4.3.5. Bestimmung des Gesamtphosphorgehaltes

4.3.5.1. Bestimmung nach W. Arneth und B. Herold 1983[40]

4.3.5.1.1. Arbeitsablauf

Chemikalien: Salpetersäure (w = min. 65 %), Magnesiumacetat-Tetrahydrat, KH2PO4, Ammoniumvanadat, Ammoiumheptamolybdat

Geräte: Analysenwaage, Präzisionswaage, beheizbares Wasserbad, zwei Glühschälchen, zwei aschefreie Rundfilter, sechs phosphatfreie Faltenfilter, Trockenschrank, Glasstab, Bunsenbrenner, Dreifuß mit Keramikdrahtnetz, Simon-Müller-Ofen, Temperaturmeßgerät und -fühler, Tiegelzange, Exsikkator, beheizbarer Magnetrührer, ein 10 ml, ein 100 ml, drei 200 ml, vier 250 ml, ein 1000 ml Becherglas, ein 10 ml, vier 50 ml, drei 100 ml Meßzylinder, 2 ml, 5 ml, 10 ml, 20 ml, 30 ml, 40 ml Vollpipette, Pipettierhilfe, Meßpipette (1 ml), zehn Reagenzgläser, vier braune Flaschen, zwei Trichter, Spektralphotometer (430 nm)

Herstellen der Reagenzien

verdünnte Salpetersäure: 1 Volumenteil Salpetersäure ( = min. 65 %) wird mit 2 Volumenteilen Wasser gemischt.

Magnesiumacetat-Lösung: [(CH3COO)2Mg · 4H2O] = 150 g/l

Ammoniumvanadatlösung (Rg I): 80 g Ammoniumvanadat werden in einem 200 ml Meßkolben mit ca. 100 ml siedendem Wasser gelöst. Nach Abkühlen auf RT werden 12 ml Salpetersäure ( = min. 65 %) zugegeben und mit Wasser zur Marke aufgefüllt. Man erhält eine gelbliche Lösung

Ammoniumheptamolybdatlösung (Rg II): 5 g Ammoniumheptamolybdat werden in einem 100 ml Meßkolben zuerst mit ca. 50 ml warmen Wasser gelöst, bevor nach Abkühlen auf RT zur Marke aufgefüllt wird. Diese Lösung ist ebenso gelblich.

Beide, Rg I und II, sind in braunen Flaschen mehrere Wochen haltbar.

Farbreagenzlösung: Dazu werden 180 Volumenteile Rg I und 30 Volumenteile Rg II am Tage der Verwendung gemischt. Die Lösung muß klar und schwach gelblich sein.

Herstellen der Vergleichslösungen

Phosphat-Stammlösung: 2,396 KH2PO4, gegebenenfalls muß dieses vorher 3 h bei 103 ± 2°C getrocknet werden, werden mit Wasser auf 1000 ml gelöst.

Phosphat-Standardlösungen: Von der Stammlösung werden 10 ml, 20 ml, 30 ml und 40 ml in je einen 250 ml Meßkolben pipettiert. Nach Zugabe von je 10 ml verdünnter HNO3 wird mit Wasser zur Marke aufgefüllt.

Diese Lösungen sind bei + 4 °C mehrere Wochen haltbar.

Mineralisierung der Probe

Es findet ein 2-facher Ansatz statt. In einem Glühschälchen werden 5 g der zu untersuchenden Probe mit ca. 1 ml Magnesiumacetatlösung vermischt. Der dazu benutzte Glasstab wird mit einem aschefreien Rundfilter gesäubert, die Schale wird damit abgedeckt. Nachdem die Probe für ca. 1 h bei 103 ± 2 °C getrocknet wurde, wird der Filter gefaltet und mit in die Schale gelegt. Anschließend wird vorsichtig über der freien Bunsenbrennerflamme erhitzt, bis die Hauptmenge der organischen Bestandteile verbrannt ist. Besonders bei fettreichen Proben ist hohe Aufmerksamkeit erforderlich! Die so vorveraschte Substanz wird in den auf 600 °C aufgeheizten Simon-Müller-Ofen für 20 - 30 min gestellt. Die Asche ist weißgrau. Zur Abkühlung wird das Schälchen in einen Exsikkator gestellt (ca. 30 min).

Temperatureinstellung am Simon-Müller-Ofen (850 °C): Über einen Regler wird der Ofen mit der Stromquelle verbunden. Die Temperatur im Inneren wird mittels eines Temperaturfühlers ständig überwacht. Die Schalterstellung des Reglers wird so gewählt, daß die Temperatur ca. 580 °C erreicht. So kann die Temperatur konstant bei 580 ± 10 °C über mehrere Stunden gehalten werden. (Temperatur sollte nicht über 600 °C ansteigen.) Außerhalb des Ofens erreicht die Temperatur max. 30 - 35 °C in unmittelbarer Nähe.

