Phương pháp phân tích Phospho

Một số định nghĩa và thuật ngữ Phân tích P bao gồm 2 bước: a chuyển hóa P từ các dạng về dạng tan của photphat đơn, và b phân tích hàm dạng tan này dựa vào phương pháp so màu.. Không có

4500-P Phương pháp phân tích Phospho

4500-P A Giới thiệu

1 Dạng tồn tại

Photpho (P) tồn tại trong nước tự nhiên và nước thải hầu hết tồn tại ở dụng photphat (PO43-) Được chia lại thành các dạng photphat đơn, photphat kép (pyro-, meta-, và dạng polyphotphat) và dạng liên kết trong các hợp chất hữu cơ Chúng tồn tại trong dung dịch, trong phân tử hoặc đất đá hoặc trong cơ thể vi sinh vật trong nước

Các dạng photphat phát sinh từ các nguồn khác nhau Một lượng nhỏ photphat đơn hoặc photphat kép hình thành trong một số quá trình xử lý nước cấp Một lượng lớn của những hợp chất này có thể đã được thêm vào khi nước được sử dụng trong giặt hoặc làm sạch, vì các chất này là thành phần chính trong trong quá trình sản xuất chất tẩy rửa thông thường

2 Một số định nghĩa và thuật ngữ

Phân tích P bao gồm 2 bước: (a) chuyển hóa P từ các dạng về dạng tan của photphat đơn, và (b) phân tích hàm dạng tan này dựa vào phương pháp so màu Việc chia P theo các dạng khác nhau được xác định tùy theo mục đính phân tích

Lọc qua giấy lọc kích thước mao quản 0,45 µm để tách riêng 2 dạng tan và dạng huyền phù, lơ lửng của P Không có khẳng định nào chắc chắn việc lọc qua giấy lọc 0,45 µm tách loại được hoàn toàn 2 dạng của P; đó chỉ đơn thuần là phương pháp thuận tiện được sử dụng rộng rãi trong các kĩ thuật phân tích

Dạng photphat xác định được bằng phương pháp so màu mà chưa cần sử dụng đến các kĩ thuật phá mẫu được gọi là “ P hoạt động” P hoạt động thường là các photphat đơn và một phần nhỏ của bất kỳ dạng photphat cô đặc thường hình thành trong các quá trình thủy phân không mong muốn P hoạt động tồn tại trong cả dạng tan

và dạng huyền phù

Việc thủy phân bằng axit ở nhiệt độ sôi giúp chuyển dạng photphat tan và dạng photphat cô đặc về dạng photphat đơn, tan Sự thủy phân không mong muốn giải phóng một số hợp chất photphat hữu cơ, nhưng điều này có thể giảm thiểu tới tối đa bằng việc lựa chọn loại axit, thời gian thủy phân và nhiệt độ thích hợp Thuật ngữ “axit thủy phân photpho” được ưa thích hơn “photphat cô đặc” cho mục phần này

P tồn tại trong các hợp chất hữu cơ hoặc trong các liên kết hữu cơ chỉ được chuyển về dạng photphat đơn bằng phương pháp phân hủy sử dụng chất ôxi hóa Có một số phương pháp oxi hóa được sử dụng để chuyển hóa tuy nhiên còn tùy thuộc vào dạng tồn tại của P và lượng P trong hợp chất hữu cơ Giống như dạng P hoạt động và

axit-thủy phân P, P hữu cơ cũng tồn tại trong cả 2 dạng tan và dạng huyền phù, không tan

Tổng P cũng như dạng tan, dạng P huyền phù lơ lửng Trong đó tùy theo phương pháp phân tích có 3 dạng chính : dạng P hoạt động, axit-thủy phân và dạng hữu cơ Hình 4500-P:1 miêu tả các bước để phân tích mẫu Photpho thông thường Để đối chiếu làm đồng thời 2 mẫu: mẫu có lọc và không lọc Phần huyền phù, lơ lửng thường được xác định bằng cách khác, tuy nhiên có thể xác định trực tiếp bằng cách phân hủy mẫu còn lại trên màng lọc thủy tinh

