⚗️ Azot azotynowy i azotanowy w wodzie — analiza przepływowa (CFA/FIA) z redukcją kadmową i reakcją Griessa (sulfanilamid, N-(1-naftylo)etylenodiamina, 520–560 nm)

Fizykochemia PN-EN ISO 13395

Przegląd

ISO 13395:1996 określa zautomatyzowane procedury oznaczania azotu azotynowego, azotu azotanowego i ich sumy w wodach metodą analizy przepływowej — ciągłej (CFA) i wstrzykowej (FIA) — z detekcją spektrometryczną. Zakresy robocze: azotyny(N) — zakres II 0,01–0,1 mg/l i zakres I 0,1–1,0 mg/l; azotyny/azotany(N) — zakres II 0,2–2 mg/l i zakres I 2–20 mg/l; każdy zakres wymaga osobnej kalibracji (≥ 5 wzorców). Reakcje chemiczne azotynów są identyczne jak w procedurze manualnej (ISO 6777). Rozporządzenie z 2019 r. (Dz.U. 2019 poz. 1311) wskazuje PN-EN ISO 13395 (analiza przepływowa CFA i FIA z detekcją spektrometryczną) jako metodykę referencyjną azotu azotynowego i azotanowego w ściekach. W Polsce obowiązuje jako PN-EN ISO 13395:2001 (wersja polska).

Zakłócenia ogólne: azotynów nie da się stabilizować — analizuje się je natychmiast; cząstki > 0,1 mm zatykają przewody (sączenie membranowe), mniejsze usuwa dializa; przeszkadzającą matrycę organiczną (związki o dużej masie molowej) usuwa dializa w linii lub sączenie przez węgiel aktywny (o ile nie zmienia stężeń); własną absorpcję próbki kompensuje się pomiarem bez odczynników; próbki o zasoleniu > 30 g/l rozcieńcza się. Redukcja azotanów wymaga pH 6,5–7,5 po zmieszaniu z buforem (próbki silnie kwaśne, zasadowe lub buforowane koryguje się przed pomiarem); surfaktanty > 10 mg/l przeszkadzają w tworzeniu barwnika (dializa). Odpady zawierające kadm w postaci ciekłej lub stałej usuwa się w odpowiedni sposób. W praktyce manualnej (podręcznik PWr) azotyny oznacza się kolorymetrycznie z kwasem sulfanilowym i α-naftyloaminą przy 540 nm (0,001–0,1 mg/dm³) albo wg PN-EN 26777 z 4-aminobenzenosulfonamidem i dihydrochlorkiem N-(1-naftylo)-1,2-diaminoetanu w kwasie fosforowym (pH 1,9, 540 nm), a azotany — po odparowaniu z kwasem fenolodisulfonowym (410 nm).