Herstellen der Probenmeßlösung

Die erkaltete Asche wird in 10 ml verd. HNO3 aufgenommen und für 30 min im siedenden Wasserbad erhitzt. Anschließend wird quantitativ in einen 200 ml Meßkolben überführt und mit Wasser zur Marke aufgefüllt. Die Lösung wird durch ein Faltenfilter filtriert. Sie ist klar und farblos.

Bestimmung des Phosphorgehaltes

Je 2 ml der Probenmeßlösung werden mit 5 ml der Farbreagenzlösung versetzt und durchmischt. Nach 5 min kann die Extinktion der gelben Lösung bei 430 nm gegen Wasser im Photometer gemessen werden. Zur Erstellung der Eichgeraden werden je 2 ml der Phosphat-Standardlösungen eingesetzt und wie oben beschrieben behandelt. Die Bestimmungen der Eichwerte werden 2-fach durchgeführt.

4.3.5.1.2. Meßergebnisse

Hier wurden weitere Proben analysiert. P3'a=Wiener Würstchen mit 30 min Wärmezufuhr; P3'b=Wiener Würstchen ohne Wärmezufuhr bei der Probenaufarbeitung; P8=Hackfleisch (vom Schwein)

Tab. 17a: Meßergebnisse zum Gesamtphosphorgehalt

Tab. 17b: Meßergebnisse zum Gesamtphosphorgehalt

4.3.5.1.3. Berechnungen zum Gesamtphosphorgehalt

"Phosphor"gehalt der Vergleichslösungen

Phosphat-Stammlösung:

Sie enthält 2,396 g KH2PO4 pro 1000 ml

Phosphat-Standardmeßlösungen:

Je 2 ml enthalten:

A: 0,1 mg P2O5 (xA) C: 0,3 mg P2O5 (xC)

B: 0,2 mg P2O5 (xB) D: 0,4 mg P2O5 (xD)

mit F = [M(P2O5)]/[M(KH2PO4)] = 0,5215268

Auswertung

Aus den P2O5-Konzentrationen (xn) und den zugehörigen Extinktionswerten (yn) wird eine Eichgerade erstellt (mit n = A,..,D)

Graphische Auswertung der Probenmeßergebnisse

In der Eichgerade können für die Extinktionswerte (ym) (vgl. Tab. 17) der Proben die zugehörigen P2O5-Werte (xm) pro 2 ml extrapoliert werden. Das Zwischenergebnis kann unter Berücksichtigung der Versuchsbedingungen (V=200 ml, am) in W1(m)=(xm · 10) / am g P2O5 pro 100 g Probe umgerechnet werden. (mit m = 1,...,8)

Auswertung mit Hilfe der Regressionsrechnung[31][52]

Die aus den Wertepaaren yn/xn ermittelte Eichkurve stellt eine Gerade der allg. Form:y = Bx + A dar. Als Polynom 1. Grades lassen sich A und B wie folgt berechnen mit:

xn = 0,1 + 0,2 + 0,3 + 0,4 = 1

xn2 = 0,12 + 0,22 + 0,32 + 0,42 = 0,3

(xn)2 = (0,1 + 0,2 + 0,3 + 0,4)2 = 1

N = 4A =

A =

= · (-5) A = yA + 0,5yB - 0,5yD A = 0,02175B =

B =

= · (-5) B = -3yA - yB + yC + 3yD = 2,593 B = 2,586

Aus der Geradengleichung y = Bx + A und unter Berücksichtigung der gegebenen Versuchsbedingungen (am, V = 200 ml) kann der P2O5-Gehalt der Probe in g pro 100 g mittels der Beziehung W1(m) = [(ym - A) · 10] /(B · am) errechnet werden. (mit m = 1,....,8)

Fehlerabschätzung

Da es sich bei diesem Bestimmungsverfahren ebenfalls um eine zusammengesetzte Größe (W(m) = [(ym - A) · 10] / [B · am]) handelt, wurde die Fehlerabschätzung analog Kap. 3.3.5 durchgeführt. Keinen Einfluß auf das Endergebnis nehmen folgende Arbeitsschritte, sie wurden deshalb nicht in der Berechnung berücksichtigt: Herstellung und Zugabe der verd. HNO3, der Magnesiumacetatlösung sowie Herstellen der Farbreagenzien (da auch die Eichkurve mit denselben Farbreagenzien ermittelt wurde). Des weiteren die Temperatur und die Zeit. Auch hier kann der Fehler des Spektralphotometers vernachlässigt werden, da Eichwerte und Probenwerte gleichzeitig gemessen wurden.