Hình 4500-P:1

3 Lựa chọn phương pháp

1 Phương pháp phân hủy mẫu

Vì phopho có thể tồn tại trong các liên kết của chất hữu cơ, phương pháp oxi hóa phân hủy mẫu để xác định photpho tổng cần phải phân hủy một cách hiệu quả nhất

để chuyển hóa photpho về dạng photphat đơn Có 3 phương pháp được miêu tả trong phần 4500-P.B.3, 4500-P.B.4 và 4500-P.B.5 Phương pháp sử dụng axit perchloric là phương pháp mạnh và tốn thời gian nhất, được khuyến cáo chỉ sử dụng cho các mẫu đặc biệt khó khăn như các mẫu trầm tích Phương pháp sử dụng axit nitric-sulfuric được đề xuất sử dụng cho hầu hết các mẫu Bởi đến nay phương pháp đơn giản nhất là

kỹ thuật oxi hóa bằng persulfate Oxy hóa sử dụng persulfate kết hợp với ánh sáng cực tím cho hiệu quả cao trong hệ thống phân hủy mẫu tự động / xác định bằng phân tích dòng chảy phun (4500-PI) Tuy nhiên phương pháp này được khuyến cáo được kiểm tra lại với một hoặc nhiều trong những kỹ thuật phá mẫu mạnh hơn và được thông qua nếu cho kết quả giống nhau

Sau khi phá mẫu, xác định photphat đơn giải phóng bằng Phương pháp C, D, E,

F, G, hoặc H Phương pháp so màu được sử dụng nhiều hơn vì giới hạn phát hiện thấp

và loại bỏ được các yếu tố gây ảnh hưởng

b Phương pháp so màu: Có 3 phương pháp để xác định photphat đơn đã được miêu tả,

việc lựa chọn phương pháp nào tùy thuộc vào khoảng nồng độ PO43- Phương pháp vanadomolybdophosphoric (C) là phương pháp hữu ích nhất, thường để xác định nồng

độ PO43- từ 1-20 mg P/L Phương pháp clorua thiếc (D) hoặc phương pháp axit Ascrobic (E) phù hợp với phạm vi từ 0.01 – 6 mg P/L Sử dụng phương pháp chiết được khuyên trong việc phân tích ở khoảng nồng độ thấp, và khi loại bỏ các yếu tố cản trở Các phiên bản tự động của phương pháp ascorbic cũng được giới thiệu trong phần

F, G và H Cần chú ý đến những quy trình giúp áp dụng phương pháp này cho các nồng độ rất thấp của photpho, ví dụ như để xác định nồng độ P trong nước sạch

Phương pháp sắc ký ion (phần 4110) và phương pháp độ dẫn điện ion (phần 4140) hữu ích trong việc xác định photphat đơn trong mẫu không cần phân hủy (không phá mẫu)

4 Độ chính xác và sai số

Để hỗ trợ lựa chọn phương pháp phân tích, bảng 4500-P:I đưa ra một số kết quả, kết hợp một số phương pháp phá mẫu, thủy phân, và kỹ thuật so màu cho 3 mẫu nhân tạo được chuẩn bị theo công thức dưới đây:

Mẫu 1: 100 µg photphat đơn (PO43- P/L), 80 µg muối photphat P/L (sodium hexametaphosphate), 30 µg P hữu cơ P/L (adenylic acid), 1,5 mg NH3-N/L, 0,5 mg

NO3-N/L, và 400 mg Cl-/L

Mẫu 2: 600 µg PO43- P/L, 300 µg muối photphat đặc P/L (sodium hexametaphosphate), 90 µg Photpho hữu cơ/L (adenylic acid), 0,8 mg NH3-N/L, 5.0

mg NO3—N/L, và 400 µg Cl-/L

Mẫu 3: 7.00 mg PO43—P/L, 3.00 mg muối photphat đặc P/L (sodium hexametaphosphate), 0.23 mg Photpho hữu cơ/L (adenylic acid), 0,2 mg NH3-N/L, 0.05 mg NO3—N/L, và 400 µg Cl-/L

