Методика и техника эксперимента определения Р в снежном покрове

Цинцадзе [66] в целях предотвращения восстановления молибденовой кислоты избытком восстановителя в качестве реагента на фосфат-ионы предложил разбавленный (и поэтому почти бесцветный) раствор молибденовой сини. При добавлении к такому раствору незначительного количества фосфат-ионов снова образуется молибденовая синь. Метод Цинцадзе был усовершенствован Марковой [67].

При действии на ФМК гидрохинона с сульфитом натрия [30] избыточное количество молибденовой кислоты не восстанавливается и поэтому отпадает необходимость предварительного отделения ФМК.

Фиске и Суббароу [68], указав на ряд недостатков в этой работе [30], предложили в качестве восстановителя аминонафтолсульфоновую кислоту с бисульфитом. На основе работ [30 и 68] Бурсук [69] разработан метод восстановления ФМК ионами Fe2+ в присутствии сульфита натрия. Восстановителем ФМК является Fe2+, а сульфит восстанавливает образующиеся ионы Fe3+, которые мешают реакции.

Мешающее действие Fe3+ изучено в работе [70], его устраняют изменением количества восстановителя, кислоты и молибдата в реактиве или Fe3+ маскируют комплексоном III [71] или другими комплексообразующими агентами. Влияние комплексообразующих веществ на восстановление ФМК изучено Судаковым и Буторовой [72]. В качестве восстановителя авторы применяют гидразинсульфат. Комплексообразующие вещества при средней и малой кислотности связывают избыточные ионы МоО42- в комплекс, в котором Мо не восстанавливается и не дает дополнительной синей окраски. Комплексообразующие вещества позволяют варьировать концентрацию молибдата, направляя процесс образования и восстановления ФМК, и повышают избирательность метода. Авторы изучили влияние щавелевой, винной, лимонной кислот, а также влияние комплексона III. Перечисленные комплексообразующие вещества не изменяют характер восстановления ФМК.

Показана [73] возможность фотометрического определения фосфатов в виде синего ФМК с применением в качестве реагента вместо молибдата аммония о-дианизидинмолибдата. Образующаяся синяя окраска характеризуется устойчивостью и большей интенсивностью, чем окраска, полученная с молибдатом аммония.

На процесс восстановления ФМК большое влияние оказывает кислотность восстанавливаемого раствора. Для различных восстановителей оптимальная концентрация кислоты в растворе является различной: оптимальная кислотность[75] для гидразинсульфата, аскорбиновой кислоты и эйконогена составляет 0,88 н по H2SО4, для Fe2+ и тиомочевины восстановление прекращается уже при 0,2 н H2SО4, при восстановлении хлоридом олова концентрация H2SО4 должна быть больше 0,8 н, а при восстановлении сульфатом Fe2+ больше 0,25 н[76]. Верхний предел концентрации кислоты ограничен разложением ФМК и зависит от природы центрального иона. Нижний предел кислотности ограничен восстановлением свободного молибдата и зависит от природы восстановителя. Для ФМК при концентрации H2SО4 больше 0,9 н заметно ослабляется интенсивность окраски независимо от природы восстановителя.

Определение фосфора путем восстановления ФМК до синего комплекса подробно изучено Болцем и Меллоном [80]. Установлено влияние различных факторов на спектры светопоглощения комплекса в пределах 350—1000 нм. Авторы [81] называют продукт восстановления ФМК с максимумом поглощения при 830 нм «синим гетерополисоединением», а синий продукт с максимумом поглощения при 650—700 нм «молибденовой синью». Молярный коэффициент погашения синего гетерополисоединения при 830 нм равен 26 800. Спектры поглощения зависят от природы восстановителя и растворителя.

 

2.2.3. Определение в виде  ФВМК.

 

Фотометрический метод определения фосфора в виде фосфорнованадиевомолибденового комплекса (ФВМК) имеет ряд преимуществ перед методом определения в виде желтого ФМК [47]. Тройные комплексы более прочны. Они устойчивы в более широком интервале pH. Реакция более чувствительна, так как полоса поглощения тройного комплекса сдвигается сильнее к видимой части спектра. Реакция более избирательна, так как способность к образованию тройных соединений встречается у ограниченного числа элементов. На образование тройного комплекса требуется меньше реагента — молибдата, а следовательно, слабее зависимость от присутствия посторонних ионов, связывающих молибдат. Тройные комплексы хуже извлекаются неполярными растворителями, что дает возможность отделить их от обычных ГПК.

Метод определения фосфора в виде ФВМК предложен Миссоном [83]. Формула этого комплекса установлена Максимовой и Козловским [84] — Р205. V205.22Mo03.nH20, максимум поглощения раствора находится при λ = 415 нм.

Oптимальными условиями для развития окраски комплекса являются[85]: кислотность 0,4 н, содержание Mo(VI) 0,02—0,06 М, содержание Mo (V) 1,0—4,0 М, максимум поглощения при λ= 400 нм. Влияние хрома устраняют предварительной его отгонкой в виде СrО2С12.