Zasada metody

Próbka jest w sposób ciągły mieszana z roztworem buforowym (imidazol 0,25 mol/l — 17,0 g/l, pH 7,5 skorygowane HCl; alternatywnie chlorek amonu 85 g/l pH ok. 7,5 — z dodatkiem siarczanu miedzi 2,5 g/l: 100 µl na 100 ml, świeżo); azotan w próbce redukuje się metalicznym kadmem do azotynu; następnie domieszany jest w sposób ciągły odczynnik z kwasem fosforowym (5 g sulfanilamidu i 0,5 g dihydrochlorku N-(1-naftylo)etylenodiaminy + 50 ml H₃PO₄ 1,71 g/ml w 500 ml; ≥ 1 tydzień w brązowej butelce; zamiast H₃PO₄ może być HCl) — azotyn obecny pierwotnie i powstały z redukcji diazuje sulfanilamid w środowisku kwaśnym do soli diazoniowej, sprzęganej z N-(1-naftylo)etylenodiaminą w czerwony barwnik. Azotyny(N) oznacza się z pominięciem redukcji kadmowej; azotany(N) z różnicy suma − azotyny. Reduktor: granulat kadmu 0,3–1,5 mm (kolumna np. 4,0 mm × ≥ 5 cm w FIA) lub rurka kadmowa (śr. wewn. 1,1 mm w CFA) — sprawność redukcji ≥ 90 %, sprawdzana przed każdą serią porównaniem sygnałów roztworów azotanu i azotynu o tym samym stężeniu N (2 lub 20 mg/l); przygotowanie granulatu: mieszanie z HCl 1 mol/l do metalicznego połysku, płukanie, dwukrotnie 2 min z CuSO₄ 20 g/l (powierzchnia czernieje), płukanie, upakowanie bez pęcherzy, aktywacja trzykrotnie roztworem azotanu; rurka kadmowa: 5 ml buforowanego CuSO₄ (5 min, dwukrotnie), 20 ml roztworu imidazolu; kolumny przechowuje się w roztworze imidazolu bez pęcherzy. Roztwory: azotyn(N) 100 mg/l (492,6 mg NaNO₂ suszonego w 150 °C na 1000 ml; 2 tygodnie w 4 °C), roztwory 20 mg/l i 1 mg/l (świeże); azotan(N) 200 mg/l (144,4 mg KNO₃ na 100 ml; 1 miesiąc) i 20 mg/l (świeży); wzorce kalibracyjne wg tablic 2 i 3 (np. NO₂-N 0,01–0,10 mg/l z 1–10 ml roztworu 1 mg/l do 100 ml; NO₃-N 0,2–2,0 mg/l z 1–10 ml roztworu 20 mg/l do 100 ml), przygotowywane bezpośrednio przed pomiarem; surfaktant polietylenoglikolo-dodecyloeter 30 % (1 ml/l roztworów nośnych, ok. 4 tygodnie); roztwory nośne i buforowe C i B degazowane (dla FIA). Aparatura FIA: zbiorniki odczynników, pompa niskopulsacyjna, dozownik 10–300 µl, reduktor kadmowy, przewody i wężownice 0,5–0,8 mm z tworzyw obojętnych, opcjonalna cela dializacyjna z membraną celulozową (za dozownikiem; równe przepływy donora i akceptora), detektor fotometryczny z celą przepływową 520–560 nm, rejestrator (ocena wysokości pików), autosampler; CFA: autosampler, pompa, rurka kadmowa, manifold z segmentacją pęcherzykami (zalecany azot; przy powietrzu — odgazowanie przed kolumną kadmową), dializa, detektor 520–560 nm. Sprawdzenie układu: wzorzec 0,05 mg/l NO₂-N lub 1 mg/l NO₃-N w dolnym zakresie ma dać absorbancję ≥ 0,04 na 10 mm. Ślepa odczynników: zamiast buforu B i odczynnika R1 przepuszcza się wodę 2 min — zmiana absorbancji > 0,015/10 mm oznacza zanieczyszczenie wody lub odczynników. Próbki: tylko azotyny — butelka szklana lub PE, analiza natychmiast; suma lub azotany przy niskich azotynach — także PE/PTFE, zakwaszenie HCl do pH ok. 2, 2–5 °C, analiza w 24 h (wyjątkowo −20 °C do 8 dni po sprawdzeniu); sączenie przy cząstkach > 0,1 mm.

Zastosowania

• Ścieki oczyszczone i surowe — azot azotynowy i azotanowy (metodyka referencyjna wg Dz.U. 2019 poz. 1311), kontrola nitryfikacji/denitryfikacji
• Wody powierzchniowe i podziemne — monitoring azotanów rolniczych (zakres do 20 mg/l N)
• Woda do spożycia — azotyny od 0,01 mg/l N i azotany
• Laboratoria o dużej przepustowości — automatyczna analiza przepływowa FIA/CFA z autosamplerem
• Próbki barwne, mętne lub z surfaktantami — dializa w linii; wody zasolone (> 30 g/l) po rozcieńczeniu

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-EN ISO 13395:2001 (ISO 13395:1996)

Tytuł (PL)

Jakość wody — Oznaczanie azotu azotynowego i azotanowego oraz ich sumy metodą analizy przepływowej (CFA i FIA) z detekcją spektrometryczną