Bảng 4500-P:I Độ chính xác và sai số của một số phương pháp phân tích P

laboratorie s

Độ lệch chuẩ

n %

Relativ

e Error

%

Photphat đơn Photphat

kép

Tổng

Vanadomolybdop

hotphoric

100 600 7000

45 43 44

75.5 19.6 8.6

21.6 10.8 5.4 Thiếc clorua 100

600 7000

45 44 45

25.5 14.2 7.6

28.7 8.0 4.3 Ascorbic axit 100

600 7000

3 3 3

9.1 4.0 5.2

10 4.4 4.9 Thủy phân axit +

vanadomolybdoph

otphoric

80 300 3000

37 38 37

106.8 66.5 36.1

7.4 14.0 23.5 Thủy phân axit +

thiếc clorua

80 300 3000

39 36 38

60.1 47.6 37.4

12.5 21.7 22.8 Persulfate +

vanadomolybdoph

otphoric

210 990

10 230

32 32 31

55.8 23.9 6.5

1.6 2.3 0.3 Sulfuric-nitric axit

+ vanadomolybdo

210 990

10 230

23 22 20

65.6 47.3 7.0

20.9 0.6 0.4 Percloric axit +

vanadomolybdo

210 990

10 230

4 5 6

33.5 20.3 11.7

45.2 2.6 2.2

Persulfate + thiếc

clorua

210 990

10 230

29 30 29

28.1 14.9 11.5

9.2 12.3 4.3 Sulfuric-nitric axit

+ thiếc clorua

210 990

10 230

20 17 19

20.8 8.8 7.5

1.2 3.2 0.4

5 Lấy mẫu và bảo quản

Nếu các dạng P tan được làm riêng biệt, thì ngay sau khi thu mẫu phải lọc ngay Bảo quản bằng đông lạnh hoặc dưới -10oC Trong một số trường hợp khác, 40 mg HgCl2/L có thể được thêm vào mẫu, đặc biệt khi mẫu phải bảo quản lâu để phân tích CHÚ Ý: HgCl2 là chất nguy hại, cần phải có những biện pháp phòng ngừa thích hợp, việc sử dụng nó không được khuyến khích Không thêm bất cứ axit nào hoặc CHCl3 khi chưa phân tích các dạng P Nếu chỉ phân tích tổng P, thêm H2SO4 hoặc HCl đến pH<2 sau đó giữ ở <4oC hoặc đông lạnh mà không cần thêm bất cứ điều kiện nào

Nếu nồng độ P trong mẫu thấp không được bảo quản mẫu trong chai, lọ bằng nhựa trừ khi được đông lạnh vì photphat có thể được hấp thu lên trên thành bình

Tất cả các dụng cụ thủy tinh dùng phân tích P, được rửa bằng dung dịch HCl loãng, nóng sau đó rửa lại bằng nước cất Không bao giờ được rửa bằng các hóa chất tẩy rửa thương mại có chưa photphat dễ gây sai số phân tích

4500-P B Chuẩn bị mẫu

1 Lọc sơ bộ

Lọc mẫu để xác định dạng tan của phopho hoạt động, dạng P có thể tan trong axit, và tất cả dạng tan P có thể lọc qua màng 0,45 µm Màng lọc thủy tinh có thể được

sử dụng để lọc sơ bộ với những mẫu khó lọc

Ngâm màng lọc trong nước cất trước khi sử dụng để loại bỏ lượng vết P có thể bám trên màng Sử dụng một trong 2 kỹ thuật rửa sau: (a) Ngâm 50 bộ lọc trong 2L nước cất trong 24h; (b) ngâm 50 bộ lọc trong 2L nước cất trong 1h, thay nước cất và ngâm tiếp trong 3h Màng lọc cũng có thể được rửa bằng cách cho chạy nhiều lần từng phần nước cất 100ml qua màng Quy trình này cần thường xuyên đánh giá với mẫu trắng để chắc chắn rằng tính thống nhất của phương pháp rửa và của các bộ lọc khác nhau

