Fosfor komt in het water in verschillende vormen voor, als:

particulair, ofwel aan deeltjes gebonden fosfaat. Dit kan zijn aan klei- en veendeeltjes, aan anorganische elementen (zoals ijzer en aluminium) en in celmateriaal van levende en dode organismen (zoals algen, watervlooien en vissen);
opgelost fosfaat, dat voorkomt in organische vorm (als planten en dieren afsterven) en in anorganische vorm.

De meestvoorkomende vorm van opgelost anorganisch fosfaat is de verbinding PO₄^3-. Dit heet ook wel orthofosfaat (ortho-P). Ortho-P speelt een belangrijke rol in het watersysteem omdat algen het direct kunnen opnemen voor hun groei. De parameter totaal-fosfor (P-totaal, P-tot of totaal-fosfaat) is de som van het opgeloste fosfaat en het gebonden fosfaat. (Meer informatie vindt u bij Nutriënten: stikstof (N) en fosfor (P).)

Fosfaatconcentraties in stedelijk water

In tabel A ziet u de bandbreedtes van fosfaatconcentraties (P-totaal en orthofosfaat) in stedelijk water. Analyserapporten, normen en metingen kunnen fosfaatconcentraties weergeven als:

de concentratie totaal-fosfor (P-totaal);
de concentratie orthofosfaat (PO₄);
de concentratie fosfor in orthofosfaatverbindingen (PO₄-P).

Een concentratie van 1 mg PO₄/L staat gelijk aan 0,39 mg PO₄-P/L. Het verschil tussen de concentraties P-totaal en PO₄-P in een monster is de concentratie gebonden P. De concentratie PO₄-P kan nooit groter zijn dan de concentratie P-totaal.

Tabel A Indicatieve bandbreedtes van fosfaatconcentraties in stedelijk water
Watersoort	P-totaal (mg P/L)	orthofosfaat (mg PO₄-P/L)
Vers hemelwater	< 0,01 - 0,2	< 0,01 - 0,2
Afgestroomd hemelwater (normaal vervuild)	0,05 - 1	0,01 - 0,1
Afgestroomd hemelwater (sterk vervuild)	> 1	> 0,1
Drinkwater	0,01 - 0,1	0,01 - 0,1
Huishoudelijk afvalwater	15	10
Influent rwzi	5 - 10
Effluent rwzi	1
Oppervlaktewater	0,1 - 1,3	0,1 - 0,6
Grondwater	0,2 - 2	< 0,1

Waarom fosfaat meten?

In afvalwater komen hoge concentraties fosforverbindingen voor. Een belangrijke taak van de rwzi's is om fosfaat zo veel mogelijk uit het afvalwater te verwijderen. De fosfaatconcentraties in de verschillende processtappen van een rwzi geven belangrijke informatie over het presteren van de rwzi.
De concentratie fosfaat in oppervlaktewater geeft inzicht in de mate van eutrofiëring en daarmee in de ecologische kwaliteit.
Door afstromingsprocessen en/of foutaansluitingen komen fosfaat en andere vervuilende stoffen in afgestroomd hemelwater terecht. De concentraties kunnen bepalend zijn voor de keuze om het afgestroomde hemelwater te zuiveren of ongezuiverd lokaal te lozen.

Fosfaat meten door colorimetrie

Voor fosfaat zijn geen ionselectieve membranen op de markt, zoals voor ammonium, nitriet en nitraat. Hiernaar wordt overigens wel onderzoek gedaan. De concentratie fosfaat wordt meestal colorimetrisch bepaald.

Het principe van colorimetrie gaat uit van het gegeven dat opgeloste stoffen licht absorberen. Specifieke chemische verbindingen absorberen licht met een bepaalde golflengte. In het zichtbare lichtspectrum heeft een oplossing dan een kleur. Hoe groter de concentratie in het monster is, hoe groter de hoeveelheid licht die geabsorbeerd wordt. De absorbantie is de maat voor de afname van de lichtsterkte door de oplossing. Deze maat is logaritmisch: bij een reductie van 90% van de oorspronkelijke lichtsterkte is de absorbantie 1 en bij 99% is deze 2. Volgens de wet van Lambert-Beer is de absorbantie recht evenredig met de concentratie van de absorberende chemische verbinding in de oplossing. Meer informatie vindt u bij Spectrofotometer (uv/vis-sensor).

Om colorimetrisch de concentratie te bepalen, gebruikt u een lichtbron met de golflengte binnen het zichtbare spectrum waarbij de sterkste absorptie plaatsvindt. Fosfaat opgelost in water is van zichzelf kleurloos. Om kleur te creëren, moet u reagens (een chemische stof) toevoegen, bijvoorbeeld ammoniummolybdaat of ascorbinezuur. Deze reagentia gaan een verbinding aan met orthofosfaationen. Wilt u het totaal-fosfaat meten, dan moet u voorafgaand de in het water aanwezige fosforverbindingen omzetten naar orthofosfaat (dit heet destructie). U kunt hiervoor kaliumpersulfaat-zwavelzuur gebruiken.

Een colorimeter kan als lichtbron led's met licht van verschillende kleuren bevatten. Een lichtgevoelige diode die de detector vormt, zet de straling van de lichtbron die door het monster op de detector valt om in een elektrische stroom.

Uitvoeringsvormen

Colorimetrische fosfaatsensors zijn er in verschillende uitvoeringen. Er zijn kleine handheld apparaten waarmee u handmatig een watermonster kunt nemen en analyseren. Om fosfaatconcentraties continu te monitoren, bijvoorbeeld op rwzi's, zijn automatische analysers beschikbaar (zie hierna). In beide gevallen is het meetprincipe colorimetrie.

Werking colorimetrische analyser

Een automatische analyser volgens het colorimetrische principe doorloopt de volgende stappen voor een meting:

Het meetinstrument trekt met intervallen monsters uit het water
Om de achtergrondkleur van het water te verrekenen, vindt een primaire meting van de absorbantie plaats.
Aan het monster wordt (automatisch) een overmaat van een met fosfaat reagerende stof (reagens) toegevoegd. Door te roeren of door luchtbellen door het monster te blazen, wordt het reagens goed gemengd met het monster.
Een chemische reactie met het in het water aanwezige fosfaat zorgt voor een gekleurde oplossing.
Na de reactie wordt de absorbantie opnieuw gemeten.
Na de meting wordt het monster weggespoeld en een nieuw monster genomen.

Bij hoge concentraties wordt het monster automatisch verdund met gedemineraliseerd water.

Aandachtspunten colorimetrische analyser

Om het uitgangssignaal te vertalen naar een stofconcentratie, is een ijklijn noodzakelijk. Hiervoor moet u de absorbantie van twee (of meer) standaardoplossingen meten. Een standaardoplossing heeft een precies bekende concentratie van de te onderzoeken stof. Een colorimetrische fosfaatanalyser kan periodiek (meerdere keren per dag tot eens per week) een automatische kalibratie uitvoeren.

Het meetproces maakt dat een colorimetrische analyser een behoorlijk ingewikkeld, groot en ook duur apparaat is qua aanschaf, installatie en onderhoud. Naast een lichtbron en detector bevat het meetinstrument een pomp en voorraden van de standaardoplossing, reagens en gedemineraliseerd water. Het instrument heeft daarvoor een behuizingskast nodig, vergelijkbaar met een automatisch bemonsteringssysteem.

Fosfaatmeter