🔬 Azot Kjeldahla
Krótko: o co chodzi
Oznaczanie azotu Kjeldahla (TKN) w wodzie metodą mineralizacji z selenem, destylacji amoniakalnej i miareczkowania. Badanie wykonuje się według normy PN-EN 25663:2001; Zakres pomiarowy: Do 10 mg N w próbce analitycznej. Procedura obejmuje 7 kroków (łącznie około 1 h 43 min–3 h 50 min); stosuje się je m.in. do: Monitoring ścieków komunalnych i przemysłowych (pozwolenia wodnoprawne), Kontrola efektywności biologicznego usuwania azotu w oczyszczalniach, Badanie wód powierzchniowych — eutrofizacja.
W skrócie
- Norma: PN-EN 25663:2001
- Kategoria: Fizykochemia
- Kroków procedury: 7
- Łączny czas etapów: 1 h 43 min–3 h 50 min
- Zakres pomiarowy: Do 10 mg N w próbce analitycznej
- Granica wykrywalności: 0,5 mg/l N (dla 50 ml próbki)
- Dokładność: ±5–10%
Przegląd
Azot Kjeldahla (TKN — Total Kjeldahl Nitrogen) jest sumarycznym parametrem obejmującym azot organiczny (w aminokwasach, białkach, mocznik, kwasy nukleinowe) oraz azot amonowy (NH₄⁺/NH₃). Nie obejmuje azotu azotanowego (NO₃⁻) ani azotynowego (NO₂⁻). Jest jednym z kluczowych wskaźników zanieczyszczenia organicznego wody i ścieków.
Norma PN-EN 25663 (= ISO 5663) opisuje metodę po mineralizacji z selenem — oznacza się wyłącznie azot na trzecim ujemnym stopniu utlenienia. Metoda składa się z trzech etapów: mineralizacji (roztwarzanie w H₂SO₄ z katalizatorem selenowym), destylacji (wydzielenie NH₃ po alkalizacji NaOH) i miareczkowania (oznaczenie ilościowe NH₃ kwasem). Zakres: do 10 mg N w próbce analitycznej.
TKN jest parametrem obowiązkowym w monitoringu ścieków komunalnych i przemysłowych (pozwolenia wodnoprawne), ocenie efektywności oczyszczalni (usuwanie azotu) oraz badaniu wód powierzchniowych (eutrofizacja).
Zasada metody
(1) Mineralizacja: próbka jest ogrzewana ze stężonym kwasem siarkowym (H₂SO₄) w obecności katalizatora selenowego i mieszaniny K₂SO₄/CuSO₄ w temperaturze 360–410°C. H₂SO₄ rozkłada materię organiczną utleniająco, a azot organiczny konwertuje do siarczanu amonu ((NH₄)₂SO₄). (2) Destylacja: po oziębieniu dodaje się NaOH, który neutralizuje H₂SO₄ i konwertuje NH₄⁺ do gazowego NH₃. Amoniak destyluje z parą wodną i jest pochłaniany w roztworze kwasu borowego (H₃BO₃). (3) Miareczkowanie: roztwór kwasu borowego z pochłoniętym NH₃ miareczkuje się kwasem solnym (HCl) wobec wskaźnika mieszanego (np. Tashiro).
Zastosowania
- Monitoring ścieków komunalnych i przemysłowych (pozwolenia wodnoprawne)
- Kontrola efektywności biologicznego usuwania azotu w oczyszczalniach
- Badanie wód powierzchniowych — eutrofizacja
- Monitoring wód podziemnych — zanieczyszczenia rolnicze
- Badanie wody pitnej — parametr wskaźnikowy
- Ocena ładunku azotu w zrzutach ścieków do środowiska
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres pomiarowy | Do 10 mg N w próbce analitycznej |
| Granica wykrywalności | 0,5 mg/l N (dla 50 ml próbki) |
| Dokładność | ±5–10% |
| Temperatura mineralizacji | 360–410°C |
| Czas mineralizacji | 1–3 godziny |
| Katalizator | Selen + K₂SO₄ + CuSO₄ |
Norma
- Numer normy
- PN-EN 25663:2001
- Tytuł (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie azotu Kjeldahla — Metoda po mineralizacji z selenem
- Title (EN)
- Water quality — Determination of Kjeldahl nitrogen — Method after mineralization with selenium
Procedura krok po kroku
-
Odmierzenie próbki
Przenieść odpowiednią objętość próbki (50–250 ml w zależności od oczekiwanego stężenia N) do kolby Kjeldahla.
