Колориметрический метод определения фосфора.

Среди органических веществ, включающих фосфор, в про­дуктах растительного происхождения наиболее распрост­ранены фитин — С₆Н₆(0Н₂Р0₃)₆, лецитин — C₄₄H₉₀O₉NP и нуклепротеиды. Доля фосфора в золе зерен злаковых находится в пределах 40—55%.

Определение фосфора проводится в золе испытуемого вещества, полученной сухим или мокрым озолением.

При сухом озолении находящийся в исследуемом ве­ществе фосфор остается в виде солей различных металлов и фосфорной кислоты. Эти соли обычно растворяют соляной кислотой. Дальнейшее определение основано на способности фосфорной кислоты давать голубое окрашивание с молиб­деновокислым аммонием в присутствии восстановителя, в качестве которого используют хлористое олово. При этом образуется фосфорномолибденовая гетерополикислота Н₇[Р(Мо₂0₇)₆] • Н₂0. Добавление восстановителя приводит к частичному восстановлению шестивалентного молибдена в пятивалентный и появлению соединения, окрашенного в синий цвет [(Мо0₂ • 4Мо0₃)₂ • Н₃Р0₄ • 4Н_аО]. Интенсивность возникшего окрашивания измеряют фотоэлектро­колориметром, используя красный светофильтр.

На определение не влияют ионы алюминия, марганца, кальция и магния, однако наличие щавелевой и лимонной кислот, железа, фтора, в больших количествах хлора и осо­бенно мышьяка мешает определению. Следует также иметь в виду, что интенсивность и прочность возникающей окраски зависят не только от наличия фосфорной кислоты, но и от соотношения в растворе между кислотами (НС1, H₂S0₄), молибденовокислым аммонием и восстановителем. Поэтому очень важно точное соблюдение техники анализа.

Техника ведения сухого озоления следующая. На ана­литических весах в предварительно прокаленном в муфель­ной печи или над пламенем газовой горелки тарированном тигле с крышкой взвешивают около 1 г вещества. Закры­тый тигель с рыхло уложенной в нем навеской помещают на штативе в железный треугольник с фарфоровой изоля­цией над некоптящим пламенем газовой горелки, причем пламя горелки должно на 2—3 см не доходить до дна тиг­ля. Озоление материала необходимо вести медленно, так как при форсировании процесса вследствие бурно идущей сухой перегонки вещества возможно разбрасывание мел­ких частиц вместе с выделяющимися газами.

Повышение температуры можно допустить лишь тогда, когда прекратится выделение продуктов сухой перегонки (оседающих на внутренней поверхности крышки в форме черного налета). Одновременно с повышением темпера­туры озоления крышку тигля полуоткрывают, а тигель несколько наклоняют (для усиления доступа кислорода воздуха). Если не соблюдать данное условие и с самого начала вести озоление при высокой температуре, тоне ис­ключено накопление частиц несгоревшего угля. Это может повлечь за собой потерю фосфора, который будет восста­навливаться углем и выделяться в форме свободного эле­мента. Могут также восстанавливаться и улетучиваться сера и калийные соли.

Получив золу, тигель нужно перенести в муфельную печь для окончательного прокаливания при температуре 525° С (начало темно-красного каления). Нельзя допускать нагрева муфеля сверх этой температуры, так как при этом возможны потери фосфора, серы и калия.

При сильном прокаливании возможно также сплавле­ние кремниевой кислоты (особенно в присутствии повышен­ных количеств щелочи, фосфата калия или натрия). При сплавлении кислота покрывает поверхность углистых час­тичек, изолирует их от кислорода и мешает полному сго­ранию. Если подобное нежелательное явление произошло, дальнейшее прокаливание приостанавливают, тигель ох­лаждают и растворяют сплавившуюся золу несколькими каплями горячей дистиллированной воды. Как только углистые частицы всплывут наверх, содержимое тигля сушат, а затем снова осторожно прокаливают.

Озоление ведут до достижения постоянной массы путем повторных прокаливаний (по 15 мин). Цвет полученной золы чаще всего светло-серый, почти белый. Красно­бурая окраска указывает на наличие в золе значительных количеств окислов железа.

Полученная таким образом зола называется сырой, она не свободна от небольших примесей глины, песка и угля. В ней содержится значительно больше угольной кислоты, чем в исходной пробе. Фосфор и сера органических соедине­ний испытуемого вещества при прокаливании переходят в соли фосфорной и серной кислот.

