⚗️ Azot azotanowy w wodzie i ściekach — metoda kolorymetryczna z salicylanem sodowym (nitrowanie w stężonym kwasie siarkowym, pomiar przy 410 nm)

Fizykochemia PN-C-04576-08

Przegląd

Metoda opiera się na reakcji nitrowania: jony azotanowe w środowisku stężonego kwasu siarkowego nitrują salicylan sodowy do kwasu nitrosalicylowego, a ten po zalkalizowaniu daje trwałe żółte zabarwienie mierzone spektrofotometrycznie. W publikacji porównującej metody oznaczania azotanów opisano to tak: „Oznaczenia spektrofotometryczne wykonano według Polskiej Normy PN-82/C-04576/08 z zastosowaniem salicylanu sodu, który w obecności stężonego kwasu siarkowego reaguje z jonami NO₃⁻. W wyniku reakcji nitrowania powstaje kwas nitrosalicylowy, który po zalkalizowaniu przechodzi w postać zdysocjowaną o intensywnym żółtym zabarwieniu. Pomiary absorbancji wykonano przy długości fali 410 nm".

Tę samą chemię opisuje norma międzynarodowa ISO 7890-3:1988 (metoda z kwasem sulfosalicylowym), w której kwas sulfosalicylowy powstaje in situ przez dodanie do próbki salicylanu sodu i kwasu siarkowego. ISO podaje granice metody: oznaczanie do stężenia azotu azotanowego 0,2 mg/l przy prόbce 25 ml (zakres rozszerza się w górę mniejszą próbką), granica wykrywalności 0,003–0,013 mg/l w kuwetach 40 mm, a stężenie 0,2 mg N/l daje absorbancję około 0,68 jednostki. Metoda jest przeznaczona do wód surowych i wody do picia; barwa własna próbki do 150 mg/l Pt jest dopuszczalna pod warunkiem wykonania korekty absorpcji próbki bez dodatku salicylanu.

Przeszkody: głównymi substancjami zakłócającymi są chlorki, ortofosforany, magnez i mangan(II). Azotyny znosi się dodatkiem azydku sodu (albo kwasu sulfaminowego), a wytrącanie soli wapnia i magnezu przy alkalizacji — dodatkiem soli dwusodowej EDTA razem z alkaliami. Próbki o pH powyżej 8 neutralizuje się kwasem octowym przed odmierzeniem porcji badanej; próbki z zawiesiną odstawia się, wiruje lub sączy przez przemyty sączek z włókna szklanego.

Status normy: PKN wycofał PN-C-04576-08:1982 (wcześniejsze wydanie z 1973 r. dotyczyło metody z kwasem fenolodwusulfonowym). Wycofanie nie unieważnia metody w laboratorium — norma wycofana może być podstawą procedury badawczej, ale zakres akredytacji i procedura muszą to jasno opisywać, a laboratorium powinno mieć uzasadnienie dalszego stosowania. Rozporządzenie o warunkach wprowadzania ścieków do wód lub do ziemi (Dz.U. 2019 poz. 1311) wskazuje dla azotu azotanowego spektrofotometrię absorpcyjną cząsteczkową bez przypisania konkretnej normy oraz — alternatywnie — analizę przepływową wg PN-EN ISO 13395 i chromatografię jonową wg PN-EN ISO 10304-1.

Zasada metody

Do porcji badanej dodaje się roztwór salicylanu sodu i odparowuje do sucha w łaźni wodnej; po ostudzeniu suchą pozostałość zwilża się stężonym kwasem siarkowym, co powoduje nitrowanie salicylanu przez obecne azotany do kwasu nitrosalicylowego. Po rozcieńczeniu wodą i zalkalizowaniu roztworem wodorotlenku sodu z dodatkiem soli dwusodowej EDTA powstaje zdysocjowana forma o intensywnym żółtym zabarwieniu; absorbancję mierzy się przy 410 nm (ISO 7890-3: 415 nm, kuwety 40 lub 50 mm) wobec próby ślepej z wodą. Stężenie odczytuje się z krzywej wzorcowej sporządzonej z azotanu potasu. Wg ISO 7890-3 odczynniki to: kwas siarkowy c(H₂SO₄) = 18 mol/l (ρ = 1,84 g/ml), kwas octowy lodowaty, roztwór alkaliczny (200 g/l NaOH + 50 g/l soli dwusodowej EDTA dwuwodnej — przygotowany przez ostrożne rozpuszczenie 200 ± 2 g wodorotlenku sodu w ok. 800 ml wody, dodanie 50 ± 0,5 g Na₂EDTA·2H₂O i uzupełnienie do 1 litra; przechowywany w butli polietylenowej, trwały bezterminowo), roztwór azydku sodu 0,5 g/l (0,05 ± 0,005 g w 100 ml wody — odczynnik bardzo toksyczny, z kwasami wydziela silnie toksyczny gaz; zamiennie kwas sulfaminowy 0,75 g/l), roztwór salicylanu sodu 10 g/l (1 ± 0,1 g w 100 ml wody, przygotowywany codziennie przed użyciem), podstawowy roztwór wzorcowy azotanu 1000 mg N/l (7,215 ± 0,001 g azotanu potasu suszonego w 105 °C przez co najmniej 2 h, rozpuszczone i uzupełnione do 1 litra; trwały do 2 miesięcy) oraz roztwory robocze 100 mg N/l i 1 mg N/l (ten ostatni przygotowywany bezpośrednio przed użyciem).

