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 • 4НаО]. 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.
- Соляная кислота — 25%-ная.
- Фенолфталеин—1%-ный спиртовой раствор.
- Аммиак— 1%-ный раствор.
- 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.
- Олово металлическое (Sn), мелко раздробленное.
- Сульфат меди (CuS04 5Н20).
- Хлорная кислота хч (НС104).
- Серная кислота хч плотностью 1840.
- 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.
- 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. .
- 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.
- 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).
- 2,5%-ный водный раствор аскорбиновой кислоты (устойчив в течение нескольких дней, пожелтение раствора свидетельствует о непригодности реактива).
- 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/(pVi • 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.