🔬 Gesamtstickstoff im Wasser
Kurz gefasst
Bestimmung des Gesamtstickstoffs im Wasser nach oxidativem Aufschluss mit Peroxodisulfaten. Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 11905-1:1998; Messbereich: 1–100 mg N/L (ohne Verdünnung). Das Verfahren umfasst 11 Schritte (insgesamt rund 3 Std. 25 Min.–3 Std. 40 Min.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Überwachung der Oberflächenwasserqualität (Flüsse, Seen, Stauseen), Kontrolle von kommunalem und industriellem Abwasser (Wasserrechtserlaubnisse), Bewertung des Eutrophierungsrisikos in Gewässern.
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 11905-1:1998
- Kategorie: Physikochemie
- Verfahrensschritte: 11
- Gesamtdauer der Schritte: 3 Std. 25 Min.–3 Std. 40 Min.
- Messbereich: 1–100 mg N/L (ohne Verdünnung)
- Nachweisgrenze: 0,1 mg N/L
- Genauigkeit: ±5–10 % des Messwerts
Übersicht
Gesamtstickstoff (TN — Total Nitrogen) ist einer der Schlüsselparameter zur Beurteilung der Wasser- und Abwasserqualität. Er umfasst die Summe aller in der Probe vorhandenen Stickstoffformen: organischer Stickstoff (Proteine, Aminosäuren, Harnstoff), Ammoniumstickstoff (NH₄⁺), Nitritstickstoff (NO₂⁻) und Nitratstickstoff (NO₃⁻). Ein übermäßiger Stickstoffgehalt in Oberflächengewässern führt zur Eutrophierung — einer massiven Entwicklung von Algen und Cyanobakterien, die aquatische Ökosysteme beeinträchtigt.
Die Methode nach PN-EN ISO 11905-1 besteht aus der oxidativen Mineralisierung der Wasserprobe mit Peroxodisulfaten (Persulfaten) in alkalischer Umgebung. Als Ergebnis dieses Prozesses werden alle in der Probe vorhandenen Stickstoffformen zu Nitraten (NO₃⁻) oxidiert. Die Nitratkonzentration wird anschließend spektrophotometrisch nach Reduktion zu Nitriten bestimmt — direkt oder mittels Durchflussanalyse (CFA/FIA).
Die Bestimmung des Gesamtstickstoffs ist gemäß polnischen Vorschriften zur Überwachung von Oberflächengewässern, kommunalem und industriellem Abwasser sowie Grundwasser vorgeschrieben. Dieser Parameter ist in Wasserrechtserlaubnissen und WIOŚ-Berichten (Inspektion für Umweltschutz) obligatorisch. Der zulässige Wert des Gesamtstickstoffs in Abwasser, das in Gewässer eingeleitet wird, beträgt 10–30 mg N/L, abhängig von der Größe der Kläranlage.
Die Peroxodisulfat-Methode wird aufgrund ihrer geringeren Toxizität gegenüber der klassischen Kjeldahl-Methode bevorzugt — sie erfordert keinen Einsatz von Schwefelsäure, Selenkatalysatoren oder toxischen Reagenzien. Sie liefert genaue Ergebnisse für natürliche Gewässer, Trinkwasser, Meerwasser und Abwasser mit einem Gehalt an organischer Substanz unter 40 mg C/L.
Prinzip der Methode
Die Wasserprobe wird einer oxidativen Mineralisierung mit Kaliumperoxodisulfat (K₂S₂O₈) in alkalischer, mit Natriumhydroxid gepufferter Umgebung unterzogen. Bei einer Temperatur von 120°C (Autoklav) oder 100°C (Kochen) zersetzen sich Peroxodisulfate unter Bildung hochreaktiver Sulfatradikale (SO₄⁻•), die alle Formen des organischen und anorganischen Stickstoffs zu Nitraten (NO₃⁻) oxidieren. Anschließend werden Nitrate an einer Cadmiumsäule oder enzymatisch (Nitratreduktase) zu Nitriten (NO₂⁻) reduziert, und Nitrite werden spektrophotometrisch in einer Diazotierungsreaktion mit Griess-Reagenz (Sulfanilamid + N-(1-Naphthyl)ethylendiamin) bei einer Wellenlänge von 540 nm bestimmt.