-
Mineralizacja
Dodać 1 tabletkę katalizatora selenowego i 10–15 ml H₂SO₄ stężonego. Umieścić kolbę w bloku grzewczym. Podgrzewać stopniowo do 360–410°C. Mineralizować do uzyskania klarownego, bezbarwnego lub lekko zielonkawego roztworu.
-
Ostudzenie
Po zakończeniu mineralizacji ostudzić kolbę do temperatury pokojowej. Dodać ostrożnie ok. 50 ml wody dejonizowanej w celu rozpuszczenia osadu.
-
Destylacja
Umieścić kolbę w destylatorze. Automatyczny destylator dodaje NaOH (alkalizacja) i prowadzi destylację z parą wodną. NH₃ jest pochłaniany w naczyniu odbiorczym zawierającym 50 ml H₃BO₃ 4% ze wskaźnikiem Tashiro. Destylować do zebrania ok. 150–200 ml destylatu.
-
Miareczkowanie
Destylat (zielony — obecność NH₃) miareczkować HCl 0,01 lub 0,1 mol/l do zmiany barwy na fioletową/szarą (punkt końcowy). Zapisać objętość HCl.
-
Obliczenia
N [mg/l] = (V_HCl × c_HCl × 14,007 × 1000) / V_próbki. Wynik w mg N/l. Odjąć ślepą próbę.
-
Kontrola jakości
Ślepa próba (woda dejonizowana + odczynniki), próbka kontrolna z (NH₄)₂SO₄ (odzysk 95–105%), oznaczenia powtórzone. Co serię weryfikować sprawność destylacji.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Mineralizator Kjeldahla (blok grzewczy) | BUCHI KjelDigester K-449, Gerhardt Kjeldatherm, VELP DKL | 20 000–60 000 PLN |
| Destylator Kjeldahla | BUCHI KjelMaster K-375, Gerhardt Vapodest, VELP UDK 159 | 25 000–80 000 PLN |
| Kolby Kjeldahla (250–500 ml) | Szklane kolby okrągłodenne z szlifem | 30–80 PLN/szt. |
| Biureta 25 ml (klasa A) | Brand, z kranem PTFE | 200–600 PLN |
| Waga analityczna (0,1 mg) | Mettler Toledo ME204, Radwag AS 220.R2 | 5 000–15 000 PLN |
| Skruber (wyłapywanie oparów SO₃) | BUCHI Scrubber K-415 | 5 000–15 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Kwas siarkowy (H₂SO₄) stężony (96%) | 7664-93-9 | Do mineralizacji próbki. Czystość p.a., wolny od azotu. Dodawać 10–15 ml na próbkę. |
| Katalizator selenowy (tabletki Kjeldahla) | — | Tabletki: K₂SO₄ (3,5 g) + CuSO₄ (0,4 g) + Se (10 mg). Gotowe tabletki (np. Merck, BUCHI). Jedna tabletka na próbkę. |
| Wodorotlenek sodu (NaOH) 32–40% | 1310-73-2 | Do alkalizacji po mineralizacji — uwalnianie NH₃. Dodawać w nadmiarze (ok. 50 ml 32% na próbkę). |
| Kwas borowy (H₃BO₃) 4% | 10043-35-3 | Roztwór pochłaniający NH₃ w destylacji. 40 g H₃BO₃ w 1 l wody. Dodać wskaźnik mieszany. |
| Kwas solny (HCl) 0,01–0,1 mol/l (mianowany) | 7647-01-0 | Do miareczkowania pochłoniętego NH₃. Stężenie dobrane do oczekiwanej zawartości azotu. |
| Wskaźnik mieszany Tashiro | — | Roztwór: 0,1 g czerwieni metylowej + 0,05 g błękitu metylenowego w 100 ml etanolu. Zmiana barwy: zielona (zasadowa) → szara → fioletowa (kwaśna). |
| Roztwór wzorcowy (NH₄)₂SO₄ | 7783-20-2 | Do kontroli odzysku. 4,716 g (NH₄)₂SO₄ (suszony 105°C) w 1 l = 1000 mg N/l. |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- H₂SO₄ stężony (96%) — silnie żrący (H314), egzotermiczna reakcja z wodą! Dodawać kwas do wody, nie odwrotnie. Pracować pod dygestorium.
