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【瑞士步琦】水和廢水中凱氏氮的測定

來源:步琦實驗室設(shè)備貿(mào)易(上海)有限公司   2023年08月22日 16:34  

水和廢水中凱氏氮的測定


自然界氮素蘊藏量豐富,以三種形態(tài)存在:分子氮 N2,占大氣的 78%;有機氮化合物;無機氮化合物。其中水體中的氮主要包括有機氮和無機氮兩大類,其總量稱為總氮(英文縮寫為 TN)。


氮在水體中會發(fā)生轉(zhuǎn)化。隨著時日的延長,有機氮很不穩(wěn)定,容易在微生物的作用下,分解成無機氮(在無氧的條件下,分解為氨氮;在有氧的條件下,先分解為氨氮,再分解為亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮),并不斷減少。


目前,國標(biāo)針對水質(zhì)中氮的分析主要分總氮、氨氮、硝態(tài)氮、凱氏氮4個方面。


在水處理領(lǐng)域,一般認為總氮=總凱氏氮+硝氮+亞硝氮,凱氏氮=有機氮+氨氮。


以下舉部分標(biāo)準:

  • HJ 636—2012 水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法

  • GB 11891-1989 水質(zhì) 凱氏氮的測定

  • HJ537- 2009 水質(zhì) 氨氮的測定 蒸餾-中和滴定法


硝酸鹽氮的測定方法有離子選擇電極法、酚二磺酸分光光度法、鎘柱還原法、紫外分光光度法、戴氏合金換元法、離子色譜法、紫外法。戴氏合金換元法適用于污染嚴重并帶深色水樣。


在本研究中,通過測試在不同濃度的尿素溶液中氮的回收率,對水樣品中進行 TKN 以及檢測限(LOD)和定量限(LOQ)的測定。


1

設(shè)備

  • 快速消解儀 K-439 (1154392000)

  • 尾氣吸收儀 K-415 (114152331)

  • MultiKjel K-365 (11K36531210)

  • 樣品管 300mL (037377)

  • 消化棒 (043087)

  • 分析天平(accuracy ± 0.1 mg)


2

試劑與材料

試劑:

  • 濃硫酸 96%, VWR (85546.320)

  • BUCHI 凱氏定氮片(11057980)

  • NaOH 32 %, VWR (9913.9010)

  • 2% 硼酸 pH 4.65 with Sher 指示劑和 3g/L KCl

  • 硫酸 0.1mol/L, VWR (30145.297)

  • 尿素, 試劑純度 99.7%, Merck (1.08487.000)

  • 100-1000µL 微量移液吸管

  • 去離子水

安全操作請參考所有相應(yīng)的 MSDS!


樣品:

  • 尿素原液1:~ 0.5 mg N/mL模擬地表水中 TKN 濃度

  • 尿素原液2:~ 1.5 mgN /mL模擬廢水中 TKN 濃度


3

實驗步驟

3.1 消解方法

  1. 在 300mL 的樣品管中用移液管吸出所需的樣品體積(本例中為尿素原液)(表1)

  2. 加入 1 片催化劑和 8mL 硫酸,并沿樣品管壁小心地插入消化棒,以幫助提高硫酸的沸點。

  3. 同時準備空白樣品,只加試劑不加樣品。

  4. 將尾氣吸收儀 K-415 連接到 K-439 吸收酸霧。

  5. 將抽吸模塊安裝到樣品管上,進行消解。(根據(jù)表2)

  6. 將帶樣品的機架插入冷卻位置,開始預(yù)熱步驟。預(yù)熱完成后,將樣品架移至消解位置,按照 表2 所列參數(shù)開始消解。

  7. 待樣品消化完畢后在冷卻位置冷卻。

表1:樣品的重量

樣品

體積 [mL]

蒸餾水稀釋 [mL]

TKN 濃度 ppm

尿素溶液1

0.2

200

0.5

尿素溶液1

0.4

200

1.0

尿素溶液2

1

25

60.0


表2:K-439 標(biāo)準消化的溫度梯度

步驟

溫度 [°C]

