⚗️ Nitritstickstoff und Nitratstickstoff im Wasser — Fließanalyse (CFA/FIA) mit Cadmiumreduktion und der Griess-Reaktion (Sulfanilamid, N-(1-Naphthyl)ethylendiamin, 520–560 nm)

Physikochemie PN-EN ISO 13395

Übersicht

ISO 13395:1996 legt automatisierte Verfahren zur Bestimmung von Nitritstickstoff, Nitratstickstoff und der Summe beider in Wässern mittels Fließanalyse mit spektrometrischer Detektion — der kontinuierlichen Fließanalyse (CFA) und der Fließinjektionsanalyse (FIA) fest. Arbeitsbereiche: Nitrit(N) — Bereich II 0,01–0,1 mg/l und Bereich I 0,1–1,0 mg/l; Nitrit/Nitrat(N) — Bereich II 0,2–2 mg/l und Bereich I 2–20 mg/l; jeder Bereich erfordert eine eigene Kalibrierung (mindestens 5 Standards). Die chemischen Reaktionen des Nitrits sind mit denen des manuellen Verfahrens (ISO 6777) identisch. Die Verordnung von 2019 (Dz.U. 2019 Pos. 1311 — poln. Gesetzblatt) nennt PN-EN ISO 13395 (Fließanalyse, CFA und FIA, mit spektrometrischer Detektion) als Referenzverfahren für Nitrit- und Nitratstickstoff im Abwasser. In Polen gilt sie als PN-EN ISO 13395:2001 (polnische Fassung).

Allgemeine Störungen: Nitrit lässt sich nicht stabilisieren — es wird sofort analysiert; Partikel über 0,1 mm verstopfen die Leitungen (Membranfiltration), kleinere werden durch Dialyse entfernt; eine störende organische Matrix (Verbindungen hoher molarer Masse) wird durch In-line-Dialyse oder durch Filtration über Aktivkohle entfernt (sofern sich dadurch die Konzentrationen nicht ändern); die Eigenabsorption der Probe wird durch eine Messung ohne Reagenzien kompensiert; Proben mit einem Salzgehalt über 30 g/l werden verdünnt. Die Reduktion des Nitrats erfordert nach dem Mischen mit dem Puffer einen pH-Wert von 6,5–7,5 (stark saure, stark alkalische oder gepufferte Proben werden vor der Messung korrigiert); Tenside über 10 mg/l stören die Bildung des Farbstoffs (Dialyse). Cadmiumhaltige Abfälle in flüssiger oder fester Form werden auf geeignete Weise entsorgt. In der manuellen Praxis (PWr-Lehrbuch „Chemia wody" [Wasserchemie]) wird Nitrit kolorimetrisch mit Sulfanilsäure und α-Naphthylamin bei 540 nm bestimmt (0,001–0,1 mg/dm³) oder nach PN-EN 26777 mit 4-Aminobenzolsulfonamid (also Sulfanilamid) und N-(1-Naphthyl)-1,2-diaminoethan-dihydrochlorid in Phosphorsäure (pH 1,9, 540 nm), und Nitrat — nach dem Eindampfen mit Phenoldisulfonsäure (410 nm).

