Fosfati nelle acque freatiche e di superficie: un metodo di determinazione rapido e affidabile con il kit fotometrico Spectroquant^®

Katrin Schwind

¹  Scientist Associate, Analytical Point-of-Use R&D, Gunter Decker, Senior Global Product Manager, Analytical Point-of-Use Analytics | Photometry, ²

Articolo tratto da Analytix Reporter - N° 1

Fosfato nelle acque di superficie

Il fosforo è un elemento essenziale per gli organismi animali e per le piante¹. Lo si trova nelle acque naturali e incontaminate come fosfato organico, fosfato condensato o come ortofosfato, spesso designato con la sua formula chimica PO₄-P. Le ridotte quantità di fosforo presenti nelle acque naturali non sono in grado di favorire la crescita di piante. Tuttavia, un aumento delle concentrazioni di fosforo può determinare la proliferazione delle alghe, fenomeno che a sua volta porta all’eutrofizzazione del corpo idrico^2,3

A metà del XX secolo, la contaminazione dei corpi idrici causata da fosfati provenienti da fonti antropiche come i fertilizzanti, le acque di scarico e i detersivi, ha provocato una diffusa eutrofizzazione. Si è intervenuto allora con misure

finalizzate alla riduzione delle concentrazioni di fosfato, imponendo l’abbandono dei fosfati nei detersivi e implementando la rimozione dei fosfati mediante precipitazione negli impianti di trattamento delle acque di scarico, con il risultato di ridurre il carico ambientale del fosfato di circa il 75%^2,4.

Un esempio significativo dell’effetto di queste politiche è quello del lago di Costanza, o Bodensee, in Germania. Alla fine degli anni ‘70 la concntrazione di PO₄-P nel lago era pari a 84 μg/l, mentre oggi questo importante corpo idrico vanta livelli di soli 5-6 μg/l PO₄-P^5,6.

Analisi del fosfato nelle acque di superficie

La determinazione di concentrazioni così basse di PO₄-P è una sfida di non facile riuscita.

Stando alla norma DIN EN ISO 10304-1, il limite inferiore dell’intervallo di lavoro del metodo di cromatografia a scambio ionico è pari a 33 μg/l di PO₄-P (equivalente a 100 μg/l PO₄), un valore considerevolmente superiore alle concentrazioni di fosfato presenti di solito nelle acque di superficie. La fotometria consente di realizzare misurazioni con una sensibilità significativamente più elevata. Secondo la norma DIN EN ISO 6878, se non si esegue una laboriosa procedura di estrazione, il limite inferiore di misurazione per la determinazione fotometrica del fosforo in acqua è 5 μg/l di PO₄-P ⁸.

Confronto metodologico tra il test del fosfato Spectroquant^® ed il metodo fotometrico secondo la DIN EN ISO 6878

Entrambi i metodi si basano sullo stesso principio: in soluzione di acido solforico, lo ione ortofosfato reagisce con ioni molibdato e ioni antimonio per produrre acido fosfomolibdico. Questo a sua volta viene ridotto con acido ascorbico a formare blu di fosfomolibdeno (PBM), che viene determinato fotometricamente⁹. Oltre alla curva di calibrazione preprogrammata, un ulteriore vantaggio offerto dal kit analitico Spectroquant^® rispetto al metodo standard è la sua facilità d’uso. Nell’eseguire le misurazioni secondo il metodo DIN EN ISO 6878, occorre preparare i reattivi separatamente. Ciò comporta la preparazione di un minimo di cinque soluzioni distinte, senza considerare le soluzioni standard che vanno preparate per la procedura di calibrazione⁹.

Il kit analitico Spectroquant^® contiene i reattivi necessari per l’analisi già pronti all’uso. Per la determinazione di precisione del fosfato in cuvetta da 100 mm, tutto ciò che occorre è l’aggiunta di due reattivi. L’utente deve limitarsi ad aggiungere a 20 ml di campione 20 gocce di reattivo PO₄-1 e quattro micro-cucchiaini rasi di reattivo PO₄-2 (utilizzando il micro-cucchiaino fornito nel kit). Dopo aver lasciato reagire per cinque minuti, si determina con l’uso del fotometro l’intensità del colore del campione; la concentrazione del fosfato può essere letta direttamente sul display del fotometro. La nota applicativa “Determinazione sensibile dell’ortofosfato nelle acque di falda e nelle acque di superficie”, che fornisce istruzioni dettagliate, è disponibile online dalla pagina di prodotto del test dei fosfati (ortofosfato) Spectroquant^® N° Cat. 114848⁹

Allo scopo di raccogliere elementi rilevanti circa l’adeguatezza del kit analitico Spectroquant^® per la determinazione della concentrazione di fosfato nelle acque di superficie, sono stati esaminati sei campioni di differente provenienza per stabilirne il contenuto di PO₄-P utilizzando il suddetto kit.. A titolo di confronto, sugli stessi campioni è stata effettuata un’analisi di riferimento secondo il metodo descritto dalla norma DIN EN ISO 6878 Per il metodo DIN
è stato determinato un limite di rivelabilità pari a 0,003 mg/l PO₄-P in pieno accordo con la norma stessa.