Для ускорения процесса сухого озоления предложены различные добавки. М. И. Княгиничев предложил добавлять уксуснокислый кальций (на 2 г пшеничной муки 4 мл (СН₃СОО)₂Са, содержащего 1 мг СаО в 1 мл). Н. А. Бело­зерский и Н. И. Проскуряков при сухом озолеции для оп­ределения фосфора рекомендуют пользоваться серебря­ными тиглями и добавками безводной соды и калийной селитры (на 1 часть навески 5 частей соды и 10 частей се­литры). В ВАСХНИЛ испытан метод ускорения сухого озо­ления для определения фосфора с помощью уксуснокис­лого магния.

При сухом озолении раствор получают следующим об­разом. После охлаждения в эксикаторе золу смачивают несколькими каплями дистиллированной воды и растворяют 2—5 мл 25%-ной НСl. Для получения исходного раствора солянокислый раствор золы количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят до метки дистил­лированной водой и тщательно его взбалтывают. Содер­жимому колбы дают отстояться (для осаждения нераствори­мых веществ золы). Для получения рабочего раствора пи­петкой отбирают 10 мл исходного раствора, переносят его в мерную колбу вместимостью 100 мл, добавляют каплю фенолфталеина и нейтрализуют содержимое колбы 1%- ным раствором аммиака до слабого порозовения, после чего содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Техника ведения мокрого озоления следующая. Так как при сухом озолении возможны потери фосфора и калия, более надежно пользоваться мокрым озолением, в процессе которого температура не повышается выше 338° С. Мокрое озоление ведут с азотной и серной кислотами (метод А. Лебедянцева), с азотной кислотой и перекисью водорода (метод А. Шмука и др.).

Ускоренное мокрое озоление для совместного опреде­ления фосфора, азота и калия (метод К. Е. Гинзбург) производится следующим образом. Навеску измельченного вещества в количестве 0,2 г помещают в колбу Кьельдаля вместимостью 50—100 мл и заливают 5,5 мл смеси серной и хлорной кислот (ее готовят непосредственно перед ис­пользованием из расчета: на 10 мл H₂S0₄ плотностью 1,84 0,8 мл 50—60%-ной НСlO₄). Содержимое колбы оставляют на 30—60 мин (лучше на ночь) для обугливания, а затем нагревают на огне 5—7 мин до образования однородной коричнево-бурой кашицы. После этого температуру повы­шают и озоляют до обесцвечивания. Продолжительность озоления обычно длится 15—25 мин, в процессе которого содержимое колбы часто перемешивают и не оставляют без наблюдения. Если через 25 мин содержимое колбы не обесцветится, то добавляют еще 1—2 капли хлорной кис­лоты и продолжают нагревание. Для контроля за чистотой реактивов параллельно ставят пробу без озоляемого веще­ства с соблюдением той же процедуры нагревания.

По окончании озоления содержимое колбы Кьельдаля количественно при многократном ополаскивании переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят до метки дистиллированной водой. Это — исходный раствор, кото­рый используют для определения азота, фосфора и других зольных элементов.

Для определения фосфора готовят рабочий раствор че­тырехкратным разбавлением исходного раствора (25 мл в мерной колбе вместимостью 100 мл разбавляют дистил­лированной водой).

Цветную реакцию на фосфорную кислоту проводят следующим образом. В колбе, где протекает цветная ре­акция, должно быть фосфора в пересчете на Р₂0 ₆ 0,02— 0,2 мг. Перед определением ориентировочно рассчитывают необходимое количество навески с учетом будущих разбав­лений. Для этого 5—10 мл рабочего раствора переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, добавляют туда 75— 85 мл дистиллированной воды и из бюретки вносят 2,5 мл сернокислого раствора молибдата аммония, содержимое взбалтывают и также из микробюретки добавляют 0,25 мл раствора хлористого олова, все перемешивают и доводят до метки водой. Образовавшаяся окраска может сохранять­ся до 6 ч. Лучше всего колориметрирование начинать через 1 ч после добавления всех реактивов и заканчивать не позже чем через 2 ч. Оптическую плотность измеряют при красном светофильтре в кювете с длиной рабочей гра­ни 10 мм.

Для расчета содержания фосфора пользуются калибро­вочной кривой, которую строят по эталонным растворам химически чистого КН₂Р0₄, содержащего 0—2 мг Р₂0₆ в 1 л с интервалом концентрации 0,1 мг. Калибровочную кривую необходимо периодически проверять по двум- трем эталонным растворам.

Существует ряд модификаций метода с заменой восста­новителя аскорбиновой кислотой или 1%-ным раствором сульфата гидразина.

Реактивы.

