Analysen av biotillgänglig fosfor kräver en inledande extraktion. Här har det dyrare ultraljudsinstrumentet ersatts av en standard lab-diskmaskin med ultraljud och jämförelse har gjorts avseende bio-P-värden för tre olika sedimenttyper med gott resultat relativt den dyrare metoden.
Av: Jörgen Hanaeus
För att mäta inverkan av fosfat på eutrofieringen anser författarna (Japan) att den utsläppta halten biotillgänglig fosfor (BAP) är ett intressantare mått än halten totalfosfor. Även partikulär BAP ska beaktas. Då denna kräver ett extraktionsförfarande med dyr apparatur har försök gjorts att nå en acceptabel extraktion med enklare utrustning av typ labdiskmaskin. Extraktion med frekvensen 28-45 kHz gav gott utfall, i paritet med den dyrare utrustningen.
Artikeln
Eutrofiering, igenväxning, av vattendrag är ofta ett resultat av människors aktiviteter längs vattendragen. Fosfor är normalt det tillväxtbegränsande ämnet och att hindra utsläpp av fosfor är därför ett sätt att bromsa eutrofieringen. Fosfor transporteras via erosion och nederbörd i såväl löst som partikulär form.
Ur ett eutrofieringsperspektiv är biotillgängliga fosforformer (BAP) viktigast och där ingår alltså en god andel partiklar. Analysen av BAP kan alltså vara viktigare än den för totalfosfor (TP) i dessa sammanhang.
För att inkludera de biotillgängliga partiklarna kan biologiska eller kemiska metoder användas. Algtillväxtpotentialen (AGP) är mest direkta biologiska metoden, men har nackdelen att kräva mer än 2 veckors inkubationstid, vilket gör den mindre lämplig för stora provmängder. Kemiskt har en extraktion med 0,1 M NaOH föreslagits, men den kräver en extraktionstid av 17 h.
Nyligen har ultraljudsapplikation föreslagits; dess extraktion är mycket snabbare, ca 1 minut. Den tekniska utvecklingen har först fokuserat på hög noggrannhet som krävs för medicinska och elektroniktillämpningar. Enklare, ultraljudsbaserade diskmaskiner används för rengöring av mer ordinär utrustning i laboratorier där den kavitation som genereras ger ett snabbt och noggrant resultat jämfört med vätskebaserade metoder.
För att undersöka om en sådan typ av diskmaskin kan användas vid extraktion av partiklar vid BAP-analys genomfördes jämförande försök på sediment från floder och sjöar.
Försök
Jord- och sedimentprover valdes: Jord på 5 cm djup från en hushållsträdgård, Sjösediment för kalibrering och jämförelse från Lake Kasumigara köptes från Nationella institutet för miljöstudier i Japan. Flodsediment hämtades från floden Shio, som är känd för höga fosforhalter, där de översta 5 cm sediment skopades upp.
Jord- och flodsedimenten filtrerades genom 0,149 mm sikt för att avskilja t ex växtdelar.
Sharpleys extraktionsmetod användes som referensmetod 1. Där placerades 50 mg prov i ett 50 mL centrifugrör som även tillsattes 25 mL 0,1 M NaOH. Blandningen skakades under 17 h med 160 rpm.
Som referensmetod 2 användes Ngoc’s ultraljudsmetod. Där extraherades proven med 0,1 M NaOH (25 mg prov/25 mL NaOH) och utsattes för ultraljud 30 W, 20 kHz. Apparaten (Ultrasonic Disruptor Sonifer II) placerades 1 cm under centrifugrören. Rören placerades i is/vatten-bad för att undvika uppvärmning.
Som nya extraktionsmetoder provades två vanliga diskmaskiner med ultraljud; A) Mus-10 D från EYELA och B) Compact 3 frequency desktop ultrasonic cleaner W-113 från Honda. Båda maskinerna arbetade inom 20-45 kHz, vilket är vanligt för rengöring av labutrustning.och med ca 110 W.
25 mg prov blandades med 0,1 M NaOH i ett centrifugrör om 50 mL. Rören sänktes så ner i diskmaskinen som drevs med varierande intensitet och frekvens. Tvättvattennivån hölls på samma nivå som nivån i centrifugrören.
De prov som extraherats från varje försök centrifugerades med 1000 rpm under 5 min varefter klarfasen analyserades på fosfor.
Resultat
Med ökande extraktionstid ökade BAP-halten något vilket förklarades med att temperaturen steg under extraktionen. Mellan 1 min och 5 min var dock BAP-skillnaden mot referensmetoderna inte statistiskt signifikant, medan 10 min extraktion gav signifikant högre värden. Mot denna bakgrund valdes extraktionstiden 1 minut.
Ultraljudsfrekvensen provades med den reglerbara maskinen B (25,45 och 100 kHz). Den högsta frekvensen gav de lägsta P-värdena vilket antogs bero på mindre kavitationsenergi medan de lägre frekvenserna gav lika värden och av samma storlek som referensmetoderna.
Följande fosforvärden uppmättes, i mg BAP/g torrt sediment:
Storleksordningarna för extraherad fosfor relativt total partikulär fosfor blev för jord 45-60 %; för sjösediment 50-60 % och för flodsediment 50-60 %.
Slutsatser
De två provade ultraljudsdiskmaskinerna gav vid extraktionstiden 1 minut och frekvenser 28-45 kHz resultat för biotillgänglig halt fosfor, likvärdiga med de som uppnåtts vid extraktion med konventionella metoder. Dessa maskiner kostar ca 1/10 jämfört med de specialiserade.
Källa: Ling, T.K.1), Yokota, K.1), Saga, M.2) & Inoue, T.1): Extraction of bioavailable phosphorus in soils and sediments using an ultrasonic washing machine (2021). Water Science & Technology 83.4, pp 762-770.
Författarna från:
Department of Architecture and Civil Engineering, Toyohashi University of Technology 1-1 Hibarigaoka, Tempaku, Toyohashi, Aichi, Japan.
Faculty of Human Development, Graduate School of Human Development and Environment, Kobe University.
Kontakt: yokota.kuriko.lv [a] tut.jap
