ОБЩИЙ И ОРГАНИЧЕСКИЙ АЗОТ

Методика позволяет определять общий и органический азот в морских и распресненных водах, предназначена для проведения мониторинга этих вод и характеризуется пределом обнаружения азота около 30 мкг/л. Диапазон определяемых концентраций общего и органического азота — 30—5000 мкг/л. Анализу не мешают любые ионы или соединения, присутствующие в чистых или умеренно загрязненных морских водах. Также не мешает определению сероводород при концентрациях до 2 мг/л. При анализе же вод Черного моря, в которых содержание сероводорода может доходить до 20 мг/л, пробы следует разбавить безазотной водой до указанной выше концентрации.

Азот в морской воде входит в состав как неорганических соединений (нитриты, нитраты, соли аммония), так и органических (гуминовые и фульвовые вещества, белки, аминокислоты, амины,. амиды и др.). Эти соединения относятся к числу важнейших биогенных веществ, в значительной степени определяющих биологическую продуктивность морей и океанов. Изменения в составе форм азота указывают на направление основных биохимических и гидробиологических процессов в морской среде.

Многообразие форм азота в морской воде исключает прямые методы определения его общего содержания. Нашедшие практическое применение методы определения общего азота основаны на переводе органических соединений в неорганические: аммиак (метод Кьельдаля), нитраты и нитриты (фотохимическое и персульфатное окисление).

Классический метод Кьельдаля в его различных вариантах-[2, 3] дает надежные результаты только при отсутствии высоких концентраций нитритов и нитратов. Его существенными недостатками являются также сложность и трудоемкость аналитических процедур. Более простыми и в то же время не менее чувствительными являются способы фотохимического [2, 4, 7] и персульфатного [5, 6] окисления азоторганических соединений до нитратов и нитритов. Они позволяют определять общий азот по одной пробе, при этом первый из них—только в растворе, а второй — в растворе и во взвеси, что делает последний более предпочтительным. Ниже описан метод определения общего (и органического) азота в морской воде с применением персульфатного окисления в щелочной среде [1, 5, б].

1. Сущность метода анализа

Метод основан на окислении азоторганических соединений и аммонийного азота до нитратов и нитритов при кипячении с персульфатом калия в щелочной среде. Сумму нитратов и нитритов - восстанавливают омедненным кадмием до нитритов и количественно определяют с помощью реактива Грисса—Илосвая. Метод достаточно прост и может применяться на современных научно-исследовательских судах [1].

2. Средства измерений, оборудование, материалы и реактивы

Для выполнения анализа применяются:

спектрофотометр СФ-26 (СФ-16, СФ-4А) или фотоэлектроколориметр ФЭК-56 (ФЭК-56М, КФК-3, ФЭК-60) с кюветами длиной 20 и 50 мм;

батометр, например ГР-18—по ТУ 25—04—2507;

кастрюля-скороварка объемом 6л;

бутылки для автоклавирования на 50 мл, закрытые пробками, со скобяным замком и прокладками из силиконовой резины, или кислородная склянка с хорошо притертой пробкой;

плитка электрическая бытовая ПЭК-800/3 — по ТУ 92—208;

стеклянный аппарат для перегонки воды любого типа;

пипетки с делениями на 1; 2; 5 и 10 мл—по ГОСТ 20292;

пипетка автоматическая, калиброванная на 10 мл;

пипетка, калиброванная на 5 мл — по ГОСТ 20292;

колбы мерные—по ГОСТ 1770, или цилиндры Неслера на 100 мл с притертыми пробками;

склянки для хранения растворов из темного стекла и пластмассовыми пробками на 1 л;

фильтры мембранные № 2 с размером пор 0,45 мкм и диаметром 35 мм;

фильтр стеклянный № 2;

колба Бунзена на 0,5 л.;

насос водоструйный стеклянный — по ГОСТ 10696, или пластмассовый К.М-1230—по ТУ 64—1—861, или механический Комовского типа НВК;

стакан химический на 0,4—0,6 л—по ГОСТ 10394;

стекла часовые;

бюксы низкие диаметром 40—50 мм—по ГОСТ 7148;

серная кислота концентрированная, х. ч.— по ГОСТ 4204;

натрия гидроксид, х. ч.— по ГОСТ 4328;

калий надсернокислый (калий персульфат), х, ч.—по ГОСТ 4146;

борная кислота, х. ч.— по ГОСТ 9656;

трилон Б (этилендиамин-N, N', N', -тетрауксусной кислоты динатриева соль, двухводная), ч.—по ГОСТ 10652.