Anwendungen
- Überwachung der Oberflächenwasserqualität (Flüsse, Seen, Stauseen)
- Kontrolle von kommunalem und industriellem Abwasser (Wasserrechtserlaubnisse)
- Bewertung des Eutrophierungsrisikos in Gewässern
- Trinkwasseruntersuchung (Gesundheitsministerium-Verordnung — Grenzwert NO₃: 50 mg/L)
- Überwachung von Grundwasser und Wasserentnahmestellen
- Kontrolle biologischer Stickstoff-Entfernungsprozesse in Kläranlagen
- Umweltstudien — Bewertung der Auswirkungen der Landwirtschaft auf Gewässer
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Messbereich | 1–100 mg N/L (ohne Verdünnung) |
| Nachweisgrenze | 0,1 mg N/L |
| Genauigkeit | ±5–10 % des Messwerts |
| Wellenlänge | 540 nm (nach Reduktion zu Nitriten) |
| Mineralisierungstemperatur | 120°C (Autoklav, 30 min) |
| Analysenzeit | 1–2 Stunden (mit Mineralisierung) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 11905-1:1998
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie azotu — Część 1: Metoda z zastosowaniem utleniania nadsiarczynami
- Title (EN)
- Water quality — Determination of nitrogen — Part 1: Method using oxidative digestion with peroxodisulfate
Schritt-für-Schritt-Verfahren
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Probenvorbereitung
Die Wasserprobe durch einen 0,45-µm-Filter filtrieren (für gelösten Stickstoff) oder unfiltriert belassen (Gesamtstickstoff). Probe bei 4°C lagern, Analyse innerhalb von 28 Tagen.
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Herstellung der Mineralisierungslösung
10 g K₂S₂O₈ und 6 g NaOH in 200 mL entionisiertem Wasser lösen. 30 g H₃BO₃ hinzufügen. Am Tag der Analyse frisch herstellen.
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Probenmineralisierung
10 mL Probe in ein Reagenzglas abmessen und 5 mL Mineralisierungslösung hinzufügen. Fest verschließen und in den Autoklav stellen.
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Autoklav — Oxidation
Mineralisierung im Autoklav bei 120°C unter 1,1 atm Druck für 30 Minuten durchführen. Auf Raumtemperatur abkühlen lassen.
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Ansäuerung
Nach der Mineralisierung die Probe mit Salzsäure auf pH 2–3 ansäuern. Mit entionisiertem Wasser auf 25 mL auffüllen.
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Reduktion von Nitraten zu Nitriten
Die Probe durch eine aktivierte Cd/Cu-Reduktionssäule leiten oder Nitratreduktase-Enzymlösung mit NADH hinzufügen. 15–30 min warten.
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Farbreaktion — Griess-Reagenz
0,5 mL Sulfanilamid-Lösung (1 % in 3 mol/L HCl) hinzufügen. Mischen. Nach 2 min 0,5 mL NED (0,02 %) hinzufügen. Mischen und 10 min zur Farbentwicklung warten.
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Spektrophotometrische Messung
Absorbanz bei 540 nm in 1-cm- oder 5-cm-Küvette messen. Konzentration aus Kalibrierkurve ablesen (6–8 Punkte, Bereich 0–10 mg N/L).
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Erstellung der Kalibrierkurve
Eine Reihe von KNO₃-Standardlösungen herstellen: 0; 0,5; 1; 2; 5; 10 mg N/L. Dem identischen Mineralisierungs- und Reduktionsverfahren unterziehen.
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Qualitätskontrolle (QK)
Blindprobe (entionisiertes Wasser) analysieren, Doppelbestimmung alle 10 Proben, CRM-Kontrollprobe. Wiederfindung 90–110 %.
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Berechnung und Berichterstattung
Gesamtstickstoffkonzentration aus der Kalibrierkurve berechnen. Ergebnis in mg N/L auf 0,1 mg/L angeben. Verdünnungen berücksichtigen.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| UV-VIS-Spektrophotometer | Hach DR6000, Shimadzu UV-1900i, Thermo Scientific GENESYS 150 | 15 000–45 000 PLN |
| Laborautoklav | Tuttnauer ELV 2540, Systec VX-65 | 20 000–45 000 PLN |
| Blockaufschlussgerät | Gerhardt Kjeldatherm, Büchi SpeedDigester K-439 | 25 000–55 000 PLN |
| Durchflussanalysesystem CFA/FIA | SEAL Analytical AA500, Skalar San++ | 80 000–200 000 PLN |
| Cadmium-Reduktionssäule | Individuell gepackte Cd/Cu-Säule | 500–1 500 PLN |
| Analysenwaage | Mettler Toledo ME204, Sartorius Quintix 224 | 5 000–12 000 PLN |