Изучены [86] различные варианты фотометрического метода определения фосфора в виде ФВМК. При pH 0,6—1,0 по НС1, HNО3, H2SО4 или НСlO4 образуется одна и та же форма ФВМК с молярным коэффициентом поглащения 21 000 при λ = 315 нм. Практически лучше для создания необходимой кислотности применять H2SО4. При использовании в качестве рабочей длины волны 350 нм вместо 413 нм чувствительность определения фосфора повышается в 4 раза. При 25-кратном разбавлении анализируемых растворов и небольшом изменении условий удается проводить измерение при 315 нм, что повышает чувствительность еще в 2,5 раза. Для повышения чувствительности метода применяют экстракцию. В качестве экстрагентов применяют бутанол, метил-изобутилкетон, изоамиловый спирт.

 

2.2.4. Экстракционно-фотометрические  методы.

 

С целью концентрирования фосфора, отделения его от мешающих ионов и от избытка молибденовой кислоты используют экстракцию ФМК органическими реагентами в виде желтого или синего комплекса. Обычно экстрагируют желтый ФМК и восстановление ведут в органической фазе. Иногда экстрагент испаряют и определяют фосфор в остатке.

Недостатком метода извлечения ФМК эфиром и восстановления его в эфирном слое SnCl2 является летучесть эфира и относительно малая устойчивость окраски. Однако преимуществом эфира перед другими экстрагентами является быстрота расслаивания органических и кислотных слоев и стабильность результатов определения в достаточно широком интервале температур (15—25° С).

При определении фосфора визуальным колориметрическим методом применяют азотную кислоту. Оптимальное количество ее в конечном растворе составляет 10 объемн. %. Содержание НСlO4 не должно превышать 20 объемн. %. В более концентрированной кислоте эфир растворяется, при этом объем эфирного слоя уменьшается, что приводит к завышенным результатам.

Описано спектрофотометрическое определение Р, As и Si при их совместном присутствии [87, 88], основанное на избирательном извлечении растворителями. Экстракцию ФМК проводят из хлорнокислой среды изоамилацетатом, оптическую плотность экстракта измеряют при 330 нм [88].

Косвенный спектрофотометрический метод определения фосфора [78] основан на измерении при 230 нм светопоглощения молибдата, который образуется при разложении ФМК после его экстрагирования смесью (5 : 1) диэтилового эфира и изобутанола и реэкстрагирования аммиачным буферным раствором. Метод косвенного определения субмикрограммовых количеств фосфора [89] основан на связывании РО43- в желтый ФМК и определении молибдена по его каталитическому действию на окисление  перекисью водорода после экстракции ФМК бутилацетатом, удаления избытка молибдата и разрушения комплекса раствором NaOH. Отношение Р : Мо в комплексе равно 1 : 12.

Условия спектрофотометрического определения фосфора в виде ФМК после экстракции его бутилацетатом изучены с применением 32Р [90]. Установлено, что экстрагирование лучше проводить из 0,5 н НС1 в присутствии 0,5%-ного раствора молибдата натрия, хотя кислотность и концентрация молибдата мало влияют на экстракцию ФМК. Состав комплекса, экстрагируемого бутилацетатом, выражается отношением Р : Мо = 1 : 12. Экстракт характеризуется максимумом светопоглощения при 320 нм. Молибденовая кислота не экстрагируется, молярный коэффициент погашения равен 23 000. Определению мешают 4- и 5-валентные ионы и большие количества As(V) и Si. Не экстрагируются As(III) и Ge. Для экстракции применяют также смесь (1 : 1) диэтилового эфира и изоамилового спирта, н-бутанол, изоамиловый спирт, метилизобутилкетон.

 

2.2.5. Другие фотометрические  методы.

 

Известны методы определения фосфора, основанные на образовании цветных соединений фосфорномолибденовой кислоты с железосинеродистыми солями в аммиачной среде [91], с сероводородом в щелочной среде [92], с галловой кислотой в почти нейтральной среде [93]. Описан метод, основанный на восстановлении стрихнин-фосфоромолибдата фенилгидразином [94].

Исследователи [96] предложили совместное кинетическое определение фосфатов и силикатов в виде ванадомолибденовых гетерокислот. Скорости развития окраски окисленных форм ванадомолибденовых гетерополикислот кремния и фосфора различаются достаточно, чтобы вести определение их смеси кинетическим методом без разделения: при 0,0010– 0,0035 M H2SO4 фосфат не мешает определению силиката; при 0,2–0,5 М H2SO4 – наоборот. Градуировочные графики линейны при 1,1–14,0 мкг/мл Р и 1,4–14,0 мкг/мл Si. Метод был применен к кинетическому определению фосфатов и силикатов в водопроводной воде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Методика и техника эксперимента определения Р в снеговом покрове

 

 

Соединения фосфора в снежном покрове могут быть представлены твердой и жидкой (растворимой) фазами. Для этой работы мы взяли только биологически доступную растворимую часть, которая проникает в почвенные горизонты, а затем в растения и становится частью пищевых цепей с участием человека.

Для определения фосфора в растворе существуют стандартные методики, основанные на определении в виде желтого ФВМК [97] и в виде синего ФМК [98, 99, 100, 101].

