Ostatnio w laboratorium (70.)

Badanie zawartości fosforanów przy pomocy testu z błękitem molibdenowym:

   Na potrzeby chemików stworzono wiele prostych testów pewnych właściwości, ułatwiających im przygotowywanie odczynników i pomiar. Na przykład papierki wskaźnikowe różnego typu, od kwasowo-zasadowych, przez wykrywające utleniacze (papierki jodoskrobiowe), siarkowodór (papierki ołowiowe), czy nawet testy paskowe do wykrywania witamin, narkotyków albo hormonów, nieraz z całkiem przyzwoitą dokładnością.
   Przykładem mogą być gotowe zestawy w próbówkach, do oznaczeń kolorymetrycznych - próbkę dodaje się do próbówki, w której jest już odczynnik, do tego dodaje się inne, zakręca, miesza i wykonuje pomiar. Parę takich zestawów mieliśmy w laboratorium, jako dodatek do jednego ze spektrofotometrów, mającego w oprogramowaniu gotową metodę oznaczania, z wpisaną zależnością stężenia od nasycenia koloru, bez potrzeby tworzenia krzywej kalibracyjnej.
   Zestaw generalnie służył do badania wody lub ścieków, ewentualnie roztworów z niezbyt dużą ilością zanieczyszczeń organicznych. Sądziłem, że raczej zestaw się za bardzo nie przyda, najwyżej czasem zbadamy wodę używaną w zakładzie. Aż pojawił się problem.

   Należało w miarę szybko oznaczyć w pewnym surowcu roślinnym zawartość fosforu. Przepatrzyłem odczynniki. Soli baru, używanych do wytrącania i oznaczania fosforanów grawimetrycznie, nie było. Wzorce do ICP też nie miały tego niemetalu. Postanowiłem trochę zaimprowizować, i zastosować test na fosforany w wodzie, który w swoim składzie zawierał odczynnik molibdenianowy.
  Próbka została spalona w piecu elektrycznym do białego popiołu. Ten rozpuszczony w kwasie solnym. Po przesączeniu od frakcji popiołu nierozpuszczalnego w kwasie otrzymałem roztwór do badań.
  Test jest dość czuły ale ma pewien wąski zakres w którym daje miarodajne wyniki, należało więc rozcieńczyć. Pierwsze rozcieńczenie przesączu do 250 ml dało roztwór wciąż zbyt stężony. Rozcieńczenie go w stosunku 1:10 trochę poprawiło sytuację, ale nadal było to poza zakresem dokładnej oznaczalności. Dopiero kolejne rozcieńczenie dało roztwór, którego stężenie mieściło się w zakresie testu.

   Związkiem barwnym powstającym w tej reakcji, był błękit molibdenowy. dość ciekawy związek nieorganiczny, będący rozbudowanym anionem, tworzonym przez aniony molibdenianowe z jednym jonem innego pierwiastka. Musi to być anion tlenkowy o tetraedrycznym układzie tlenów wokół centralnego atomu, zwykle reakcję wywołuje jon ortofosforanowy, krzemianowy, arsenianowy V i germanianowy.
W roztworze wodnym aniony molibdenianu VI tworzą z dodatkowym jonem strukturę klatkową, w której człony molibdenianowe zamykają w sobie anion obcy. Powstaje tak zwana struktura Keggina.

Struktura Keggina dla fosforowolframianu

Jon ten jest jeszcze bezbarwny. Pod wpływem środków redukujących dodawanych do mieszaniny - może to być kwas askorbinowy lub chlorek cyny - następuje redukcja jednego lub dwóch atomów molibdenu na niższy stopień utlenienia, bez zmiany samej struktury jonu. W wyniku tego między atomami o różnym utlenieniu zachodzą przejścia elektronowe, skutkujące pochłanianiem światła i pojawianiem się koloru.

Reakcja ta może więc albo wykrywać aniony tworzące z molibdenianem barwny związek, albo przy użyciu roztworu gotowego anionu fosforomolibdenianowego wykrywać obecność i ilość związków redukujących. W niektórych przypadkach anion bywa używany jako reduktor, w syntezie organicznej czy przy farbowaniu tkanin. W takim zastosowaniu fosforomolibdenian amonu stanowi jeden z roztworów używanych w histologii przy trójkolorowym barwieniu Massona - tkanki traktuje się kolejno hematoksyliną żelazową, zabarwiającą na ciemno jądra komórkowe, fuksyna zabarwia różowo acydofilne elementy, w tym składniki cytoplazmy, komórki mięśniowe i kolagen. Fosforomolibdenian usuwa fuksynę z kolagenu, który jest ostatecznie zabarwiany błękitem anilinowym.

Podobny błękitny kolor daje analog wolframianowy.