| Automatische Pipetten | Eppendorf Research Plus, Gilson Pipetman L | 800–2 500 PLN/Stk. |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Kaliumperoxodisulfat (K₂S₂O₈) | 7727-21-1 | ACS-Qualität, Oxidationsmittel für die Mineralisierung, Arbeitskonzentration 0,045 mol/L |
| Natriumhydroxid (NaOH) | 1310-73-2 | ACS-Qualität, zur Pufferung der alkalischen Mineralisierungsumgebung |
| Borsäure (H₃BO₃) | 10043-35-3 | ACS-Qualität, alkalischer Puffer zur Vermeidung von Ammoniumstickstoffverlusten |
| Sulfanilamid | 63-74-1 | ACS-Qualität, Reagenz für die Diazotierungsreaktion (Griess-Reagenz I) |
| N-(1-Naphthyl)ethylendiamin (NED) | 1465-25-4 | Dihydrochlorid, Griess-Reagenz II, zur Bildung des farbigen Azokomplexes |
| Kaliumnitrat (KNO₃) | 7757-79-1 | Nitrat-Standard CRM für die Kalibrierkurve, 1000 mg N/L |
| Salzsäure (HCl) | 7647-01-0 | 3 mol/L, zur Ansäuerung der Probe nach der Mineralisierung |
| Metallisches Cadmium (Cd) | 7440-43-9 | Granulat 0,3–1,0 mm für die Reduktionssäule (Reduktion NO₃⁻ → NO₂⁻) |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Kaliumperoxodisulfat — starkes Oxidationsmittel, kann Haut- und Augenreizungen verursachen. Handschuhe und Schutzbrille verwenden
- Natriumhydroxid — stark ätzend (H314). Handschuhe, Schutzbrille, Laborkittel verwenden. Bei Hautkontakt sofort mit Wasser abspülen
- Cadmium — toxisch und krebserzeugend (Kat. 1B). Staubabsaugung verwenden, Nitrilhandschuhe, unter dem Abzug arbeiten
- Salzsäure — ätzend, reizend für die Atemwege. Unter dem Abzug arbeiten, persönliche Schutzausrüstung verwenden
- Autoklav — Verbrennungsgefahr durch heißen Dampf. Hitzebeständige Handschuhe verwenden, nicht vor Druckabfall öffnen
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 11905-1:1998 — „Water quality — Determination of nitrogen — Part 1: Method using oxidative digestion with peroxodisulfate“.
Wie funktioniert diese Methode?
Die Wasserprobe wird einer oxidativen Mineralisierung mit Kaliumperoxodisulfat (K₂S₂O₈) in alkalischer, mit Natriumhydroxid gepufferter Umgebung unterzogen. Bei einer Temperatur von 120°C (Autoklav) oder 100°C (Kochen) zersetzen sich Peroxodisulfate unter Bildung hochreaktiver Sulfatradikale (SO₄⁻•), die alle Formen des organischen und anorganischen Stickstoffs zu Nitraten (NO₃⁻) oxidieren.
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Messbereich: 1–100 mg N/L (ohne Verdünnung); Nachweisgrenze: 0,1 mg N/L; Genauigkeit: ±5–10 % des Messwerts; Wellenlänge: 540 nm (nach Reduktion zu Nitriten).
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 3 Std. 25 Min.–3 Std. 40 Min. Das Verfahren umfasst 11 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
UV-VIS-Spektrophotometer, Laborautoklav, Blockaufschlussgerät, Durchflussanalysesystem CFA/FIA, Cadmium-Reduktionssäule, Analysenwaage, Automatische Pipetten. Richtpreis für das Kerngerät (UV-VIS-Spektrophotometer): 15 000–45 000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Überwachung der Oberflächenwasserqualität (Flüsse, Seen, Stauseen); Kontrolle von kommunalem und industriellem Abwasser (Wasserrechtserlaubnisse); Bewertung des Eutrophierungsrisikos in Gewässern; Trinkwasseruntersuchung (Gesundheitsministerium-Verordnung — Grenzwert NO₃: 50 mg/L); Überwachung von Grundwasser und Wasserentnahmestellen; Kontrolle biologischer Stickstoff-Entfernungsprozesse in Kläranlagen; Umweltstudien — Bewertung der Auswirkungen der Landwirtschaft auf Gewässer.
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Kaliumperoxodisulfat — starkes Oxidationsmittel, kann Haut- und Augenreizungen verursachen. Handschuhe und Schutzbrille verwenden; Natriumhydroxid — stark ätzend (H314). Handschuhe, Schutzbrille, Laborkittel verwenden. Bei Hautkontakt sofort mit Wasser abspülen; Cadmium — toxisch und krebserzeugend (Kat. 1B). Staubabsaugung verwenden, Nitrilhandschuhe, unter dem Abzug arbeiten; Salzsäure — ätzend, reizend für die Atemwege. Unter dem Abzug arbeiten, persönliche Schutzausrüstung verwenden; Autoklav — Verbrennungsgefahr durch heißen Dampf. Hitzebeständige Handschuhe verwenden, nicht vor Druckabfall öffnen.
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 ISO 11905-1.