Из всех представленных методик наиболее подходящей по количеству содержания фосфора в снежном покрове (0,07 – 0,7 мг/л) и по доступности оборудования и реагентов является определение содержания Р (V) в водном растворе в виде фосфорнованадиевомолибденовой гетерополикислоты желтой формы, которая имеет формулу Р2О5•V2О5•22Mo3О10•nH2О.

Отбор образцов снега производится трубчатым пластиковым снегометром с внутренним диаметром (потом укажу). В каждой точке отбираются (потом укажу) кернов, врезая снегометр на всю глубину снежного покрова методом транссекционного квадрата. После взятия снежного керна его нижняя часть тщательно очищается от частиц подстилающей поверхности, затем керны помещали в полиэтиленовый контейнер и равномерно перемешивали. Объединенные, таким образом, для каждой точки образцы снега (всего потом укажу образцов) взвешиваются на технических весах и доставляются в аналитическую лабораторию в замороженном виде. В лабораторных условиях из каждого образца снежной массы берется аликвотную часть массой приблизительно (потом укажу) кг, выдерживается при комнатной температуре до полного таяния и фильтровали на установке ГР-60 в среде аргона через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм[103]. Затем в фильтрате определяют содержание Р (V) в водном растворе в виде фосфорнованадиевомолибденовой гетерополикислоты желтой формы, которая имеет формулу Р2О5•V2О5•22Mo3О10•nH2О.

Эти методы основаны в основном на образовании гетерополикомплексов (ГПК), где центральным атомом является фосфор, а коордирированными группами - полианионы молибдата. Из их числа можно выделить две группы: а) методы, основанные на образовании желтых ГПК при взаимодействии фосфата с молибдатом в кислой среде; б) методы, основанные на образовании синих соединений при взаимодействии желтых ГПК фосфата с восстановителями. Определение в виде желтых ГПК более надежно, так как они имеют определенный состав и хорошо растворимы в воде. Определение, в виде синих ГПК более чувствительно, но дают менее точные результаты из-за непостоянства состава.

Применение смешанного ванадато-молибдатного реактива приводит к некоторому повышению чувствительности определения фосфора. Действительно, молярный коэффициент поглощения (ε410) равен 2,1•103, что примерно вдвое выше, чем для фосфорномолибденового комплекса.

На основании рентгеноструктурного анализа окрашенному комплексу приписывают следующую формулу [102]: [P(Mo3O10)2.(V2O5)]

Окрашенный комплекс относительно мало прочен: его константа нестойкости равна 3.10-4. Интенсивность окраски комплекса, ее устойчивость во времени и степень влияния на нее некоторых элементов зависит от условий среды. Оптимальная кислотность среды 0,5-1,1 по азотной кислоте и 0,2 н по H2SO4. Окраска развивается до максимальной в течении нескольких минут и на рассеянном свету устойчива длительное время.

Для этой методики используются приборы, посуда и реактивы:

Реактивы, посуда и приборы:

1) Фотоэлектроколориметр КФК-2

2) Метаванадат аммония NH4VO3- 0,25 % раствора

3) Молибдат аммония - свежеприготовленный 10 % раствор. Для этого растворяют при нагревании в 100 мл воды 21,2 г (NH4)2Mo7О24. Н2О, охлаждают до комнатной температуры, переносят в мерную колбу на 100 мл и разбавляют водой до метки.

4) Стандартный раствор P(V) 0,14 мг/мл, приготовленный из КН2РО4.

5) HNO3, (1:1)

6) Мерные колбы вместимостью 50 мл - 5 шт.

Построение градуировочного графика. В мерные, колбы на 50 мл вводят стандартный раствор фосфора с содержанием от 0,07 до 0,7 мг/мл, затем последовательно добавляют 10 мл НNО3 (1:1), 10 мл 0,25% раствора ванадата и 10 мл 10% раствора молибдата. Полученный раствор перемешивают после добавления каждого реагента, разбавляют водой до метки и фотометрируют при 400 нм в 3 см кюветах относительно раствора «холостого опыта». «Холостой опыт» готовят сливанием всех растворов, за исключением фосфора. Строят градуировочный график в координатах А (оптическая плотность) - мг Р/50 мл [97,102].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В результате проведенного исследования поставленные теоретические задачи были выполнены полностью. При анализе научной литературы было установлено значение фосфора в организме человека и в окружающей среде и необходимость его химического мониторинга. Фосфор – биогенный элемент и поэтому участвует в обмене веществом и энергией в экосистемах и, в различных формах, во всех обменных процессах организма. Любое нарушение этого цикла приводит к необратимым последствиям, приносящим вред человеку.

Был сделан анализ с помощью литературных источников влияния фосфора и его соединений на организм человека. Представленный литературный обзор еще раз подтвердил актуальность выбранной темы: нельзя не учитывать влияние таких соединений и ежедневный контакт с ними человека и природной среды, результаты мониторинга этой проблемы заслуживает пристального внимания, как со стороны научного сообщества, так и органов власти, ответственных за качество жизни населения. Но, к сожалению, отслеживание нахождение опасных соединений фосфора в экосистемах государственными экологическими организациями не проводится.