🌿 Amoniak w powietrzu na stanowiskach pracy — metoda spektrofotometryczna z odczynnikiem Nesslera

Środowisko PN-Z-04041

Przegląd

Amoniak (NH₃, CAS 7664-41-7) to bezbarwny gaz o ostrym, charakterystycznym zapachu, lżejszy od powietrza, bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie — w temperaturze 20 °C rozpuszczalność sięga 42,8% wag. Na stanowiskach pracy pojawia się w chłodnictwie przemysłowym, w zwierzętarniach i fermach, przy produkcji nawozów, w oczyszczalniach ścieków i w instalacjach odazotowania spalin. Wartości dopuszczalne wynoszą 14 mg/m³ (NDS) i 28 mg/m³ (NDSCh) — pozycja 24 wykazu z rozporządzenia Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z 12 czerwca 2018 r. (Dz.U. 2018 poz. 1286). Amoniak jest sklasyfikowany jako gaz łatwopalny kat. 2 (H221), toksyczny przy wdychaniu (H331) i żrący dla skóry (H314); próg wyczuwalności zapachu podawany jest w szerokim przedziale 0,4–40 mg/m³, a jego górna wartość leży powyżej NDSCh (28 mg/m³) — zapach nie jest więc wiarygodnym ostrzeżeniem przed przekroczeniem wartości dopuszczalnych.

Metoda jest klasycznym oznaczeniem kolorymetrycznym: barwny kompleks oznaczanego składnika z odczynnikiem nieorganicznym, a następnie pomiar natężenia promieniowania po przejściu przez substancję barwną. Czynnikiem kompleksującym jest odczynnik Nesslera, za pomocą którego jon amonowy przeprowadza się w barwny, żółto-pomarańczowy związek. Metodę stosuje się do oznaczania zawartości amoniaku w powietrzu otaczającym stanowiska pracy przy przeprowadzaniu kontroli warunków sanitarno-higienicznych.

Status normy trzeba znać, zanim wpisze się ją do procedury. PN-Z-04041:1971 „Oznaczanie zawartości amoniaku w powietrzu" opublikowano 27.01.1971 (zastąpiła PN-Z-04041:1955), a Polski Komitet Normalizacyjny WYCOFAŁ ją 10.04.2006 — karta katalogowa nie wskazuje normy zastępującej. Mimo wycofania norma żyje w praktyce: w zakresach akredytacji PCA figuruje jako dokument odniesienia dla oznaczania stężenia amoniaku w powietrzu środowiska pracy w zakresie (0,75–30) mg/m³ i (0,0075–0,30) mg w próbce, a sprawozdania akredytowanych laboratoriów higieny pracy z 2020 r. podają czynnik wprost jako „Amoniak wg PN-71/Z-04041". Archiwalny wykaz CIOP-PIB wymienia dla amoniaku dwie normy: PN-71/Z-04041 oraz PN-90/Z-04009/02 (metoda indofenolowa); baza CHEMPYŁ podaje dziś w rubryce metod oznaczania PN-Z-04009-03:1990 z adnotacją „(w)", czyli również wycofaną. Innymi słowy: cały krajowy dorobek normalizacyjny dla amoniaku na stanowiskach pracy jest formalnie wycofany, a laboratoria pracują na normach wycofanych — to trzeba w dokumentacji nazwać po imieniu i uzasadnić (PKN dopuszcza stosowanie PN wycofanych, o ile użytkownik świadomie o tym decyduje).

Czego ten opis nie zawiera: tekstu samej normy nie widzieliśmy — PKN udostępnia ją odpłatnie, a karta katalogowa PN-Z-04041:1971 (2 strony) nie zawiera streszczenia zakresu. Podane niżej odczynniki, objętości, szybkość przepuszczania powietrza i przebieg oznaczania pochodzą z instrukcji laboratoryjnej Wydziału Chemicznego Politechniki Rzeszowskiej, której jedyną pozycją literaturową jest właśnie norma PN-71/Z-04041 — są więc wiernym odwzorowaniem metody, ale nie cytatem z normy. Przed wpisaniem procedury do systemu jakości sprawdź parametry w oryginale normy.

Zasada metody

Badane powietrze przepuszcza się przez płuczkę bełkotkową zawierającą 25 cm³ roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 0,01 mol/dm³; amoniak zostaje w niej zatrzymany jako jon amonowy. Do porcji roztworu pochłaniającego dodaje się odczynnik Nesslera — alkaliczny roztwór tetrajodortęcianu(II) potasu — z którym jon amonowy tworzy barwny, żółto-pomarańczowy związek zgodnie z reakcją NH₄⁺ + 2 [HgI₄]²⁻ + 4 OH⁻ → barwny produkt + 8 I⁻ + 3 H₂O. Absorbancję mierzy się spektrofotometrem w zakresie światła widzialnego przy długości fali 400 nm (albo kolorymetrem z filtrem fiołkowo-niebieskim o maksymalnej przepuszczalności 400 nm) w kuwetach o grubości warstwy absorbującej 10 mm, wobec odnośnika, przed upływem godziny od dodania odczynnika. Zawartość amoniaku odczytuje się z krzywej wzorcowej sporządzonej z chlorku amonowego, a stężenie w powietrzu przelicza się z objętości roztworu pochłaniającego, objętości pobranej do oznaczania i objętości przepuszczonego powietrza.

