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【瑞士步琦】水和废水中凯氏氮的测定

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分享: 2023/08/22 16:30:48
屏幕截图 2023-08-22 162400.png

水和废水中凯氏氮的测定


自然界氮素蕴藏量丰富,以三种形态存在:分子氮 N2,占大气的 78%;有机氮化合物;无机氮化合物。其中水体中的氮主要包括有机氮和无机氮两大类,其总量称为总氮(英文缩写为 TN)。


氮在水体中会发生转化。随着时日的延长,有机氮很不稳定,容易在微生物的作用下,分解成无机氮(在无氧的条件下,分解为氨氮;在有氧的条件下,先分解为氨氮,再分解为亚硝酸盐氮与硝酸盐氮),并不断减少。


目前,国标针对水质中氮的分析主要分总氮、氨氮、硝态氮、凯氏氮4个方面。


在水处理领域,一般认为总氮=总凯氏氮+硝氮+亚硝氮,凯氏氮=有机氮+氨氮。


以下举部分标准:

  • HJ 636—2012 水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法

  • GB 11891-1989 水质 凯氏氮的测定

  • HJ537- 2009 水质 氨氮的测定 蒸馏-中和滴定法


硝酸盐氮的测定方法有离子选择电极法、酚二磺酸分光光度法、镉柱还原法、紫外分光光度法、戴氏合金换元法、离子色谱法、紫外法。戴氏合金换元法适用于污染严重并带深色水样。


在本研究中,通过测试在不同浓度的尿素溶液中氮的回收率,对水样品中进行 TKN 以及检测限(LOD)和定量限(LOQ)的测定。


1

设备

  • 快速消解仪 K-439 (1154392000)

  • 尾气吸收仪 K-415 (114152331)

  • MultiKjel K-365 (11K36531210)

  • 样品管 300mL (037377)

  • 消化棒 (043087)

  • 分析天平(accuracy ± 0.1 mg)


2

试剂与材料

试剂:

  • 浓硫酸 96%, VWR (85546.320)

  • BUCHI 凯氏定氮片(11057980)

  • NaOH 32 %, VWR (9913.9010)

  • 2% 硼酸 pH 4.65 with Sher 指示剂和 3g/L KCl

  • 硫酸 0.1mol/L, VWR (30145.297)

  • 尿素, 试剂纯度 99.7%, Merck (1.08487.000)

  • 100-1000µL 微量移液吸管

  • 去离子水

安全操作请参考所有相应的 MSDS!


样品:

  • 尿素原液1:~ 0.5 mg N/mL模拟地表水中 TKN 浓度

  • 尿素原液2:~ 1.5 mgN /mL模拟废水中 TKN 浓度


3

实验步骤

3.1 消解方法

  1. 在 300mL 的样品管中用移液管吸出所需的样品体积(本例中为尿素原液)(表1)

  2. 加入 1 片催化剂和 8mL 硫酸,并沿样品管壁小心地插入消化棒,以帮助提高硫酸的沸点。

  3. 同时准备空白样品,只加试剂不加样品。

  4. 将尾气吸收仪 K-415 连接到 K-439 吸收酸雾。

  5. 将抽吸模块安装到样品管上,进行消解。(根据表2)

  6. 将带样品的机架插入冷却位置,开始预热步骤。预热完成后,将样品架移至消解位置,按照 表2 所列参数开始消解。

  7. 待样品消化完毕后在冷却位置冷却。

表1:样品的重量

样品

体积 [mL]

蒸馏水稀释 [mL]

TKN 浓度 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 标准消化的温度梯度

步骤

温度 [°C]

预热

预热

250

1

350

2

490

2

490

125

冷却

35


注释:本应用说明中的消化时间保持在所需时间以上,可以根据应用进行调整,在较低的回收率上可以进一步提高。


3.2 蒸馏滴定

根据下列参数进行蒸馏和滴定。


表3:MultiKjel 蒸馏滴定的参数

反应监测

Off

H2O 体积

50mL

NaOH 体积

40mL

Reaction 时间

5s

蒸汽等级

固定时间

蒸汽功率

100%

水平检测

Off

蒸馏时间

180s

蒸馏搅拌速度

5

滴定类型

硼酸滴定

H3BO3 体积

60mL (2%)

滴定搅拌速度

8

滴定开始时间

180s

样品管排空

30s

接收瓶排空

30s

Eco 滴定仪方法

BUCHI Blank

BUCHI Sample

标准滴定液

H2SO4 0.01 mol/L

传感器类型

Potentiometric (pH)

Endpoint pH

4.65


3.3 计算

结果是按氮的百分比计算的。用公式(1)(2)(3)计算结果。


屏幕截图 2023-08-22 162703.png


  • wN:氮的重量分数

  • V样品:样品消耗滴定酸的体积 [mL]

  • VBlank:空白消耗滴定酸的平均体积[mL]

  • z:摩尔系数(1 for HCl, 2 for H2SO4)

  • c:滴定液浓度[mol/L]

  • f:滴定系数(商业溶液一般为1.000;参照产品合格证)

  • MN:氮的分子量(14.007 g/mol)

  • m样品:样品质量 [g]

  • 1000:转化因子[mL to L]

  • %N:氮的重量百分比

  • P:对照品尿素的纯度[%]


4

结果

4.1 测定检测限(LOD)和定量限(LOQ)

 “空白法”测定检测限(LOD)和定量限(LOQ)[4]。


用 200mL 去离子水样品、1 片钛片和 8mL 硫酸测定 10 个空白。根据 表2表3 所列参数对进行了整理和确定,结果如 表4 所示。


表4:空白测定结果(300mL 样管中去离子水体积 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)计算检测限(LOD)

1.png


  • ᶲn;α: factor 3.0; 取决于空白数(n=10)和显著性水平(α=0.01)

  • SD: 空白测定的标准偏差(SD=0.012 ml) [4]


根据 LOD 可计算定量限(LOQ),见式(4)。

2.png


4.2 样品中 TKN 回收率

样品体积为 25mL 和 200mL 的尿素溶液的 TKN 测定和回收率结果如 表7-9 所示。


表5:在 300mL 样管中,总样本量为 200mL 的尿素溶液中 TKN (0.5 ppm)的回收率结果(n=6)。

3.png


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


表6:在300mL样管中,总样本量为200ml的尿素溶液中TKN (1ppm)的回收率结果(n=6)。

4.png


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


表7:在 300mL 样管中,总样本量为 25mL 的尿素溶液中 TKN (60ppm)的回收率(n=6)。

5.png


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


6

结论

使用 MultiKjel K-365 测定水中总凯氏定氮(TKN)提供了可靠和可重复的结果。尿素原液回收率高,标准偏差小。对于 200mL 的样品体积,氮含量 LOD 为 0.036mg /L, LOQ为 0.108mg/L 。最大准确度模式和 AutoDist 模式,这些特性为操作人员提供了灵活性,而不影响测定的准确性和精度。在蒸馏后无需手动进行滴定,实现了流程的自动化。



仪器信息网_新闻后缀.png

[来源:瑞士步琦有限公司 BUCHI Labortechnik AG]

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