Prinzip der Methode

Die Probe wird kontinuierlich mit einer Pufferlösung gemischt (Imidazol 0,25 mol/l — 17,0 g/l, pH 7,5 mit HCl eingestellt; alternativ Ammoniumchlorid 85 g/l bei etwa pH 7,5 — mit einem Zusatz von Kupfersulfat 2,5 g/l: 100 µl je 100 ml, frisch angesetzt); das Nitrat in der Probe wird durch metallisches Cadmium zu Nitrit reduziert; anschließend wird kontinuierlich das Reagenz mit Phosphorsäure zugemischt (5 g Sulfanilamid und 0,5 g N-(1-Naphthyl)ethylendiamin-dihydrochlorid + 50 ml H₃PO₄ 1,71 g/ml in 500 ml; mindestens 1 Woche in einer Braunglasflasche haltbar; statt H₃PO₄ kann HCl verwendet werden) — das ursprünglich vorhandene und das durch die Reduktion entstandene Nitrit diazotiert im sauren Milieu das Sulfanilamid zu einem Diazoniumsalz, das mit dem N-(1-Naphthyl)ethylendiamin zu einem roten Farbstoff gekuppelt wird. Nitrit(N) wird unter Umgehung der Cadmiumreduktion bestimmt; Nitrat(N) aus der Differenz Summe − Nitrit. Reduktor: Cadmiumgranulat von 0,3–1,5 mm (eine Säule von z. B. 4,0 mm × mindestens 5 cm bei der FIA) oder ein Cadmiumrohr (Innendurchmesser 1,1 mm bei der CFA) — die Reduktionsleistung muss mindestens 90 % betragen und wird vor jeder Serie durch den Vergleich der Signale von Nitrat- und Nitritlösungen derselben N-Konzentration (2 oder 20 mg/l) geprüft; Vorbereitung des Granulats: Rühren mit HCl 1 mol/l bis zum metallischen Glanz, Spülen, zweimal 2 min mit CuSO₄ 20 g/l (die Oberfläche schwärzt sich), Spülen, blasenfreies Packen, dreimalige Aktivierung mit Nitratlösung; Cadmiumrohr: 5 ml gepuffertes CuSO₄ (5 min, zweimal), 20 ml Imidazollösung; die Säulen werden blasenfrei in Imidazollösung aufbewahrt. Lösungen: Nitrit(N) 100 mg/l (492,6 mg NaNO₂, bei 150 °C getrocknet, auf 1000 ml aufgefüllt; 2 Wochen bei 4 °C), Lösungen von 20 mg/l und 1 mg/l (frisch angesetzt); Nitrat(N) 200 mg/l (144,4 mg KNO₃ auf 100 ml; 1 Monat) und 20 mg/l (frisch angesetzt); Kalibrierstandards nach den Tabellen 2 und 3 (z. B. NO₂-N 0,01–0,10 mg/l aus 1–10 ml der Lösung von 1 mg/l auf 100 ml; NO₃-N 0,2–2,0 mg/l aus 1–10 ml der Lösung von 20 mg/l auf 100 ml), unmittelbar vor der Messung angesetzt; Polyethylenglycol-dodecylether-Tensid 30 % (1 ml/l der Trägerlösungen, etwa 4 Wochen); die Träger- und Pufferlösungen C und B entgast (für die FIA). FIA-Apparatur: Reagenzienbehälter, eine pulsationsarme Pumpe, ein Dosierventil von 10–300 µl, ein Cadmiumreduktor, Leitungen und Wendeln von 0,5–0,8 mm aus inerten Kunststoffen, eine optionale Dialysezelle mit Cellulosemembran (hinter dem Dosierventil; gleiche Flüsse von Donor und Akzeptor), ein photometrischer Detektor mit Durchflussküvette bei 520–560 nm, ein Schreiber (Auswertung der Peakhöhen), ein Autosampler; CFA: ein Autosampler, eine Pumpe, ein Cadmiumrohr, ein Manifold mit Segmentierung durch Blasen (Stickstoff wird empfohlen; bei Luft — Entgasung vor der Cadmiumsäule), Dialyse, ein Detektor bei 520–560 nm. Prüfung des Systems: ein Standard von 0,05 mg/l NO₂-N oder 1 mg/l NO₃-N im unteren Bereich muss eine Extinktion von mindestens 0,04 je 10 mm ergeben. Reagenzienblindwert: statt des Puffers B und des Reagenzes R1 wird 2 min Wasser durchgeleitet — eine Änderung der Extinktion über 0,015/10 mm bedeutet, dass das Wasser oder die Reagenzien verunreinigt sind. Proben: nur Nitrit — eine Flasche aus Glas oder PE, Analyse sofort; die Summe oder Nitrat bei niedrigem Nitritgehalt — ebenfalls PE/PTFE, Ansäuern mit HCl auf etwa pH 2, 2–5 °C, Analyse innerhalb von 24 h (ausnahmsweise −20 °C bis zu 8 Tage nach einer Überprüfung); Filtration bei Partikeln über 0,1 mm.

