🔬 Nitrate im Wasser
Spektrophotometrische Bestimmung von Nitraten (NO₃⁻) im Wasser mittels Sulfosalicylsäuremethode. Ein Schlüsselparameter für Nitratkontamination landwirtschaftlichen Ursprungs.
Übersicht
Nitrate (NO₃⁻) sind das endgültige Oxidationsprodukt von Stickstoff im Wasser (Nitrifikation: NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻). Ihre Anwesenheit in Oberflächen- und Grundwasser ist hauptsächlich zurückzuführen auf: landwirtschaftliche Abflüsse (Stickstoffdünger), gereinigte Abwassereinleitungen (nach Nitrifikation) und natürliche Mineralisierung organischer Substanz.
Übermäßige Nitratkonzentration in Trinkwasser stellt Gesundheitsrisiken dar — Methämoglobinämie (Blausucht) bei Säuglingen. Standard: ≤50 mg NO₃⁻/L (Verordnung des polnischen Gesundheitsministeriums) = 11,3 mg N-NO₃⁻/L. Nitratrichtlinie (91/676/EWG) verlangt Überwachung und Begrenzung der Wassernitratkontamination aus landwirtschaftlichen Quellen.
ISO 7890-3-Methode mit Sulfosalicylsäure beinhaltet Bildung von gelbem Natriumnitrosalicylat in alkalischem Medium, gemessen bei 410 nm. Sie ist resistent gegen Chloridinterferenzen und geeignet für Roh- und Trinkwasser.
Prinzip der Methode
Nitrate reagieren mit Sulfosalicylsäure (5-Sulfosalicylsäure) in wasserfreier Umgebung (Verdampfung mit H₂SO₄) unter Bildung einer Mischung von Nitrosalicylaten (ortho- und para-). Nach Natriumhydroxid-Zugabe (Alkalisierung) bildet sich stabiles gelbes 5-Nitrosalicylat-Natriumanion.
NO₃⁻ + Sulfosalicylsäure → (H₂SO₄, wasserfrei) → 5-Nitrosalicylsäure 5-Nitrosalicylsäure + NaOH → Natrium-5-nitrosalicylat (gelb)
Die Absorbanz der gelben Lösung wird spektrophotometrisch bei 410 nm Wellenlänge gemessen. Die Farbintensität ist proportional zur Nitratkonzentration.
Anwendungen
- Trinkwasserkontrolle (Grenzwert ≤50 mg NO₃⁻/L)
- Grundwasserüberwachung (landwirtschaftliche Nitratkontamination)
- Oberflächenwasserüberwachung (Eutrophierung)
- Gereinigtes Abwasserkontrolle (Denitrifikationseffizienz)
- Nitratrichtlinie — Überwachung gefährdeter Zonen
- Quell- und Mineralwasseruntersuchung
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Messbereich | 0,003–0,2 mg N/L (bei 25 mL Probe und 40 mm Küvette) |
| Nachweisgrenze | 0,003–0,013 mg N/L |
| Wellenlänge | 410 nm |
| Küvette | 10–40 mm (für Konzentration wählen) |
| Präzision (VK) | 5–10% |
| Interferenzen | Nitrite (>0,5 mg/L), Chloride (>300 mg/L), Farbe, Trübung |
Norm
- Normnummer
- ISO 7890-3:1988
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie azotanów — Część 3: Metoda spektrometryczna z kwasem sulfosalicylowym (brak odpowiednika PN-EN)
- Title (EN)
- Water quality — Determination of nitrate — Part 3: Spectrometric method using sulfosalicylic acid
Schritt-für-Schritt-Verfahren
1. Probenvorbereitung
Probe durch 0,45 μm Membranfilter filtrieren (falls trüb). 25 mL Probe in Porzellan-Verdampfungsschale messen. Für höhere Konzentrationsproben — verdünnen.
2. Verdampfung
Probe im Wasserbad bei 80°C bis zur Trockenheit verdampfen. Nicht überhitzen — Nitrate können sich über 100°C zersetzen.
3. Sulfosalicylsäure-Zugabe
Zum trockenen Rückstand 1 mL Sulfosalicylsäurelösung in H₂SO₄ hinzufügen. Mit Glasstab mischen. 10 Minuten warten (Nitrierungsreaktion in wasserfreier Umgebung).
4. Wasserzugabe und Alkalisierung
Vorsichtig 10–20 mL entionisiertes Wasser hinzufügen. Dann langsam NaOH 8 mol/L Lösung bis pH >12 hinzufügen (Farbwechsel zu gelb). In Messkolben auf 50 mL auffüllen.
5. Abkühlung
Warten, bis Lösung Raumtemperatur erreicht (Alkalisierung ist exotherm). Im Messkolben bis zur Markierung auffüllen.
6. Absorbanz-Messung
Absorbanz bei 410 nm gegen Blindprobe messen (Blindprobe identisch mit entionisiertem Wasser zubereitet). Konzentration aus Kalibrierkurve ablesen.
7. Qualitätskontrolle
Kontrollstandard — Abweichung max ±10%. Blindprobe — Absorbanz <0,02. Duplikate — RPD <15%. Kalibrierkurve — R² >0,999.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| UV-VIS Spektrophotometer | Hach DR6000, Shimadzu UV-1900, WTW photoLab 7600 | 15 000–45 000 PLN |
| Optische Küvetten 10–40 mm | Glas- oder Quarzküvetten | 50–300 PLN/Stk. |
| Heizplatte oder Wasserbad | Zur Probenverdampfung bei 80°C | 1 000–5 000 PLN |
| Automatische Pipetten | Eppendorf Research Plus 1–10 mL | 800–2 000 PLN |
| Becher / Porzellan-Verdampfungsschalen | Verdampfungsschalen 50–100 mL für Badverdampfung | 20–60 PLN/Stk. |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Sulfosalicylsäure (5-Sulfosalicylsäure) | 5965-83-3 | Färbereagenz: 10 g Sulfosalicylsäure in 100 mL konzentrierter H₂SO₄. Frisch zubereiten. |
| Schwefelsäure H₂SO₄ konzentriert | 7664-93-9 | Wasserfreies Reaktionsmedium für Nitrierung. Stark ätzend und hygroskopisch. |
| Natriumhydroxid NaOH | 1310-73-2 | Lösung 8 mol/L (320 g/L) zur Alkalisierung. Stark ätzend, exotherme Reaktion mit Wasser. |
| Natrium-Kalium-Tartrat (Seignettesalz) | 304-59-6 | Zusatz zur Maskierung von Metallinterferenzen (Fe, Mn). 50 g/L. |
| NO₃⁻-Standardlösung 1000 mg N/L | 7631-99-4 | Zertifiziertes CRM (KNO₃ oder NaNO₃ in Wasser). Für Kalibrierkurve. |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Konzentrierte Schwefelsäure — stark ätzend, verursacht schwere Verätzungen. Exotherme Reaktion mit Wasser. Unter Abzug arbeiten.
- Natriumhydroxid 8 mol/L — stark ätzend. Schutzbrille, Handschuhe und Kittel verwenden.
- Sulfosalicylsäure — reizend, Haut- und Augenkontakt vermeiden.
- Schutzbrille, Nitrilhandschuhe und Kittel obligatorisch.
- Probenalkalisierung mit H₂SO₄ — stark exotherm! NaOH langsam und vorsichtig zugeben.