 2 N tot zure reactie t.0.v. phenolphtaleine. Af-
koelen. Toevoegen 20,0 ml ascorbinezuur-reagensmengsel. Mengen. Aanvullen met H20 ged. tot 100,O ml. Mengen. Na minstens 30 min. staan, blauwe
kleur meten in spectrofotometer bij 882 'nm.
I) Bereiding reagentia: Hof stee en Fien, 1971.

Download Report