1. Соляная кислота — 25%-ная.
2. Фенолфталеин—1%-ный спиртовой раствор.
3. Аммиак— 1%-ный раствор.
4. Раствор молибдата аммония в серной кислоте — готовят смешиванием равных объемов 10%-ного водного раствора молибдата аммония и концентрированной серной кислоты плотностью 1840 кг/м³. Срок сохранности 7— 14 сут.
5. Олово металлическое (Sn), мелко раздробленное.
6. Сульфат меди (CuS0₄ 5Н₂0).
7. Хлорная кислота хч (НС10₄).
8. Серная кислота хч плотностью 1840.
9. Раствор хлористого олова — 0,25 г мелко раздроб­ленного олова помещают в мерную колбу вместимостью 25 мл, приливают 5 мл НС1 (плотностью 1190) и 2 капли 10%-ного сульфата меди. Колбу закрывают пробкой с кла­паном Бунзена и ставят в стакан с кипящей водой. После растворения олова и охлаждения раствора прибавляют каплями при взбалтывании 2,5 мл 10%-ного раствора сульфата меди и доводят до метки дистиллированной во­дой. Срок хранения в темном месте — до полугода.
10. Эталонный раствор КН₂Р0₄ с содержанием 0,003 мг Р₂0₆ в 1 мл — 0,2875 г. хч КН₂Р0₄ растворяют в 1 л воды (основной раствор). Для приготовления рабочего раствора 20 мл основного раствора разбавляют до 1 л водой. .
11. Молибдат аммония [(NH₄)₆Mo,0₂₄ 4Н₂0] хч — свежеприготовленный 10%-ный водный раствор.

Определение содержания общего фосфора с применением аскорбиновой кислоты. В данном методе в качестве восстановителя используют аскорбиновую кислоту. Восстановление проводят при 100° С, возникшая окраска пос­ле охлаждения до комнатной температуры удерживается 6—10 ч. Метод достаточно чувствителен (50 мкг Р₂0₅ в про. бе) и позволяет получить высокую воспроизводимость ре. зультатов. Определение проводят в пробах, минерализо­ванных мокрым способом.

Техника определения следующая. К 10 мл рабочего раствора минерализованной пробы (см. с. 169) добавляют 5 мл 2,5%-ного раствора молибдата аммония, тщательно перемешивают, прибавляют 5 мл 2,5%-ного раствора ас­корбиновой кислоты и вновь перемешивают, нагревают 2 мин на кипящей водяной бане, затем охлаждают в ледя­ной бане, доводят до метки водой, тщательно перемешивают и измеряют оптическую плотность в кювете с длиной рабочей грани 10 мм при длине волны 740 нм.

Калибровочный график строят по эталонным растворам. Для этого в ряд колбочек на 50 мл помещают 0; 0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 мл эталонного раствора и доводят домети дистиллированной водой. В полученных растворах, кон­центрации которых отвечают 0; 0,02; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08 мг фосфора, определяют фосфаты с использованием тех же приемов и условий, как и при анализе проб. Конт­ролем при определении фосфора в пробе и при построении калибровочной кривой служат соответственно минерали­зованная проба или дистиллированная вода и все реактивы (за исключением аскорбиновой кислоты).

Реактивы.

1. 2,5%-ный раствор молибдата аммония в Юн. H₂S0₄. Раствор остается без изменений два-три дня при хра­нении в склянке из желтого стекла (разлагается при хра­нении).
2. 2,5%-ный водный раствор аскорбиновой кислоты (устойчив в течение нескольких дней, пожелтение раствора свидетельствует о непригодности реактива).
3. Эталонный раствор однозамещенного фосфата калия. Готовят из предварительно двукратно перекристаллизованной высушенной между листами фильтровальной бу­маги соли КН₂Р0₄(чда), для чего навеску (0,4393 г) раство­ряют в 1 л дистиллированной воды (1 мл эталонного раствора содержит 0,1 мг фосфора).

Определение содержания кальция, калия и натрия ме­тодом пламенной фотометрии. Сущность метода заклю­чается в определении интенсивности отдельных линий спектра, характерных для каждого элемента, электроны которого находятся в возбужденном состоянии в пламени с высокой температурой. В зависимости от концентрации элемента в испытуемом растворе изменяется возникающая при этом сила тока. Количество искомого элемента вычис­ляют с помощью калибровочных кривых.