預(yù)熱

預(yù)熱

250

1

350

2

490

2

490

125

冷卻

35


注釋:本應(yīng)用說明中的消化時間保持在所需時間以上,可以根據(jù)應(yīng)用進行調(diào)整,在較低的回收率上可以進一步提高。


3.2 蒸餾滴定

根據(jù)下列參數(shù)進行蒸餾和滴定。


表3:MultiKjel 蒸餾滴定的參數(shù)

反應(yīng)監(jiān)測

Off

H2O 體積

50mL

NaOH 體積

40mL

Reaction 時間

5s

蒸汽等級

固定時間

蒸汽功率

100%

水平檢測

Off

蒸餾時間

180s

蒸餾攪拌速度

5

滴定類型

硼酸滴定

H3BO3 體積

60mL (2%)

滴定攪拌速度

8

滴定開始時間

180s

樣品管排空

30s

接收瓶排空

30s

Eco 滴定儀方法

BUCHI Blank

BUCHI Sample

標(biāo)準滴定液

H2SO4 0.01 mol/L

傳感器類型

Potentiometric (pH)

Endpoint pH

4.65


3.3 計算

結(jié)果是按氮的百分比計算的。用公式(1)(2)(3)計算結(jié)果。



  • wN:氮的重量分數(shù)

  • V樣品:樣品消耗滴定酸的體積 [mL]

  • VBlank:空白消耗滴定酸的平均體積[mL]

  • z:摩爾系數(shù)(1 for HCl, 2 for H2SO4)

  • c:滴定液濃度[mol/L]

  • f:滴定系數(shù)(商業(yè)溶液一般為1.000;參照產(chǎn)品合格證)

  • MN:氮的分子量(14.007 g/mol)

  • m樣品:樣品質(zhì)量 [g]

  • 1000:轉(zhuǎn)化因子[mL to L]

  • %N:氮的重量百分比

  • P:對照品尿素的純度[%]


4

結(jié)果

4.1 測定檢測限(LOD)和定量限(LOQ)

 “空白法”測定檢測限(LOD)和定量限(LOQ)[4]。


用 200mL 去離子水樣品、1 片鈦片和 8mL 硫酸測定 10 個空白。根據(jù) 表2表3 所列參數(shù)對進行了整理和確定,結(jié)果如 表4 所示。


表4:空白測定結(jié)果(300mL 樣管中去離子水體積 200mL)


_

V空白 [mL]

平均 [mL]

SD [mL]

RSD [%]

1

0.408

0.412

0.012

2.922

2

0.443

3

0.407

4

0.406

5

0.401

6

0.426

7

0.408

8

0.435

9

0.400

9

0.421


采用公式(3)計算檢測限(LOD)


  • ?n;α: factor 3.0; 取決于空白數(shù)(n=10)和顯著性水平(α=0.01)

  • SD: 空白測定的標(biāo)準偏差(SD=0.012 ml) [4]


根據(jù) LOD 可計算定量限(LOQ),見式(4)。


4.2 樣品中 TKN 回收率

樣品體積為 25mL 和 200mL 的尿素溶液的 TKN 測定和回收率結(jié)果如 表7-9 所示。


表5:在 300mL 樣管中,總樣本量為 200mL 的尿素溶液中 TKN (0.5 ppm)的回收率結(jié)果(n=6)。


平均空白體積(VBlank) 是 0.413mL (n=6, RSD= 1.739%).


表6:在300mL樣管中,總樣本量為200ml的尿素溶液中TKN (1ppm)的回收率結(jié)果(n=6)。


平均空白體積(VBlank) 是 0.412mL (n=6, RSD= 1.320%).


表7:在 300mL 樣管中,總樣本量為 25mL 的尿素溶液中 TKN (60ppm)的回收率(n=6)。


平均空白體積(VBlank) 是 0.392mL (n=6, RSD= 2.00%).


6

結(jié)論

使用 MultiKjel K-365 測定水中總凱氏定氮(TKN)提供了可靠和可重復(fù)的結(jié)果。尿素原液回收率高,標(biāo)準偏差小。對于 200mL 的樣品體積,氮含量 LOD 為 0.036mg /L, LOQ為 0.108mg/L 。最大準確度模式和 AutoDist 模式,這些特性為操作人員提供了靈活性,而不影響測定的準確性和精度。在蒸餾后無需手動進行滴定,實現(xiàn)了流程的自動化。



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