Zastosowania

• Pomiary narażenia zawodowego w zwierzętarniach, chlewniach i kurnikach — amoniak z odchodów i ściółki
• Kontrola szczelności instalacji chłodniczych na amoniak (przemysł spożywczy, mleczarnie, chłodnie składowe)
• Oczyszczalnie ścieków, przepompownie i stacje odwadniania osadów
• Produkcja i konfekcjonowanie nawozów azotowych oraz roztworów amoniakalnych
• Ocena zgodności warunków pracy z NDS i NDSCh w ramach obowiązkowych badań i pomiarów czynników szkodliwych

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-Z-04041:1971 (PN-71/Z-04041)

Tytuł (PL)

Oznaczanie zawartości amoniaku w powietrzu

Procedura krok po kroku

1. Przygotowanie wody i odczynników

   Przygotować wodę destylowaną niezawierającą amoniaku (odparowanie 1/3 objętości przy gotowaniu) i z niej sporządzić wszystkie roztwory. Odczynnik Nesslera przygotować co najmniej dzień wcześniej i zdekantować znad osadu.

2. Pobranie próbki powietrza

   Przez płuczkę bełkotkową zawierającą 25 cm³ roztworu kwasu siarkowego(VI) 0,01 mol/dm³ przepuścić 5 dm³ powietrza z szybkością nie większą niż 60 dm³/h. Zanotować objętość powietrza, temperaturę i ciśnienie oraz czas pobierania.

3. Skala wzorców

   Do 6 kolb miarowych 50 cm³ odmierzyć po 20 cm³ wody destylowanej i 10 cm³ roztworu kwasu siarkowego(VI), następnie kolejno 0,30; 0,60; 1,00; 1,40; 1,80 i 2,00 cm³ roztworu wzorcowego amoniaku, co odpowiada zawartości 0,03–0,2 mg amoniaku.

4. Rozwinięcie barwy we wzorcach

   Roztwory wymieszać, dodać po 1 cm³ odczynnika Nesslera, lekko mieszając zawartość kolby, uzupełnić wodą destylowaną do 50 cm³ i starannie wymieszać. Przygotować odnośnik: 20 cm³ wody, 10 cm³ kwasu siarkowego(VI) i 1 cm³ odczynnika Nesslera, uzupełniony do kreski.

5. Pomiar wzorców i krzywa wzorcowa

   Przed upływem godziny zmierzyć absorbancje wzorców wobec odnośnika przy 400 nm (lub przy filtrze fiołkowo-niebieskim). Wykreślić krzywą wzorcową, a przy zależności prostoliniowej obliczyć średni współczynnik absorpcji. Krzywą sprawdzać dla każdej nowej partii odczynników, szczególnie nowego odczynnika Nesslera.

   ⏱ Czas: pomiar do 60 min od dodania odczynnika

6. Oznaczanie w próbce

   Do kolby miarowej 50 cm³ przenieść z płuczki 15 cm³ roztworu, dodać 20 cm³ wody destylowanej i 1 cm³ odczynnika Nesslera, lekko mieszając podczas dodawania. Uzupełnić do kreski wodą i starannie wymieszać.

7. Pomiar absorbancji próbki

   Przed upływem godziny zmierzyć absorbancję próbki tak samo jak wzorców. Jeżeli absorbancja przekracza zakres krzywej wzorcowej, oznaczanie powtórzyć z mniejszą objętością roztworu z płuczki.

   ⏱ Czas: do 60 min

8. Obliczenie stężenia

   Stężenie amoniaku w mg/m³ obliczyć ze wzoru uwzględniającego: 25 cm³ całkowitej objętości roztworu pochłaniającego, odczytaną absorbancję albo zawartość odczytaną z krzywej wzorcowej, objętość powietrza przepuszczonego przez płuczkę w dm³ oraz objętość roztworu pochłaniającego pobraną do oznaczania.

9. Ocena narażenia

   Wyznaczyć wskaźnik narażenia dla zmiany roboczej i porównać z NDS 14 mg/m³, a wyniki pomiarów krótkotrwałych z NDSCh 28 mg/m³. Pomiary i strategię prowadzić zgodnie z PN-Z-04008-7 i PN-EN 689+AC:2019-06.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Odczynnik Nesslera zawiera związki rtęci(II) i mocną zasadę — jest silnie toksyczny i żrący; przygotowywać i dozować pod wyciągiem, w rękawicach i okularach, nigdy nie pipetować ustami.
• Zużyte roztwory z odczynnikiem Nesslera to odpad rtęciowy — zbierać osobno i przekazywać uprawnionemu odbiorcy, nie wylewać do kanalizacji.
• Amoniak w postaci gazu i par wywołuje ból i łzawienie oczu, kaszel, ból gardła, duszność, a przy większych stężeniach obrzęk krtani i płuc; przy pomiarze w miejscu emisji stosować ochronę dróg oddechowych.
• Kontakt skóry z gazem, mgłą lub roztworem amoniaku powoduje oparzenie chemiczne z głębokimi owrzodzeniami, a ciekły amoniak — odmrożenia; skażenie oczu grozi owrzodzeniem rogówki.
• Amoniak jest gazem łatwopalnym (granice wybuchowości w powietrzu 15–28% obj.) — w chłodniach i maszynowniach amoniakalnych obowiązują zasady pracy w strefie zagrożenia wybuchem.
• Poszkodowanego wynieść na świeże powietrze, ułożyć w pozycji półleżącej i zapewnić bezruch (wysiłek grozi obrzękiem płuc), podawać tlen i wezwać lekarza; oczy płukać chłodną wodą co najmniej 15 minut.

Najczęstsze pytania