⚗️ Nitratstickstoff in Wasser und Abwasser — kolorimetrisches Verfahren mit Natriumsalicylat (Nitrierung in konzentrierter Schwefelsäure, Messung bei 410 nm)

Physikochemie PN-C-04576-08

Übersicht

Das Verfahren beruht auf der Reaktion der Nitrierung: Nitrationen nitrieren im Milieu konzentrierter Schwefelsäure Natriumsalicylat zu Nitrosalicylsäure, und diese ergibt nach dem Alkalischstellen eine beständige gelbe Färbung, die spektralphotometrisch gemessen wird. In einer Veröffentlichung, die Verfahren zur Bestimmung von Nitraten vergleicht, ist es so beschrieben: „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" [Die spektralphotometrischen Bestimmungen wurden nach der Polnischen Norm PN-82/C-04576/08 unter Verwendung von Natriumsalicylat ausgeführt, das in Gegenwart von konzentrierter Schwefelsäure mit NO₃⁻-Ionen reagiert. Als Ergebnis der Nitrierungsreaktion entsteht Nitrosalicylsäure, die nach dem Alkalischstellen in eine dissoziierte Form von intensiv gelber Färbung übergeht. Die Extinktionsmessungen wurden bei einer Wellenlänge von 410 nm ausgeführt].

Dieselbe Chemie beschreibt die internationale Norm ISO 7890-3:1988 (das Verfahren mit Sulfosalicylsäure), bei der die Sulfosalicylsäure in situ durch die Zugabe von Natriumsalicylat und Schwefelsäure zur Probe entsteht. Die ISO gibt die Grenzen des Verfahrens an: Bestimmung bis zu einer Nitratstickstoffkonzentration von 0,2 mg/l bei einer Probe von 25 ml (der Bereich erweitert sich nach oben mit einer kleineren Probe), eine Nachweisgrenze von 0,003–0,013 mg/l in 40-mm-Küvetten, und eine Konzentration von 0,2 mg N/l ergibt eine Extinktion von etwa 0,68 Einheiten. Das Verfahren ist für Rohwässer und Trinkwasser bestimmt; eine Eigenfärbung der Probe bis 150 mg/l Pt ist zulässig, sofern eine Korrektur der Absorption der Probe ohne Zusatz des Salicylats ausgeführt wird.

Störungen: die hauptsächlich störenden Stoffe sind Chloride, Orthophosphate, Magnesium und Mangan(II). Nitrite werden durch den Zusatz von Natriumazid (oder von Sulfaminsäure) beseitigt und das Ausfallen von Calcium- und Magnesiumsalzen beim Alkalischstellen — durch den Zusatz des Dinatriumsalzes des EDTA zusammen mit dem Alkali. Proben mit einem pH-Wert über 8 werden vor dem Abmessen der Teilmenge mit Essigsäure neutralisiert; Proben mit Schwebstoffen werden stehen gelassen, zentrifugiert oder durch ein gewaschenes Glasfaserfilter filtriert.

Status der Norm: das PKN hat PN-C-04576-08:1982 zurückgezogen (die frühere Ausgabe von 1973 betraf das Verfahren mit Phenoldisulfonsäure). Die Zurückziehung macht das Verfahren im Laboratorium nicht ungültig — eine zurückgezogene Norm darf die Grundlage einer Prüfanweisung sein, der Akkreditierungsbereich und die Anweisung müssen dies aber klar beschreiben, und das Laboratorium sollte eine Begründung für die weitere Anwendung haben. Die Verordnung über die Bedingungen für die Einleitung von Abwasser in Gewässer oder in den Boden (Dz.U. 2019 Pos. 1311) nennt für Nitratstickstoff die molekulare Absorptionsspektralphotometrie ohne Zuordnung einer bestimmten Norm sowie — als Alternativen — die Fließanalyse nach PN-EN ISO 13395 und die Ionenchromatographie nach PN-EN ISO 10304-1.

Prinzip der Methode

Zur Teilmenge wird eine Lösung von Natriumsalicylat gegeben und im Wasserbad zur Trockne eingedampft; nach dem Abkühlen wird der trockene Rückstand mit konzentrierter Schwefelsäure benetzt, was die Nitrierung des Salicylats durch die vorhandenen Nitrate zu Nitrosalicylsäure bewirkt. Nach dem Verdünnen mit Wasser und dem Alkalischstellen mit einer Lösung von Natriumhydroxid mit Zusatz des Dinatriumsalzes des EDTA entsteht die dissoziierte Form von intensiv gelber Färbung; die Extinktion wird bei 410 nm (ISO 7890-3: 415 nm, Küvetten von 40 oder 50 mm) gegen eine Blindprobe mit Wasser gemessen. Die Konzentration wird aus einer aus Kaliumnitrat erstellten Kalibrierkurve abgelesen. Nach ISO 7890-3 sind die Reagenzien: Schwefelsäure c(H₂SO₄) = 18 mol/l (ρ = 1,84 g/ml), Eisessig, eine alkalische Lösung (200 g/l NaOH + 50 g/l Dinatriumsalz des EDTA-Dihydrats — hergestellt durch vorsichtiges Lösen von 200 ± 2 g Natriumhydroxid in etwa 800 ml Wasser, Zugabe von 50 ± 0,5 g Na₂EDTA·2H₂O und Auffüllen auf 1 Liter; in einer Polyethylenflasche aufbewahrt, unbegrenzt haltbar), eine Lösung von Natriumazid 0,5 g/l (0,05 ± 0,005 g in 100 ml Wasser — ein sehr giftiges Reagenz, das mit Säuren ein stark giftiges Gas abgibt; ersatzweise Sulfaminsäure 0,75 g/l), eine Lösung von Natriumsalicylat 10 g/l (1 ± 0,1 g in 100 ml Wasser, täglich vor Gebrauch anzusetzen), eine Nitrat-Stammlösung von 1000 mg N/l (7,215 ± 0,001 g Kaliumnitrat, bei 105 °C mindestens 2 h getrocknet, gelöst und auf 1 Liter aufgefüllt; bis zu 2 Monate haltbar) sowie Arbeitslösungen von 100 mg N/l und 1 mg N/l (die letztere unmittelbar vor Gebrauch anzusetzen).