Größtfehler

Probenaufarbeitung: a (Analysenwaage) = 0,1 mg, b (200 ml Mk) = 0,23 ml,

c (2 ml V.p.) = 0,012 ml, d (5 ml V.p.) = 0,022 ml

Stammlösung: e (Analysenwaage) = 0,1 mg, f (1000 l Mk) = 0,6 ml

Standardmeßlösungen: g1: g1.1 (10 ml V.p.) = 0,02 ml, g1.2: (250 ml Mk) = 0,23 ml,

g1.3 (2 ml V.p.) = 0,012 ml, g1.4 (5 ml V.p.) = 0,022 ml

g2: g2.1 (20 ml V.p.) = 0,03 ml, g2.2 g2.4 vgl. g1

g3: g3.1 (30 ml V.p.) = 0,04 ml, g3.2 g3.4 vgl. g1

g4: g4.1 (40 ml V.p.) = 0,05 ml, g4.2 g4.4 vgl. g1

Wm/Wm = Probe/Probe + A/A + B/B = 0,1059793

z.B. W(m) = 0,3589 g P2O5 pro 100 g W(m) ~ 0,04 g W(m) = 0,36 ± 0,04 g P2O5 pro 100 g

Aufgrund des Größtfehlers W der Gesamtphosphorbestimmung werden die Ergebnisse auf 2 Stellen hinter dem Komma gerundet angegeben.

Ergebnis

Rezepturbedingt wird bei der Herstellung von P1, P2, P3, P3' das Kuttersalz Na3HP2O7 in einem Anteil von 0,15 % pro kg Fleisch- und Fettmenge zugegeben. Deshalb sind weitere Berechnungen nötig, um den "natürlichen" Phosphorgehalt dieser Proben zu ermitteln. Die für den Diphosphatzusatz angegebenen Werte können nur als Annahme betrachtet werden, da Abwiegefehler einzurechnen sind. Deshalb werden auch die Mittelwerte (W1) auf 2 Stellen nach dem Komma gerundet.

Tab. 18: Ergebnisse zum Gesamtphosphorgehalt; mit*W4=W1-W3="natürlicher Gesamtphosphorgehalt, ** DP=Diphosphat; F=[M(P2O5)]/[M(Na3HP2O7)]=0,5819293

Zur Vereinfachung kann die Bestimmungsmethode experimentell modifiziert werden. Aufnehmen der Asche in verdünnter HNO3 genügt, es muß nicht 30 min erhitzt werden, wie die Versuchsergebnisse zeigen (W1(3'a) = 0,28 g P2O5 pro 100 g, W1(3'b) = 0,28 g P2O5 pro 100 g). Außerdem kann die Bestimmung des Phosphorgehaltes der Probenmeßlösung auch kolorimetrisch mit Hilfe des Reagenziensatzes und dem Prüfgefäß zur Wasseranalyse (Aquamerck 8016) erfolgen, ohne Einschränkungen an Genauigkeit. Bestimmung unter Verwendung des Aquamerck 11138 ist ebenso möglich. Blautöne sind jedoch viel schwerer sensorisch zuzuordnen als die Gelbtöne, da Lichtreflexe störend wirken.

4.3.5.2. Erstellen einer Ausgleichsgeraden für die Gesamtphosphorbestimmung

Dazu werden die Extinktionen der selben Phosphat-Standardlösungen zu unterschiedlichen Zeiten gemessen. Mit Hilfe linearer Regression[52] wird die zu den erhaltenen Eichkurven gehörende Ausgleichsgerade ermittelt

Meßergebnisse

Tab. 19a: Meßergebnisse zur Ausgleichsgeraden; *mit n=A,...D (vgl. Tab. 17b)

Außerdem wurden die Einwirkungszeiten der Farbreagenzien vor der Messung verlängert. Erst nach ca. 40 min ist eine Beeinflussung der Meßergebnisse festzustellen. Da hier fünf Mehrfachbestimmungen pro Meßergebnis durchgeführt wurden, muß die Standardabweichung abweichend von der allgemeinen Form wie folgt ermittelt werden:

s = kn · (Rmax - Rmin)[53]

(mit n = 5 k = 0,43; Rmax = höchster Meßwert, Rmin = niedrigster Meßwert)

Der Mittelwert wird mittels y = yi [54] bestimmt.

Tab. 19b: Berechnungen zur Ausgleichsgeraden; *mit n=A,...,D (vgl. Tab. 17b)

Berechnung der Faktoren der Ausgleichsgerade

mit y = 13,499; x = 5; x2 = 1,5; (x)2 = 25, xy = 4,0256; N = 20A = = 0,0241 B = = 2,6034

Aus y = Bx + A können die zur Ausgleichsgerade gehörenden y-Werte ermittelt werden (der Fehler der x-Werte wird dabei vernachläßigt):

xA = 0,1 yA = 0,28444 xC = 0,3 yC = 0,80512

xB = 0,2 yB = 0,54478 xD = 0,4 yD = 1,06546