Laboratorieforsøg: Phosphats binding i jord

Transkript

1 Laboratorieforsøg: Phosphats binding i jord Karina Knudsmark Jessing, ph.d. studerende Jordbunds-og Miljøkemi, Institut for Grundvidenskab Assistent: ph.d. studerende Karin Cederkvist Dias 1

2 Oversigt over øvelsen Jorden som kromatografisk søjle Fremgangsmåde: Sand uden jernoxider Sand med jernoxider Der tilsættes 5,00 ml 25 mg P/L til hver vandmættet søjle Der elueres med 0.01 M CaCl 2 Der aftappes eluater af 5 ml i reagensglas (20 glas i alt) af hver søjle Til hvert reagensglas tilsættes et farvereagens P danner et blåt komplex som måles spektrofotometrisk Der tegnes en standardkurve ud fra kendte koncentrationer De ukendte koncentrationer beregnes Der tegnes en gennembrudskurve Dias 2

3 Problemet med phosphat Husspildevand, kunstgødning, husdyrgødning, slam, dambrug og affald fra industrien Udvaskning og afstrømning til især fjorde er problematisk pga. eutrofiering Dias 3 Møllers-Grafisk Tegnestue/Hans Møller

4 Problemet med phosphat Kilde: Dias 4

5 Iltsvind i Mariager Fjord ( Død havbund ( Algesuppe Dias 5

6 Eutrofiering Udledningen er dog reduceret t (1980 erne) t (2007) primært pga. bedre rensning 2/3 af det phosphat som blive tilført vandmiljøet stammer fra det åbne land og af dette ½ fra landbruget Dias 6

7 Problemet med phosphat Grænseværdi: 150 µg/l i drikkevand Overskredet i 20 % af alle indvindingsboringer Dette er dog af mindre betydning pga. binding i rensningsanlæggene Phosphat bindes til kalk Dias 7

8 Vandmiljøplan III I 2004 vedtog regeringen Vandmiljøplan III (VMP III) som bla. omhandler styrket indsats på P området: Landbrugets overskud af P skal halveres målet er 25 % reduktion i 2009 og yderligere 25 % reduktion i 2015 Udledning af P skal reduceres dette gøres ved at anlægge ha udyrkede randzoner langs vandløb og søer (budget: 375 mio kr) Mere forskning budget: 155 mio kr For at nå målet er der kommet afgift på mineralsfoder der indeholder P (4kr/kg) og forsøg på at opnå bedre udnyttelse af det P der er i foderet (forskning) Dias 8

9 Farvereaktionen Ascorbinsyre og ammoniummolybdat-kaliumantimonyltartrats reaktion med phosphat: Ammoniummolybdat + phosphat heteropolysyre delvis reduktion forårsaget af ascorbinsyre blåt phosphomolybdat kompleks Blåt phosphomolybdat kompleks måles ved 890 nm Dias 9

10 Spektrofotometri De ukendte koncentrationer bestemmes vhja. lineær regression: x=(y-0,0055)/0,6532, hvor x er koncentration og y absorbans Dias 10

11 Gennembrudskurve Dias 11

12 Hvad sker der kemisk? Phosphat bindes af jern-oxider: Dias 12

13 Praktisk anvendelse Jernoxid filter P Dias 13

14 Relaterede emner - ideer Andre jordsøjleforsøg: Phosphats binding til kalk Udvaskning af kat-og anioner (Kobber, Nitrat) Jorden som kromatografisk søjle Dias 14