Anwendungen

• Trinkwasser und Rohwässer — Kontrolle der Nitrate (eine hygienische Kenngröße, die Gefahr der Methämoglobinämie bei Säuglingen)
• Kommunales und industrielles Abwasser — die Stickstoffbilanz, Kontrolle der Wirksamkeit der Denitrifikation
• Oberflächen- und Grundwasser — Monitoring des Zustroms von Nitraten aus der Landwirtschaft (die Nitratrichtlinie)
• Akkreditierte Laboratorien, die das Verfahren nach PN-C-04576-08 in ihrem Akkreditierungsbereich ausweisen (eine zurückgezogene Norm, angewendet als Grundlage einer eigenen Verfahrensanweisung)
• Serienanalysen ohne Chromatographen — nötig sind allein ein Spektralphotometer und ein Wasserbad

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-C-04576-08:1982

Titel (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

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probenahme und Vorbereitung der Probe

   Die Proben in Glasflaschen nehmen und möglichst rasch nach der Probenahme analysieren; die Aufbewahrung bei 2–5 °C verlängert die Haltbarkeit vieler Arten von Proben, das ist aber für die jeweilige Art zu prüfen. Proben mit Schwebstoffen stehen lassen, zentrifugieren oder durch ein gewaschenes Glasfaserfilter filtrieren. Proben mit einem pH-Wert über 8 mit Essigsäure neutralisieren.

2. Abmessen der Teilmenge

   In eine Abdampfschale eine Teilmenge des Volumens V abmessen, sodass sie eine Masse an Nitratstickstoff im Bereich der Kalibrierkurve enthält (ISO 7890-3: höchstens 25 ml bei einem Gehalt bis 0,2 mg N/l; bei höheren Konzentrationen ein kleineres Volumen).

   ⏱ Zeit: 5 min

3. Beseitigung der Störungen

   Die Lösung von Natriumazid (oder von Sulfaminsäure) zugeben, um den Einfluss der Nitrite zu beseitigen; bei Proben mit hohem Gehalt an Chloriden, Orthophosphaten, Magnesium oder Mangan(II) die Probe verdünnen oder die Bestimmung mit dem Standardadditionsverfahren ausführen.

4. Nitrierung

   Die Lösung von Natriumsalicylat zugeben, den Inhalt der Abdampfschale auf dem siedenden Wasserbad zur Trockne eindampfen, abkühlen, den trockenen Rückstand mit konzentrierter Schwefelsäure benetzen und mit einem Glasstab verreiben, bis sich der Rückstand löst; ausreagieren lassen.

   🌡 Temperatur: siedendes Bad

5. Alkalischstellen und Auffüllen

   Vollständig in einen Nessler-Zylinder oder einen Kolben überführen, die alkalische Lösung mit EDTA bis zu einer beständigen gelben Färbung zugeben, mit Wasser bis zur Marke auffüllen und mischen. Die Temperatur der Lösungen angleichen (Bad bei 25 °C).

6. Messung

   Die Extinktion bei 410 nm (ISO 7890-3: 415 nm) gegen eine Blindprobe messen, die mit Wasser anstelle der Probe angesetzt wurde. Bei gefärbten Proben eine zweite Bestimmung ohne Zusatz von Natriumsalicylat ausführen und die gemessene Extinktion abziehen.

7. Kalibrierkurve

   Eine Reihe von Standards aus der Arbeitslösung von Kaliumnitrat (am Tag der Bestimmung angesetzt) herstellen und durch das vollständige Verfahren führen. Die Kurve als Abhängigkeit der Extinktion von der Konzentration des Nitratstickstoffs bestimmen; sie bei jeder Serie von Bestimmungen überprüfen.

8. Berechnung und Aufzeichnung

   Die Konzentration aus der Kalibrierkurve unter Berücksichtigung des Volumens der Teilmenge und der Verdünnungen ablesen. Das Ergebnis in mg N-NO₃/l oder mg NO₃/l angeben — die Einheit mit dem Auftraggeber vereinbaren, denn der Unterschied des Umrechnungsfaktors (4,43) ist eine häufige Quelle von Missverständnissen.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Konzentrierte Schwefelsäure und Eisessig — Augenschutz und Schutzkleidung sind Pflicht, niemals mit dem Mund pipettieren; die Säure in das Wasser geben, nicht umgekehrt.
• Natriumazid ist sehr giftig; der Kontakt des festen Reagenzes mit Säuren setzt ein giftiges Gas frei. Azide nicht in Kanalisationen mit Kupfer- oder Bleirohren einbringen (die Gefahr der Bildung explosionsfähiger Metallazide).
• Die alkalische Lösung von 200 g/l NaOH ist stark ätzend — in einem gekühlten Gefäß ansetzen, das Lösen ist stark exotherm.
• Das Eindampfen zur Trockne unter dem Abzug ausführen; ein Überhitzen des Rückstands nach der Zugabe der Säure vermeiden.
• Abfälle mit EDTA, Azid und Säuren getrennt sammeln und der Beseitigung nach den Vorschriften zuführen.

Häufige Fragen