2 Thủy phân axit sơ bộ

Dạng P có thể bị thủy phân bằng axit được đinh nghĩa là phần P ở giữa dạng P hoạt động được xác định trong mẫu chưa xử lý và lượng photphat được xác định trong mẫu đã được thủy phân bằng axit trung bình Thông thường, nó bao gồm các dạng photphat đặc như: pyro-, tripoly-, và dạng có khối lượng phân tử lớn như hexametaphosphate Ngoài ra, một số nguồn nước trong tự nhiên có chứa các hợp chất

P hữu cơ, chúng có thể được thủy phân về dạng photphat đơn dưới các điều kiện kiểm tra Poly photphat thông thường không được ghi nhận là dạng photpho hoạt động, nhưng nó có thể được thủy phân về dạng photphat đơn bằng cách đun sôi với axit

Sau khi thủy phân, xác định dạng photpho hoạt động bằng các phương pháp so màu (C, D, hoặc E) Các yếu tố cản trở, độ chính xác, sai số và độ nhạy tùy thuộc vào phương pháp sử dụng

a) Thiết bị

Autoclave hoặc thiết bị đun chịu áp suất, có khả năng làm việc từ 98 – 137 kPa

b) Hóa chất

1) Dung dịch chỉ thị Phenolphthalein

2) Dung dịch axit mạnh: Nhỏ giọt rất chậm 300 mL H2SO4 đặc vào 600 mL nước cất,

để lạnh, thêm 4.0 mL HNO3 đặc rồi định mức 1L

3) NaOH 6M

c Quy trình:

100 mL mẫu hoặc 100 mL mẫu đã pha loãng, thêm 0.05 mL (1 giọt) Phenolphthalein Nếu có màu đỏ, nhỏ từng giọt dung dịch axit mạnh tới khi mất màu thì thêm tiếp 1mL axit mạnh vào

Đung sôi nhẹ ít nhất 90 phút, thêm nước cất để giữ thể tích mẫu ở khoảng từ 25 – 50 mL Một cách khác là làm nóng trong autoclave ở áp suất từ 98 – 137 kPa, trong 30’ Để lạnh, trung hòa bằng dung dịch NaOH 6M tới khi xuất hiện màu hồng nhạt, sau đó dùng nước cất định mức thành 100 mL

Chuẩn bị các cuvet chuẩn P bằng cách sử dụng một số chất chuẩn PO43- (xem các phần C, D hoặc E) thông qua bước thủy phân Không sử dụng mẫu PO43- chuẩn khi chưa thủy phân, vì một số muối khi thủy phân có thể tăng cường độ màu

Xác định P hoạt động trong các mẫu đã xử lý, sử dụng phương pháp C, D hoặc

E Cho kết quả P tổng của cả photphat đơn và photphat kép có trong mẫu Để tính lượng P có thể thủy phân bằng axit, thì xác định P hoạt động trong mẫu khi chưa tiến hành thủy phân, sử dụng các phương pháp so màu tương tự để xử lý mẫu, sau đó trừ đi

3 Phân hủy mẫu sử dụng Perchloric axit

a Dụng cụ

1 Bếp đun: kích thước 30 x 50 cm

2 Khay bảo vệ

3 Kính bảo vệ

4 Bình nón, 125 mL, rửa bằng axit và rửa lại bằng nước cất

b Hóa chất

1 HNO3 đặc

2 HClO4.2H2O, nồng độ 70 – 72 % HClO4.2H2O

3 NaOH 6M

4 Chỉ thị Methyl da cam

5 Chỉ thị Phenolphthalein

c Quy trình

CHÚ Ý: Hỗn hợp HClO 4 và tác nhân hữu cơ khi đung nóng có thể gây nổ dữ dội Tránh ngay hiểm này bằng các biện pháp phòng ngừa sau đây: (a) Không được cho axit HClO 4 vào dung dịch nóng chứa chất hữu cơ (b) Phân hủy các mẫu chứa chất hữu cơ bằng HNO 3 trước sau đó mới phân hủy hoàn toàn bằng hỗn hợp HNO 3 và HClO 4 (c) Không để HClO 4 bay hơi trong tủ hút thông thường Phải có các kết cấu

đặc biệt để bay hơi HClO 4 hoặc có các thiết bị hạn chế bay hơi bằng thủy tinh kết nối với bơm nước (d) Không để mẫu phân hủy bằng HClO 4 bay hơi đến cạn khô.