15 Lækker jorden phosphat til vandmiljøet? Reagenser og udstyr: ml 25 mg Phosphat/l opløsning - 1 liter 0,01 M CaCl 2 - Peristaltisk pumpe (pumpeslange kodet sort-hvid ). - 2 søjler pakket med hhv. sandjord uden jernoxider (kvartssand) og sand med jernoxider (Nørlund C). Begge søjler står mættet med 0,01 M CaCl 2 klar til brug i laboratoriet. - To stativer med hver 20 reagensglas. Glassene er nummereret 1-20 og er alle mærket med målestreg for 5 ml (nederste kant af grøn tape). - Automatpipette (p5000 og p1000) med tilhørende pipettespidser ml målekolbe - 4 x 100 ml bægerglas - 10 ml måleglas - Phosphatreagens, fremstilles samme dag ved afvejning af 0,8 g ascorbinsyre til 100 ml målekolbe, der herefter fyldes med ammoniummolybdat-kaliumantimonyltartratopløsning til mærket og blandes. - Phosphat-standarder: Reagensglas med 5 ml opløsning med phosphat-koncentrationer på henholdsvis 0; 0,1; 0,3; 0,6 og 1,0 mg/l. - Spektrofotometer indstillet på 890 nm (tændes 1 time før brug!) - 2 x 1 cm plastkuvetter - Milimeterpapir - Linsepapir - Engangspipetter Fremgangsmåde: De to jordsøjler tappes for væske således at vandspejlet er lige ved start på søjlematerialet. Til begge søjler tilsættes med automatpipette forsigtigt 5.00 ml 25 mg P/L opløsning (undgå at søjlematerialet hvirvles op!). Der aftappes igen forsigtigt væske så vandspejlet er lige ved start på søjlematerialet. Slangen m/hætte fra den peristaltiske pumpe påmonteres øverst på søjlen (men ikke for hårdt), og den anden ende nedsænkes i flasken med 0.01 M CaCl 2. Slangerne sættes fast

16 Absorbans i holderen på pumpen, og holderen klemmes til. Nu startes pumpen (flow ca. 2-3 ml/min er indstillet), hanen for enden af søjlen åbnes helt (hanen kan helt afmonteres) og der påbegyndes udtagning i reagensglas fra Der aftappes 5 ml til hvert glas (dvs. bunden af tape-strimlen på glasset), hvorefter slangen flyttes til næste glas i rækken. Imens søjleeksperimenterne kører fremstilles phosphatreagenset (se ovenfor), og standarderne fremstilles: Med automatpipette (p1000) tilsættes 1,00 ml phosphatreagens til hvert af de 5 reagensglas med standardopløsninger, og de henstår ca. 15 minutter. Der tilsættes nu med automatpipette (p1000) 1,00 ml phosphatreagens til hvert reagensglas i de to stativer, disse blandes forsigtigt og henstår ca. 15 min. Når der ses en blå farvereaktion i reagensglasset betyder det at der er P til stede. Alle prøver samt de 5 standardopløsninger måles på spektrofotometer. Der overføres med engangspipette prøve til plastkuvetten således at denne er 2/3- fyldt. Disse stilles i spektrofotometrets lysvej og måles. Notér for hver enkelt glas den målte absorbans. Nogle af de meget blå prøver skal muligvis fortyndes. Dette gøres ved at udtage 0,5 ml prøve med automatpipette til et nyt glas og tilsætte 4,5 ml 0,01 M CaCl 2. Data for de 5 standardopløsninger indtegnes i diagrammet nedenfor, og standardkurven (bedste rette linie) tegnes. Standard-kurve 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 P koncentration (mg/l) Nu kan man ud fra standardkurven beregne indholdet af P i de opsamlede fraktioner ved at gå ind for den målte absorbans og aflæse den tilsvarende P koncentration på x-aksen.

17 Spørgsmål: Afbild på milimeterpapir phosphatkoncentrationen (y-aksen) som funktion af antal ml væske der har passeret søjlen. Den fremkomne kurve hedder en gennembrudskurve. Søjlen pakket med jord indeholder ca. 20 ml væske. Hvis phosphat ikke blev bundet i jorden, i hvilket reagensglas ville du så forvente først at se phosphat? I hvilket nummer reagensglas så du det første spor af phosphat? Hvad siger det om phosphatbinding på søjlen Hvor meget phosphat er tilbageholdt i jorden i mg phopsphat pr søjle? Hvilken jord er bedst til at tilbageholde phosphat? Hvad kan være årsagen? Skitser hvordan du tror phosphat bindes kemisk i jorden. Hvis du var miljøkonsulent, hvad ville du så gøre for at mindske risikoen for phosphatudvaskning fra jord?