Для определения используют пламенный фотометр ФПФ-58. Прибор включают и подготовляют к работе по прилагаемой к нему инструкции. Горелку зажигают при давлении газа (пропан-бутановой смеси или ацетилена) 1,2—2 кПа. Конус пламени над ней должен быть голубого цвета, четко очерченным. Давление газа и воздуха фикси­руют. Сжатый воздух получают из баллона или компрес­сора. Проходя через сопло распылителя, сжатый воздух создает на выходе разрежение, благодаря чему испытуе­мый раствор засасывается и распыляется в виде аэрозоля. Трубка от распылителя опускается в сосуд с водой. Обра­зовавшийся аэрозоль проходит через каплеотделитель и поступает в смеситель горелки, где перемешивается с аце­тиленом, поднимается к головке горелки и сжигается над ней.

Для приготовления раствора навеску золы (100—200 мг) растворяют в мерной колбе вместимостью 100 мл в 4,6 мл концентрированной НСl, доводят до метки дистиллиро­ванной водой и фильтруют через беззольный фильтр.

Концентрацию калия определяют светофильтром № 4 при раскрытии диафрагмы основного плеча на деление 48,5. Длина волны для полного пропускания 768⁺¹⁰ нм.

При определении концентрации натрия и кальция при­меняют компенсационный метод измерения. Чтобы опре­делить Концентрацию натрия, следует сначала грубо (без компенсации) определить концентрацию кальция, установив в основном плече диафрагму на отметку 44,0 и светофильтр № 2 —620⁺¹⁰ нм. После этого в основное плечо включают светофильтр для натрия (№ 1 — 590⁺¹⁰ нм, раскрытие диафрагмы — 60,0), а в компенсационное — светофильтр для кальция (№ 2).

В пламя горелки вводят стандартный раствор кальция, концентрация которого равняется концентрации его в ис­пытуемом растворе. Изменяя диафрагму компенсационного плеча, устанавливают указатель микроамперметра на нуль. Таким образом фототок будет скомпенсирован по кальцию. Затем испытуемый раствор вводят в пламя горелки и по показанию микроамперметра с помощью калибровочной кривой для натрия определяют его концентрацию. Ана­логично, произведя компенсацию тока по натрию, опреде­ляют кальций.

Содержание отдельных компонентов X, % к массе зо­лы, определяют по уравнению

х = ЕКVV • 100/(pV_i • 1000),

где Е — показание прибора; К — коэффициент, получен­ный при калибровке прибора; V — первоначальный объем испытуемого раствора золы, мл; V₂—объем раствора после дополнительного разведения, мл; V₂— объем первоначаль­ного раствора, взятого для дополнительного разведения, мл; р — навеска золы, мг.

Для построения калибровочных кривых готовят эталон­ные растворы: 5—50 мг натрия или калия и 10—150 мг каль­ция в 1 л. Эталонные растворы получают из исходных 0,1%-ных растворов чистых перекристаллизованных со­ответствующих солей. Например, чтобы построить калиб­ровочную кривую для кальция, вносят в 10 мерных колб вместимостью 100 мл 1; 2;-3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 15 мл исход­ного 0,1%-ного раствора СаС0₃ и доводят до метки 2%-ным раствором НСl. При этом в I растворе будет содержаться 10, во II — 20, а последнем — 150 мг кальция в 1 л.

Перед снятием показания для каждого раствора уста­навливают указатель микроамперметра прибора на нуль, распыляя дистиллированную воду. При этом компенса­ционное плечо перекрывают, а в основном плече устанавли­вают светофильтр, соответствующий элементу, по которому проводят калибровку.

Эталонные растворы в порядке возрастающих концен­траций поочередно вводят через распылитель в пламя фотометра и записывают показания микроамперметра. После каждого определения распылитель промывают дис­тиллированной водой до тех пор, пока «зайчик» микроам­перметра не будет показывать нуль.

Записывают условия снятия калибровочной кривой: давление воздуха, давление газа, диафрагму, светофильтр, чувствительность прибора. По полученным данным строят график, откладывая по оси ординат показания микро-амперметра, а по оси абсцисс — соответствующие им кон­центрации данного элемента, мг на 1 л. Во время работы прибора периодически следует проверять калибровочный график.

Реактивы. 1. Раствор КСl — 1,9069 г сухой соли рас­творяют в 1 л 2%-ного раствора НСl. 2. Раствор NaCl — 2,5420 г сухой соли растворяют в 1 л 2%-ного раствора НСl. 3. Раствор СаС0₃ — 2,4973 г высушенного в течение 1 ч при 100° С карбоната кальция нейтрализуют 10 мл концен­трированной НСl и доводят до 1 л 2%-ным раствором НСl.

Можно также пользоваться методом Т. И. Семеновой и др.