Zastosowania

• Woda do spożycia i wody surowe — kontrola azotanów (parametr sanitarny, ryzyko methemoglobinemii u niemowląt)
• Ścieki komunalne i przemysłowe — bilans azotu, kontrola skuteczności denitryfikacji
• Wody powierzchniowe i podziemne — monitoring dopływu azotanów z rolnictwa (dyrektywa azotanowa)
• Laboratoria akredytowane deklarujące metodę wg PN-C-04576-08 (norma wycofana, stosowana jako podstawa procedury własnej)
• Analizy seryjne bez chromatografu — potrzebny wyłącznie spektrofotometr i łaźnia wodna

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-C-04576-08:1982

Tytuł (PL)

Woda i ścieki — Badania zawartości związków azotu — Oznaczanie azotu azotanowego metodą kolorymetryczną z salicylanem sodowym

Title (EN)

Water and waste water — Tests for nitrogen compounds — Determination of nitrate nitrogen by colorimetric method with sodium salicylate

Procedura krok po kroku

1. Pobór i przygotowanie próbki

   Próbki pobierać do butelek szklanych i analizować możliwie szybko po pobraniu; przechowywanie w 2–5 °C przedłuża trwałość wielu rodzajów próbek, ale trzeba to sprawdzić dla danego rodzaju. Próbki z zawiesiną odstawić, odwirować lub przesączyć przez przemyty sączek z włókna szklanego. Próbki o pH powyżej 8 zneutralizować kwasem octowym.

2. Odmierzenie porcji badanej

   Odmierzyć do parownicy porcję o objętości V, tak aby zawierała masę azotu azotanowego w zakresie krzywej wzorcowej (ISO 7890-3: maksymalnie 25 ml przy zawartości do 0,2 mg N/l; przy wyższych stężeniach mniejsza objętość).

   ⏱ Czas: 5 min

3. Usunięcie przeszkód

   Dodać roztwór azydku sodu (lub kwasu sulfaminowego), aby znieść wpływ azotynów; przy próbkach o dużej zawartości chlorków, ortofosforanów, magnezu lub manganu(II) rozcieńczyć próbkę albo wykonać oznaczenie metodą dodatku wzorca.

4. Nitrowanie

   Dodać roztwór salicylanu sodu, odparować zawartość parownicy do sucha na wrzącej łaźni wodnej, ostudzić, zwilżyć suchą pozostałość stężonym kwasem siarkowym i rozetrzeć bagietką do rozpuszczenia osadu; pozostawić do przereagowania.

   🌡 Temperatura: łaźnia wrząca

5. Alkalizacja i uzupełnienie

   Przenieść ilościowo do cylindra Nesslera lub kolby, dodać roztwór alkaliczny z EDTA do uzyskania trwałego żółtego zabarwienia, uzupełnić wodą do kreski i wymieszać. Zrównać temperaturę roztworów (łaźnia 25 °C).

6. Pomiar

   Zmierzyć absorbancję przy 410 nm (ISO 7890-3: 415 nm) wobec próby ślepej przygotowanej z wody zamiast próbki. Przy próbkach barwnych wykonać drugie oznaczenie bez dodatku salicylanu sodu i odjąć zmierzoną absorbancję.

7. Krzywa wzorcowa

   Sporządzić serię wzorców z roboczego roztworu azotanu potasu (przygotowanego w dniu oznaczenia) i przeprowadzić je przez pełną procedurę. Krzywą wyznaczać jako zależność absorbancji od stężenia azotu azotanowego; sprawdzać ją przy każdej serii oznaczeń.

8. Obliczenie i zapis

   Stężenie odczytać z krzywej wzorcowej z uwzględnieniem objętości porcji badanej i rozcieńczeń. Wynik podać w mg N-NO₃/l lub mg NO₃/l — jednostkę uzgodnić ze zleceniodawcą, bo różnica przelicznika (4,43) jest częstym źródłem nieporozumień.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Stężony kwas siarkowy i kwas octowy lodowaty — ochrona oczu i odzież ochronna obowiązkowa, nigdy nie pipetować ustami; dodawanie kwasu do wody, nie odwrotnie.
• Azydek sodu jest bardzo toksyczny; kontakt odczynnika stałego z kwasami uwalnia toksyczny gaz. Nie wprowadzać azydków do kanalizacji z rurami miedzianymi lub ołowianymi (ryzyko powstania wybuchowych azydków metali).
• Roztwór alkaliczny 200 g/l NaOH jest silnie żrący — przygotowywać w naczyniu chłodzonym, rozpuszczanie jest silnie egzotermiczne.
• Odparowywanie do sucha prowadzić pod wyciągiem; unikać przegrzania pozostałości po dodaniu kwasu.
• Odpady z EDTA, azydkiem i kwasami zbierać oddzielnie i przekazywać do unieszkodliwienia zgodnie z przepisami.

Najczęstsze pytania