Chuyển mẫu có lượng lớn P (sẽ được phân tích theo phương pháp C, D hoặc E) vào bình nón 125 mL Axit hóa bằng HNO3 chỉ thị methyl da cam, thì thêm tiếp 5 mL HNO3 đặc, bay hơi bằng hơi nóng hoặc đĩa nóng đến khi còn 15-20 mL

Thêm 10 mL mỗi axit đặc HNO3 và HClO4 vào bình nón 125 mL, làm lạnh bình giưa mỗi lần cho axit Thêm một ít đá sôi, đung nóng trên đĩa nóng, bay hơi đến khi thấy khói trắng của HClO4 xuất hiện Nếu dung dịch không trong, đậy bình bằng nắp kính đồng hồ và tiếp tục đun sôi dung dịch đến khi trong, nếu cần thiết thêm 10 mL HNO3 để tăng khả năng oxy hóa

Làm lạnh dung dịch phá mẫu, thêm 1 giọt phenolphthalein, thêm NaOH 6N đến khi dung dịch chuyển hồng Nếu cần thiết, lọc dung dịch đã trung hòa và rửa bằng nước cất Định mức tới 100 bằng nước cất

Xác định PO43- -P có trong mẫu bằng phương pháp C, D hoặc E

Chuẩn bị cuvet chuẩn có chứa một dãy nồng độ của PO43- đã qua bước phân hủy Không sử dụng mẫu chuẩn photphat khi chưa xử lý mẫu

4 Phân hủy mẫu bằng H2SO4-HNO3

a Thiết bị - dụng cụ

1 Khay phá mẫu (Digestion rack): Trong các thiết bị phá mẫu bằng điện hoặc gas, khay phá mẫu giúp rút bớt hơi được khuyên dùng Khay phá mẫu thường phù hợp cho bình Micro-Kendal

2 Bình Micro-Kendal

b Hóa chất

1 H2SO4 đặc

2 HNO3 đặc

3 Chỉ thị phenolphthalein

4 NaOH 1N

c Quy trình

Cho mẫu vào bình Micro-Kendal Thêm 1 mL H2SO4 đặc và 5 mL HNO3 đặc Phân hủy tới thể tích của 1 mL và tiếp tục đến khi dung dịch không màu để loại bỏ hết HNO3

Làm lạnh và thêm khoảng 20 mL nước cất, 0.05 mL (1 giọt) chỉ thị phenolphthalein, thêm dung dịch NaOH 1N đến khi dung dịch chuyển sang hồng nhạt

Chuyển dung dịch trung hòa vào bình định mức 100 mL, có thể lọc nếu thấy dung dịch

có cặn lơ lửng hoặc bị đục Định mức đến 100 mL

Xác định P bằng phương pháp C, D hoặc E

5 Phá mẫu bằng Persuldate

a Dụng cụ

1 Đĩa nóng (hot plate): kích thước 30 x 50 cm

2 Autoclave: Autoclave hoặc thiết bị chịu áp suất làm việc từ 98 – 147 kPa, đều

có thể làm việc trong đĩa nóng

3 Muỗng thủy tinh: dùng để lấy tinh thể Persulfate

b Hóa chất

1 Chỉ thị phenolphthalein

2 Dung dịch H2SO4: thêm cẩn thận 300 mL H2SO4 đặc vào khoảng 600 mL nước, định mức 1L với nước cất

3 Amoni persulfate, (NH4)2S2O8 rắn hoặc Kali persulfate, K2S2O8 rắn

4 Dung dịch NaOH 1N

c Quy trình:

Sử dụng 50 mL hoặc một phần phù hợp của mẫu được trộn đều Thêm 0.05 mL (1 giọt) chỉ thị phenolphthalein, nếu dung dịch chuyển màu đỏ, thêm từng giọt H2SO4 đến khi mất màu Sau đó thêm 1 mL H2SO4 và 0,4 g (NH4)2S2O8 hoặc 0,5 g K2S2O8