Title (EN)

Water quality — Determination of nitrite nitrogen and nitrate nitrogen and the sum of both by flow analysis (CFA and FIA) and spectrometric detection

Procedura krok po kroku

1. Próbka

   Naczynia umyj wodą i przepłucz próbką. Azotyny oznaczaj natychmiast (butelka szklana lub PE). Do sumy lub azotanów (przy niskich azotynach) zakwaś HCl do pH ok. 2, przechowuj w 2–5 °C i analizuj w 24 h (wyjątkowo −20 °C do 8 dni po sprawdzeniu); przy cząstkach > 0,1 mm przesącz; zasolenie > 30 g/l — rozcieńcz; pH silnie kwaśnych/zasadowych próbek skoryguj tak, by po buforze wynosiło 6,5–7,5.

2. Reduktor kadmowy

   Granulat: mieszaj z HCl 1 mol/l do metalicznego połysku, przemyj wodą, dwukrotnie mieszaj 2 min z CuSO₄ 20 g/l (czernieje), przemyj, upakuj kolumnę bez pęcherzy (wata szklana), zamontuj i aktywuj trzykrotnie roztworem azotanu, mierząc najwyższy wzorzec zakresu (2 lub 20 mg/l) do stabilnych wyników. Rurka: 2 × 5 ml buforowanego CuSO₄ (po 5 min), 20 ml imidazolu. Przechowuj w imidazolu bez pęcherzy.

3. Sprawdzenie sprawności redukcji

   Przed każdą serią zmierz kolejno roztwór azotanu(N) i azotynu(N) o tym samym stężeniu (2 mg/l dla zakresu II, 20 mg/l dla zakresu I); jeśli sygnał azotanu < 90 % sygnału azotynu — powtórz przygotowanie/aktywację reduktora.

4. Przygotowanie układu i ślepa

   Zestaw układ (FIA/CFA; z reduktorem dla sumy, bez — dla azotynów), przepuszczaj odczynniki ok. 10 min (sumę: 10 min bez i 10 min z reduktorem), wyzeruj linię bazową i sprawdź stosunek sygnału do szumu; sprawdź układ wzorcem 0,05 mg/l NO₂-N lub 1 mg/l NO₃-N (A ≥ 0,04/10 mm); wykonaj ślepą odczynników (woda zamiast B i R1 przez 2 min; zmiana > 0,015 A → wymień wodę/odczynniki).

5. Kalibracja

   Wybierz zakres roboczy i przygotuj bezpośrednio przed pomiarem ≥ 5 wzorców (tablice 2–3: np. 1–10 ml roztworu 1 mg/l NO₂-N do 100 ml → 0,01–0,10 mg/l; 1–10 ml roztworu 20 mg/l NO₃-N do 100 ml → 0,2–2,0 mg/l); zmierz wzorce i ślepą w tych samych warunkach co próbki; osobna kalibracja dla każdego zakresu i formy.

6. Pomiar i wynik

   Zmierz próbki (wysokość pików); dla próbek barwnych zmierz też sygnał bez odczynników i odejmij; oblicz NO₂-N i NO₂+NO₃-N z funkcji kalibracyjnych, a NO₃-N jako różnicę; podaj w mg/l N (przeliczniki na jony: N-NO₃ × 4,4267 = NO₃⁻, N-NO₂ × 3,2882 = NO₂⁻ wg podręcznika). Odpady kadmowe usuń zgodnie z przepisami.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Kadm i jego odpady (roztwory, zużyty granulat) są toksyczne i rakotwórcze — zbierać osobno i utylizować zgodnie z przepisami
• N-(1-naftylo)etylenodiamina i sulfanilamid — unikać kontaktu ze skórą; kwas fosforowy i solny — okulary, rękawice
• Imidazol — drażniący; siarczan miedzi — szkodliwy dla środowiska wodnego
• Butla z azotem do segmentacji — mocowanie, wentylacja

Najczęstsze pytania