Anwendungen

• Gereinigtes und rohes Abwasser — Nitrit- und Nitratstickstoff (Referenzverfahren nach Dz.U. 2019 Pos. 1311), Kontrolle der Nitrifikation/Denitrifikation
• Oberflächenwasser und Grundwasser — Überwachung des Nitrats aus der Landwirtschaft (Bereich bis 20 mg/l N)
• Trinkwasser — Nitrit ab 0,01 mg/l N und Nitrat
• Laboratorien mit hohem Durchsatz — automatische FIA/CFA-Fließanalyse mit Autosampler
• Gefärbte oder trübe Proben und Proben mit Tensiden — In-line-Dialyse; salzhaltige Wässer (über 30 g/l) nach Verdünnung

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

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

Titel (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

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probe

   Wasche die Gefäße mit Wasser und spüle sie mit der Probe. Bestimme Nitrit sofort (eine Flasche aus Glas oder PE). Säuere die Probe für die Summe oder für Nitrat (bei niedrigem Nitritgehalt) mit HCl auf etwa pH 2 an, bewahre bei 2–5 °C auf und analysiere innerhalb von 24 h (ausnahmsweise bei −20 °C bis zu 8 Tage nach einer Überprüfung); filtriere bei Partikeln über 0,1 mm; verdünne bei einem Salzgehalt über 30 g/l; stelle den pH-Wert stark saurer/alkalischer Proben so ein, dass er nach dem Puffer 6,5–7,5 beträgt.

2. Cadmiumreduktor

   Granulat: rühre mit HCl 1 mol/l bis zum metallischen Glanz, spüle mit Wasser, rühre zweimal 2 min mit CuSO₄ 20 g/l (es schwärzt sich), spüle, packe die Säule blasenfrei (Glaswolle), baue sie ein und aktiviere sie dreimal mit Nitratlösung, wobei du den höchsten Standard des Bereichs (2 oder 20 mg/l) bis zu stabilen Ergebnissen misst. Rohr: 2 × 5 ml gepuffertes CuSO₄ (je 5 min), 20 ml Imidazol. Bewahre es blasenfrei in Imidazol auf.

3. Prüfung der Reduktionsleistung

   Miss vor jeder Serie nacheinander eine Nitrat(N)- und eine Nitrit(N)-Lösung derselben Konzentration (2 mg/l für Bereich II, 20 mg/l für Bereich I); liegt das Nitratsignal unter 90 % des Nitritsignals — wiederhole die Vorbereitung/Aktivierung des Reduktors.

4. Aufbau des Systems und Blindwert

   Baue das System auf (FIA/CFA; mit dem Reduktor für die Summe, ohne ihn für das Nitrit), leite die Reagenzien etwa 10 min durch (für die Summe: 10 min ohne und 10 min mit dem Reduktor), stelle die Basislinie auf null und prüfe das Signal-Rausch-Verhältnis; prüfe das System mit einem Standard von 0,05 mg/l NO₂-N oder 1 mg/l NO₃-N (A ≥ 0,04/10 mm); führe einen Reagenzienblindwert durch (Wasser statt B und R1 für 2 min; eine Änderung über 0,015 A → tausche Wasser/Reagenzien aus).

5. Kalibrierung

   Wähle den Arbeitsbereich und setze unmittelbar vor der Messung mindestens 5 Standards an (Tabellen 2–3: z. B. 1–10 ml der Lösung von 1 mg/l NO₂-N auf 100 ml → 0,01–0,10 mg/l; 1–10 ml der Lösung von 20 mg/l NO₃-N auf 100 ml → 0,2–2,0 mg/l); miss die Standards und den Blindwert unter denselben Bedingungen wie die Proben; eine eigene Kalibrierung für jeden Bereich und jede Form.

6. Messung und Ergebnis

   Miss die Proben (Peakhöhen); miss bei gefärbten Proben auch das Signal ohne Reagenzien und ziehe es ab; berechne NO₂-N und NO₂+NO₃-N aus den Kalibrierfunktionen und NO₃-N als die Differenz; gib das Ergebnis in mg/l N an (Umrechnungsfaktoren auf die Ionen: N-NO₃ × 4,4267 = NO₃⁻, N-NO₂ × 3,2882 = NO₂⁻ nach dem Lehrbuch). Entsorge die Cadmiumabfälle nach den Vorschriften.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Cadmium und seine Abfälle (Lösungen, verbrauchtes Granulat) sind giftig und krebserzeugend — gesondert sammeln und nach den Vorschriften entsorgen
• N-(1-Naphthyl)ethylendiamin und Sulfanilamid — Hautkontakt vermeiden; Phosphor- und Salzsäure — Schutzbrille, Handschuhe
• Imidazol — reizend; Kupfersulfat — schädlich für Wasserorganismen
• Stickstoffflasche für die Segmentierung — sichern, Raum lüften

Häufige Fragen