- NaOH 32–40% — silnie żrący (H314). Poważne oparzenia skóry i oczu. Stosować osłonę twarzy.
- Selen — toksyczny (H301, H331, H373). Tabletki katalityczne manipulować w rękawicach.
- Opary SO₃ i NH₃ — toksyczne/drażniące. Mineralizacja i destylacja WYŁĄCZNIE pod dygestorium lub ze skruberem.
- Gorący mineralizat (>360°C) — ryzyko poparzeń. Nie przechylać kolb.
- Okulary ochronne, rękawice kwasoodporne, fartuch laboratoryjny i osłona twarzy wymagane.
Najczęstsze pytania
Jaka norma opisuje to badanie?
Badanie wykonuje się według normy PN-EN 25663:2001 — „Jakość wody — Oznaczanie azotu Kjeldahla — Metoda po mineralizacji z selenem”. Tytuł angielski: „Water quality — Determination of Kjeldahl nitrogen — Method after mineralization with selenium”.
Na czym polega ta metoda?
(1) Mineralizacja: próbka jest ogrzewana ze stężonym kwasem siarkowym (H₂SO₄) w obecności katalizatora selenowego i mieszaniny K₂SO₄/CuSO₄ w temperaturze 360–410°C. H₂SO₄ rozkłada materię organiczną utleniająco, a azot organiczny konwertuje do siarczanu amonu ((NH₄)₂SO₄).
Jaki jest zakres pomiarowy i dokładność?
Zakres pomiarowy: Do 10 mg N w próbce analitycznej; Granica wykrywalności: 0,5 mg/l N (dla 50 ml próbki); Dokładność: ±5–10%; Temperatura mineralizacji: 360–410°C.
Ile trwa wykonanie badania?
Suma czasów podanych przy poszczególnych etapach to około 1 h 43 min–3 h 50 min. Procedura obejmuje 7 kroków.
Jaki sprzęt jest potrzebny?
Mineralizator Kjeldahla (blok grzewczy), Destylator Kjeldahla, Kolby Kjeldahla (250–500 ml), Biureta 25 ml (klasa A), Waga analityczna (0,1 mg), Skruber (wyłapywanie oparów SO₃). Orientacyjny koszt podstawowej aparatury (Mineralizator Kjeldahla (blok grzewczy)): 20 000–60 000 PLN.
Gdzie stosuje się to badanie?
Monitoring ścieków komunalnych i przemysłowych (pozwolenia wodnoprawne); Kontrola efektywności biologicznego usuwania azotu w oczyszczalniach; Badanie wód powierzchniowych — eutrofizacja; Monitoring wód podziemnych — zanieczyszczenia rolnicze; Badanie wody pitnej — parametr wskaźnikowy; Ocena ładunku azotu w zrzutach ścieków do środowiska.
Jakie środki ostrożności obowiązują?
H₂SO₄ stężony (96%) — silnie żrący (H314), egzotermiczna reakcja z wodą! Dodawać kwas do wody, nie odwrotnie. Pracować pod dygestorium.; NaOH 32–40% — silnie żrący (H314). Poważne oparzenia skóry i oczu. Stosować osłonę twarzy.; Selen — toksyczny (H301, H331, H373). Tabletki katalityczne manipulować w rękawicach.; Opary SO₃ i NH₃ — toksyczne/drażniące. Mineralizacja i destylacja WYŁĄCZNIE pod dygestorium lub ze skruberem.; Gorący mineralizat (>360°C) — ryzyko poparzeń. Nie przechylać kolb.; Okulary ochronne, rękawice kwasoodporne, fartuch laboratoryjny i osłona twarzy wymagane.
Które laboratorium wykona to badanie?
Badanie wykonują laboratoria akredytowane według ISO/IEC 17025. Na LabCoda wyszukasz je po numerze normy PN-EN 25663.