Đun sôi nhẹ trên đĩa nóng từ 30 – 40 phút hoặc đến khi thể tích cuối cùng còn lại 10ml Hợp chất P hữu cơ ví dụ như AMP có thể cần từ 1,5 – 2h để phân hủy hoàn toàn Để lạnh, pha loãng đến 30 mL bằng nước cất, thêm 0.05 mL (1 giọt) chỉ thị phenolphthalein, và trung hòa dung dịch đến khi có màu hồng nhạt bằng naOH

Một cách khác, đun nóng 30’ trong autoclave hoặc nồi áp suất ở áp suất từ 98 –

137 kPa Để lạnh, thêm 0.05 mL (1 giọt) chỉ thị phenolphthalein, trung hòa bằng NaOH đến khi có màu hồng nhạt Định mức tới 100 mL bằng nước cất Với một số mẫu có thể xuất hiện kết tủa trong bước này, nhưng không dược lọc Mỗi lần pha loãng tiếp theo phải lắc đều Kết tủa (có thể là Canxi photphat) được hòa tan lại ở môi trường axit khi phân tích P bằng phương pháp so màu Xác định P bằng các phương pháp C, D, hoặc E Chuẩn bị mẫu chuẩn bằng chất chuẩn và được tiến hành phân hủy mẫu theo quy trình persulfate

4500-P C Phương pháp so màu Axit Vanadomolybdophophoric

1 Tổng quan

a Nguyên tắc

trong dung dịch orthophosphate, dưới điều kiện axit ammonium molybdate phản ứng tạo thành dạng axit herteropoly và molybdophotphoric axit Khi có mặt vanadium tạo thành axit vanadomolybdophosphoric có màu vàng Cường độ màu này tỷ lệ với nồng độ photphat trong dung dịch.

b Yếu tố ảnh hưởng:

Silica và asenate chỉ ảnh hưởng nếu mẫu bị đun nóng Các anion gây ảnh hưởng gồm: arsenate, fluoride, thorium, bishmuth, sulfide, thiosulfate, thiocyanate, hoặc nồng độ molybdate quá cao Màu xanh tạo bởi sắt không ảnh hưởng tới kết quả nếu hàm lượng sắt nhỏ hơn 100mg/L Sulfide gây ảnh hưởng nhưng có thể loại bỏ bằng cách cho oxy hóa với nước Brôm

Các ion sau không gây ảnh hưởng đến kết quả ngay cả khi nồng độ lên tới 1000 mg/L như là Al3+, Fe3+, Ca2+, Ba2+, Sr2+, Li2+, Na2+, K+, Cd2+, Mn2+, Pb2+, Hg+,

Hg2+, Sn2+, Cu2+, Ni2+, Ag+, U4+, Zr4+, AsO3-, Br-, CO32-, ClO4-, CN-, IO

-3, SiO44-,

NO3-, NO2-, SO42-, SO

2-3, pyrophosphate, molybdate, tetraborate, selenate, benzoate, citrate, oxalate, lacte, tartrate, formate, and salicylate Nếu HNO3 được dùng trong phương pháp, Cl- ảnh hưởng ở 75 mg/L.

C Giới hạn phát hiện: giới hạn phát hiện nhỏ nhất của phương pháp là 0,2 mg

P/L trong cuvet 1cm.

2 Dụng cụ

a Thiết bị đo màu: Yêu cầu một số thiết bị sau:

1) Dụng cụ đo quang, bước sóng từ 400 tới 490 nm

2) Lọc quang kế

Bước sóng khác nhau cho độ nhạy màu khác nhau, bởi vì độ nhạy thay đổi 10 lần với bước sóng 400 tới 490 nm Sắt là nguyên nhân ảnh hưởng ở bước sóng thấp, cụ thể ở 400 nm Do vậy bước 470

nm thường dùng Khoảng nồng độ P tuyến tính của phương pháp ứng với các bước sóng khác nhau được miêu tả như bảng dưới: