🔬 Kjeldahl-Stickstoff
Kurz gefasst
Bestimmung des Kjeldahl-Stickstoffs (TKN) im Wasser durch Mineralisierung mit Selen, Ammoniak-Destillation und Titration. Die Prüfung erfolgt nach PN-EN 25663:2001; Messbereich: Bis zu 10 mg N in analytischer Probe. Das Verfahren umfasst 7 Schritte (insgesamt rund 1 Std. 43 Min.–3 Std. 50 Min.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Kommunales und industrielles Abwassermonitoring (Wassererlaubnisse), Kontrolle der Effizienz der biologischen Stickstoffabbau in Kläranlagen, Oberflächenwasseruntersuchung – Eutrophierung.
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN 25663:2001
- Kategorie: Physikochemie
- Verfahrensschritte: 7
- Gesamtdauer der Schritte: 1 Std. 43 Min.–3 Std. 50 Min.
- Messbereich: Bis zu 10 mg N in analytischer Probe
- Nachweisgrenze: 0,5 mg/L N (für 50 mL Probe)
- Genauigkeit: ±5–10%
Übersicht
Kjeldahl-Stickstoff (TKN – Total Kjeldahl Nitrogen) ist ein Summenparameter, der organischen Stickstoff (in Aminosäuren, Proteinen, Harnstoff, Nukleinsäuren) und Ammonium-Stickstoff (NH₄⁺/NH₃) umfasst. Er umfasst nicht Nitrat-Stickstoff (NO₃⁻) oder Nitrit-Stickstoff (NO₂⁻). Er ist einer der wichtigsten Indikatoren für organische Wasser- und Abwasserverschmutzung.
Die Norm PN-EN 25663 (= ISO 5663) beschreibt die Methode nach Mineralisierung mit Selen – bestimmt nur Stickstoff im dritten negativen Oxidationszustand. Die Methode besteht aus drei Stufen: Mineralisierung (Aufschluss in H₂SO₄ mit Selenkatalysator), Destillation (NH₃-Freisetzung nach Alkalisierung mit NaOH) und Titration (quantitative NH₃-Bestimmung mit Säure). Bereich: bis zu 10 mg N in analytischer Probe.
TKN ist ein obligatorischer Parameter im kommunalen und industriellen Abwassermonitoring (Wassererlaubnisse), zur Beurteilung der Effizienz von Kläranlagen (Stickstoffabbau) und bei der Oberflächenwasseruntersuchung (Eutrophierung).
Prinzip der Methode
(1) Mineralisierung: Probe wird mit konzentrierter Schwefelsäure (H₂SO₄) in Anwesenheit von Selenkatalysator und K₂SO₄/CuSO₄-Mischung bei 360–410°C erhitzt. H₂SO₄ zersetzt organische Substanz oxidativ, und organischer Stickstoff wird zu Ammoniumsulfat ((NH₄)₂SO₄) umgewandelt. (2) Destillation: Nach Abkühlung wird NaOH zugegeben, das H₂SO₄ neutralisiert und NH₄⁺ zu gasförmigem NH₃ umwandelt. Ammoniak destilliert mit Dampf und wird in Borsäure (H₃BO₃)-Lösung absorbiert. (3) Titration: Borsäurelösung mit absorbiertem NH₃ wird mit Salzsäure (HCl) gegen gemischten Indikator (z. B. Tashiro) titriert.
Anwendungen
- Kommunales und industrielles Abwassermonitoring (Wassererlaubnisse)
- Kontrolle der Effizienz der biologischen Stickstoffabbau in Kläranlagen
- Oberflächenwasseruntersuchung – Eutrophierung
- Grundwassermonitoring – landwirtschaftliche Verschmutzung
- Trinkwasseruntersuchung – Indikatorparameter
- Beurteilung der Stickstofffracht in Abwassereinleitungen in die Umwelt
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Messbereich | Bis zu 10 mg N in analytischer Probe |
| Nachweisgrenze | 0,5 mg/L N (für 50 mL Probe) |
| Genauigkeit | ±5–10% |
| Mineralisierungstemperatur | 360–410°C |
| Mineralisierungszeit | 1–3 Stunden |
| Katalysator | Selen + K₂SO₄ + CuSO₄ |
Norm
- Normnummer
- PN-EN 25663:2001
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie azotu Kjeldahla — Metoda po mineralizacji z selenem
- Title (EN)
- Water quality — Determination of Kjeldahl nitrogen — Method after mineralization with selenium
Schritt-für-Schritt-Verfahren
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Probenabmessung
Geeignetes Probenvolumen (50–250 mL je nach erwartetem N-Gehalt) in Kjeldahl-Kolben übertragen.
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Mineralisierung
1 Selenkatalysator-Tablette und 10–15 mL konzentrierte H₂SO₄ zugeben. Kolben in Heizblock stellen. Allmählich auf 360–410°C erhitzen. Bis zum Erhalt einer klaren, farblosen oder leicht grünlichen Lösung mineralisieren.
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Abkühlung
Nach Mineralisierungsende Kolben auf Raumtemperatur abkühlen. Vorsichtig ca. 50 mL deionisiertes Wasser zum Auflösen des Niederschlags zugeben.
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Destillation
Kolben in Destillationseinheit stellen. Automatischer Destillator fügt NaOH hinzu (Alkalisierung) und führt Dampfdestillation durch. NH₃ wird in Auffanggefäß mit 50 mL H₃BO₃ 4% mit Tashiro-Indikator absorbiert. Bis zum Sammeln von ca. 150–200 mL Destillat destillieren.
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Titration
Destillat (grün – NH₃ vorhanden) mit HCl 0,01 oder 0,1 mol/L bis zum Farbumschlag nach violett/grau (Endpunkt) titrieren. HCl-Volumen notieren.
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Berechnungen
N [mg/L] = (V_HCl × c_HCl × 14,007 × 1000) / V_Probe. Ergebnis in mg N/L. Blindwert abziehen.
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Qualitätskontrolle
Blindwert (deionisiertes Wasser + Reagenzien), Kontrollprobe mit (NH₄)₂SO₄ (Wiederfindung 95–105%), Duplikate. Jede Serie Destillationseffizienz überprüfen.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Kjeldahl-Mineralisierungseinheit (Heizblock) | BUCHI KjelDigester K-449, Gerhardt Kjeldatherm, VELP DKL | 20.000–60.000 PLN |
| Kjeldahl-Destillationseinheit | BUCHI KjelMaster K-375, Gerhardt Vapodest, VELP UDK 159 | 25.000–80.000 PLN |
| Kjeldahl-Kolben (250–500 mL) | Glas-Rundkolben mit Schliff | 30–80 PLN/Stück |
| Bürette 25 mL (Klasse A) | Brand, mit PTFE-Hahn | 200–600 PLN |
| Analysenwaage (0,1 mg) | Mettler Toledo ME204, Radwag AS 220.R2 | 5.000–15.000 PLN |
| Scrubber (SO₃-Dampffang) | BUCHI Scrubber K-415 | 5.000–15.000 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Konzentrierte Schwefelsäure (H₂SO₄) (96%) | 7664-93-9 | Zur Probenmineralisierung. p.a. Reinheit, stickstofffrei. 10–15 mL pro Probe zugeben. |
| Selenkatalysator (Kjeldahl-Tabletten) | — | Tabletten: K₂SO₄ (3,5 g) + CuSO₄ (0,4 g) + Se (10 mg). Fertige Tabletten (z. B. Merck, BUCHI). Eine Tablette pro Probe. |
| Natriumhydroxid (NaOH) 32–40% | 1310-73-2 | Zur Alkalisierung nach Mineralisierung – NH₃-Freisetzung. Im Überschuss zugeben (ca. 50 mL 32% pro Probe). |
| Borsäure (H₃BO₃) 4% | 10043-35-3 | NH₃-absorbierende Lösung bei Destillation. 40 g H₃BO₃ in 1 L Wasser. Gemischten Indikator zugeben. |
| Salzsäure (HCl) 0,01–0,1 mol/L (standardisiert) | 7647-01-0 | Zur Titration von absorbiertem NH₃. Konzentration entsprechend erwartetem Stickstoffgehalt gewählt. |
| Tashiro-Mischindikator | — | Lösung: 0,1 g Methylrot + 0,05 g Methylenblau in 100 mL Ethanol. Farbumschlag: grün (alkalisch) → grau → violett (sauer). |
| (NH₄)₂SO₄-Standardlösung | 7783-20-2 | Zur Wiederfindungskontrolle. 4,716 g (NH₄)₂SO₄ (getrocknet 105°C) in 1 L = 1000 mg N/L. |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Konzentrierte H₂SO₄ (96%) – stark ätzend (H314), exotherme Reaktion mit Wasser! Säure zu Wasser zugeben, nicht umgekehrt. Unter Abzug arbeiten.
- NaOH 32–40% – stark ätzend (H314). Schwere Haut- und Augenverätzungen. Gesichtsschutz verwenden.
- Selen – giftig (H301, H331, H373). Katalysator-Tabletten mit Handschuhen handhaben.
- SO₃- und NH₃-Dämpfe – giftig/reizend. Mineralisierung und Destillation NUR unter Abzug oder mit Scrubber.
- Heißes Mineralisat (>360°C) – Verbrennungsgefahr. Kolben nicht neigen.
- Schutzbrille, säurebeständige Handschuhe, Laborkittel und Gesichtsschutz erforderlich.
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN 25663:2001 — „Water quality — Determination of Kjeldahl nitrogen — Method after mineralization with selenium“.
Wie funktioniert diese Methode?
(1) Mineralisierung: Probe wird mit konzentrierter Schwefelsäure (H₂SO₄) in Anwesenheit von Selenkatalysator und K₂SO₄/CuSO₄-Mischung bei 360–410°C erhitzt. H₂SO₄ zersetzt organische Substanz oxidativ, und organischer Stickstoff wird zu Ammoniumsulfat ((NH₄)₂SO₄) umgewandelt.
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Messbereich: Bis zu 10 mg N in analytischer Probe; Nachweisgrenze: 0,5 mg/L N (für 50 mL Probe); Genauigkeit: ±5–10%; Mineralisierungstemperatur: 360–410°C.
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 1 Std. 43 Min.–3 Std. 50 Min. Das Verfahren umfasst 7 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
Kjeldahl-Mineralisierungseinheit (Heizblock), Kjeldahl-Destillationseinheit, Kjeldahl-Kolben (250–500 mL), Bürette 25 mL (Klasse A), Analysenwaage (0,1 mg), Scrubber (SO₃-Dampffang). Richtpreis für das Kerngerät (Kjeldahl-Mineralisierungseinheit (Heizblock)): 20.000–60.000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Kommunales und industrielles Abwassermonitoring (Wassererlaubnisse); Kontrolle der Effizienz der biologischen Stickstoffabbau in Kläranlagen; Oberflächenwasseruntersuchung – Eutrophierung; Grundwassermonitoring – landwirtschaftliche Verschmutzung; Trinkwasseruntersuchung – Indikatorparameter; Beurteilung der Stickstofffracht in Abwassereinleitungen in die Umwelt.
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Konzentrierte H₂SO₄ (96%) – stark ätzend (H314), exotherme Reaktion mit Wasser! Säure zu Wasser zugeben, nicht umgekehrt. Unter Abzug arbeiten.; NaOH 32–40% – stark ätzend (H314). Schwere Haut- und Augenverätzungen. Gesichtsschutz verwenden.; Selen – giftig (H301, H331, H373). Katalysator-Tabletten mit Handschuhen handhaben.; SO₃- und NH₃-Dämpfe – giftig/reizend. Mineralisierung und Destillation NUR unter Abzug oder mit Scrubber.; Heißes Mineralisat (>360°C) – Verbrennungsgefahr. Kolben nicht neigen.; Schutzbrille, säurebeständige Handschuhe, Laborkittel und Gesichtsschutz erforderlich.
Welches Labor führt diese Prüfung durch?
Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-EN 25663.