Tabella 1Confronto tra i risultati delle misurazioni condotte con il kit analitico Spectroquant^® (N° Cat. 114848) e quelle ottenute con il metodo DIN EN ISO 6878

Acque di superficie	[PO4-P] in mg/l
	Kit analitici Spectroquant®	DIN EN ISO 7393 6878
Lago di Starnberger	< 0,0025	< 0,003
Lago di Wörth	< 0,0025	< 0,003
Lago di Altmühl	0,0126	0,013
Bacino Brombachsee	0,0025	0,0056
Lago di Ammer	< 0,0025	< 0,003
Lago artificiale Renania Settentrionale-Vestfalia	< 0,0025	< 0,003

I due metodi hanno ottenuto risultati confrontabili: per quattro dei sei campioni, la concentrazione di PO₄-P è risultata inferiore all’intervallo di misura del metodo. Solo per due dei sei campioni i valori rilevati sono ricompresi nell’intervallo di misura. Nel campione proveniente dal Brombachsee, le concentrazioni rilevate con i due metodi differiscono di 0,0031 mg/l PO₄-P. Nel campione proveniente dal Lago di Altmühl, la differenza tra il risultato del metodo Spectroquant^® e quello del metodo DIN è stata di soli 0,0004 mg/l PO₄-P. La percentuale di recupero con il metodo DIN EN ISO è stata pari al 97%.

Oltre al confronto con il metodo analitico di riferimento, i campioni sono stati determinati utilizzando il metodo delle aggiunte standard. Per questo approccio, i campioni provenienti dai cinque laghi e quello proveniente dal bacino artificiale sono stati addizionati (spiked) con quattro concentrazioni differenti di PO₄-P, per poi determinare il recupero per ogni campione. La figura 1 mostra i risultati di questa indagine.

Figura 1. Concentrazione di ortofosfato recuperata dopo le aggiunte di standard.

In tutti i campioni, le concentrazioni degli standard aggiunti sono state recuperate. La percentuale di recupero media è stata di 105% ± 5%.

Qualora fosse necessario incrementare ulteriormente l’accuratezza, l’utilizzatore può procedere con una propria calibrazione specifica per l’intervallo di misura di interesse. Per darne una dimostrazione, è stata costruita una curva di calibrazione a dieci punti per l’intervallo di misura
0,0025 – 0,0250 mg/l PO₄-P. Il corrispondente grafico è mostrato in figura 2.

Figura 2. Curva di calibrazione per l’intervallo di misura 0,0025 – 0,0250 mg/l PO4-P

Il metodo mostra una buona linearità. Se confrontato con il metodo preprogrammato, le caratteristiche di prestazione hanno segnato un notevole miglioramento, con una deviazione standard del metodo di ± 0,0001 mg/l, un coefficiente di variazione del metodo di ± 0,88%, e un intervallo di confidenza di ± 0,0003 mg/l(Tabella 2).

Tabella 2Confronto tra caratteristiche di prestazione

	Metodo preprogrammato	Calibrazione dell’utilizzatore
	0,0025 – 0,5000 mg/L PO4-P	0,0025 – 0,0250 mg/L PO4-P
Deviazione standard del metodo (mg/l)	0,0029	0,0001
Coefficiente di variazione del metodo (%)	1,2	0,88
Intervallo di confidenza (mg/l)	0,006	0,0003

Riepilogo

Il test del fosfato Spectroquant^® (N° Cat. 1.14848) costituisce un’alternativa veloce, economica e accurata rispetto ai metodi standard per la determinazione dell’ortofosfato nelle acque freatiche e in quelle di superficie. I risultati che fornisce sono confrontabili con quelli ottenuti con il metodo DIN EN ISO 6878. Ricorrendo al metodo delle aggiunte standard, è stato possibile dimostrare che il kit analitico è idoneo alla quantificazione del PO₄-P nelle acque freatiche come nelle acque di superficie.

Materiali

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Bibliografia

1. Belitz H, Grosch W. 1982. Wasser.1-6. https://doi.org/10.1007/978-3-662-08306-2_1

2. Gleisberg D. 1988. Phosphate und Umwelt. Chem. Unserer Zeit. 22(6):201-207. https://doi.org/10.1002/ciuz.19880220604

3. 1999. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 4500P – Phosphorus. 18. Washington, DC: American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation.

4. Metzner G. 2006. Phosphate aus Wasch- und Reinigungsmitteln im kommunalen Abwasser der Bundesrepublik Deutschland.

5. 2013. Internationale Gewässerschutzkommission für den Bodensee, Gesunder Bodensee dank niedriger Phosphorwerte. IGKB press release.

6. Bodensee-Wasserversorgung. [Internet].[cited 24 Aug 2016]. Available from: http://www.zvbwv.de/index.php?id=135

7. DIN EN ISO 10304-1:2009-07, Wasserbeschaffenheit_- Bestimmung von gelösten Anionen mittels Flüssigkeits-Ionenchromatographie_- Teil_1: Bestimmung von Bromid, Chlorid, Fluorid, Nitrat, Nitrit, Phosphat und Sulfat (ISO_10304-1:2007); Deutsche Fassung EN_ISO_10304-1:2009. https://doi.org/10.31030/1518948

8. DIN EN ISO 6878:2004-09, Wasserbeschaffenheit – Bestimmung von Phosphor – Photometrisches Verfahren mittels Ammoniummolybdat (ISO 6878:2004).

9. 2016. Package leaflet Spectroquant® Phosphate Test. [Internet]. Available from: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/mm/114848?lang=en&region=US