Vanadium, quantitative Analyse

Vanadium kommt in Nährstofflösungen hauptsächlich als Vanadat-Ion (VO₄³⁻) oder als Vanadyl-Ion (VO²⁺) vor. Vorteilhaft für die rhizobielle N₂ -Fixierung. 

 Da es ein Spurenelement ist, ist es für eine Mengenanalyse durch Titration ungeeignet.

Zur Bestimmung von Vanadium gibt es verschiedene Methoden:

• Atomabsorptionsspektroskopie (AAS): Hochpräzise Methode für Spurenanalysen.
• Spektralphotometrie mit Peroxovanadat-Komplexen: Farbentwicklung mit Wasserstoffperoxid.
• Redox-Titration mit Eisen(II)-Sulfat: Eine chemische Methode zur quantitativen Bestimmung von Vanadium.

Detaillierte Redox-Titration von Vanadium mit Eisen(II)-Sulfat

1. Prinzip der Methode

Vanadium in der Oxidationsstufe +5 (VO₂⁺) wird mit Eisen(II)-Ionen (Fe²⁺) reduziert:

Das reduzierte Vanadium(IV) kann dann durch Rücktitration mit Kaliumpermanganat (KMnO₄) bestimmt werden.

2. Chemikalien

• 0,01 mol/L Eisen(II)-Sulfat-Lösung (FeSO₄)
• 0,01 mol/L Kaliumpermanganat-Lösung (KMnO₄)
• 1 mol/L Schwefelsäure (H₂SO₄) als Säuremedium
• Diphenylamin-Sulfonat als Redox-Indikator

3. Versuchsaufbau

Benötigte Geräte:

• Bürette (25 mL, Teilung 0,1 mL)
• Erlenmeyerkolben (250 mL)
• Pipette (10 mL)
• Magnetrührer

4. Durchführung

1. 10 mL der Nährstofflösung in einen 250-mL-Erlenmeyerkolben geben.
2. 10 mL 1 mol/L Schwefelsäure (H₂SO₄) hinzufügen.
3. 10 mL 0,01 mol/L Eisen(II)-Sulfat-Lösung zugeben.
4. Mit 0,01 mol/L Kaliumpermanganat titrieren, bis der Farbumschlag von farblos nach hellrosa erfolgt.

5. Berechnung der Vanadium-Konzentration

Die Konzentration von Vanadium berechnet sich nach der Formel:

6. Beispielrechnung:

• Kaliumpermanganat-Konzentration: 0,01 mol/L
• Verbrauchtes Volumen: 9,2 mL (0,0092 L)
• Probenvolumen: 50 mL (0,050 L)

Fazit

Die Redox-Titration mit Eisen(II)-Sulfat und Kaliumpermanganat ist eine zuverlässige Methode zur quantitativen Bestimmung von Vanadium in Nährstofflösungs-Konzentraten aber nicht in der Nährstofflösung selbst.​

Die Vanadiumanalyse in Hydrokultursystemen erfordert aufgrund der für das Pflanzenwachstum erforderlichen Mindestkonzentrationen außergewöhnlich niedrige Nachweisgrenzen. Frühe Untersuchungen mit Scenedesmus obliquus zeigten eine Vanadiumessentialität bei 10 μg/L, ohne dass eine Substitution durch Titan, Chrom, Wolfram, Aluminium, Arsen, Cadmium oder 13 andere getestete Elemente möglich war. Vanadiummangel in Algen zeigt im Vergleich zu Molybdänmangel einen weniger ausgeprägten Chlorophyllrückgang, und bei Konzentrationen bis zu 100 μg/L treten steigende Wachstumsraten auf. Bei höheren Pflanzen wie Salat und Tomaten können ausreichende Gewebespiegel unter 2 ng/g Trockengewicht liegen, die aus Nährlösungen stammen, die weniger als 0,04 ng/ml Vanadium enthalten. Pflanzen, die mit 50 ng/ml Vanadium gezüchtet wurden, zeigten Gewebespiegel von 117–418 ng/g bei vergleichbarem Wachstum wie Kontrollen.Analytische Methoden müssen eine ng/L-Empfindlichkeit erreichen, wobei ICP-MS die bevorzugte Technik ist. Die Probenhandhabung erfordert ultrareine Protokolle, um eine Kontamination zu vermeiden, da Vanadium in Laborreagenzien und Staub weit verbreitet ist.

Quellen: Arnon, DI, & Wessel, G. (1953). Vanadium als essentielles Element für grüne Pflanzen. Kaplan, DI, et al. (1990). Vanadiumaufnahme und -wirkungen in Salat und Tomate.