3. Отбор проб

Пробы морской воды на общий азот анализируют сразу же после их отбора. Хранение проб не допускается. Если пробы морской воды содержат большое количество взвешенных частиц, что характерно для предустьевых районов морей, то до анализа их следует профильтровать через мембранный фильтр № 2 по [3].

4. Подготовка к анализу

4.1. Методы приготовления реактивов для проведения анализа

4.1.1. Раствор гидроксида натрия концентрацией 0,12 моль/л готовят растворением 4,8 г щелочи в 1 л дистиллированной воды. Хранят в склянке с пластмассовой пробкой.

4.1.2. Раствор гидроксида натрия концентрацией 0,075 моль/л:

готовят растворением 3,02 г щелочи в 1 л безазотной воды.

4.1.3. Боратный буфер готовят растворением 6,0 г борной кислоты в 1л раствора гидроксида натрия концентрацией 0,075 моль/л. Он устойчив на холоде не менее двух месяцев.

4.1.4. Окислительный раствор готовят растворением 10,0 г персульфата калия в 1 л боратного буфера. При хранении в темной склянке с пластмассовой пробкой на холоде раствор устойчив по крайней мере неделю.

4.2. Очистка мембранных фильтров

В химический стакан на каждые 10 фильтров приливают 50мл безазотной воды. Закрывают его часовым стеклом, ставят на электроплитку, покрытую асбестовой тканью, и нагревают при слабом кипении раствора в течение 20 мин три раза, каждый раз меняя воду. Фильтры хранят в бюксе.

4.3. Очистка воды и реактивов

Безазотная вода. 1 л дистиллированной воды помещают в колбу перегонного аппарата, добавляют 0,5 г персульфата калия и 50 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 0,12 моль/л, нагревают раствор до кипения на газовой горелке и кипятят несколько минут без отгонки. Затем собирают перегонный аппарат и отгоняют до тех пор, пока в колбе не останется 150 мл раствора. На безазотной воде готовят все реактивы и стандартные растворы. Воду желательно получать в день употребления. Допускается ее хранение в течение 3—4 недель в склянках или колбах с хорошо пришлифованными и запарафинированными пробками в помещениях, воздух которых свободен от паров аммиака, азотной кислоты и органических соединений азота.

Большое внимание следует уделять дистиллированной воде, которая нередко так сильно бывает загрязнена органическим азотом, аммиаком, нитритами и нитратами, что, с одной стороны, полученная из нее безазотная вода также может содержать повышенные концентрации соединений азота, а с другой стороны, сильно загрязняет нитритами и; нитратами пробы природной воды и холостую пробу при разбавлении. Для уменьшения содержания соединений { азота дистиллированную воду следует получать в день использования.

Безазотная и дистиллированная воды пригодны для анализа, если в кювете длиной 50 мм оптическая плотность холостой пробы, измеренная относительно дистиллированной воды, не превышает 0,060. При больших значениях оптической плотности вместо дистиллированной воды следует использовать безазотную воду. Если же в безазотной воде содержание соединений азота повышено, то ее необходимо еще раз перегнать с персульфатом калия в щелочной среде.

Деионизированную воду применять не следует, так как она обычно содержит довольно много органического азота.

а-нафтиламин. Этим реактивом можно пользоваться в том случае, если в твердом состоянии он окрашен в слаборозовый цвет. При более интенсивной окраске его очищают. Для этого 0,2 г а-нафтиламина растворяют в 40 мл безоазотной воды и нагревают до кипения. Горячий раствор фильтруют через фильтр из обычной фильтровальной бумаги, вставленной в стеклянную химическую воронку, предварительно нагретую в сушильном шкафу. В фильтрованный раствор добавляют 15 мл ледяной уксусной кислоты я 245 мл безазотной воды.

Калий надсернокислый. Его очистка описана в гл. “Общая растворенная ртуть”.

4.4. Требования к лабораторному помещению

Воздух лабораторного помещения, в котором проводят анализ на общий и органический азот, а также получают дистиллированную и безазотную воды, должен быть чистым и свободным от паров азотной кислоты, аммиака и органических производных азота даже в следовых количествах. Этого можно достигнуть только в том случае, если в данном помещении не работали с указанными выше соединениями азота не менее шести месяцев. Также недопустимо присутствие в воздухе табачного дыма. В противном случае .лабораторное помещение “отравлено” соединениями азота, и результаты анализов плохо воспроизводятся.

5. Проведение анализа

5.1. Схема проведения анализа

В зависимости от ожидаемой концентрации общего азота в пробе отбирают 10 мл (концентрация не больше 1000 мкг/л) или 2 мл (больше 1000 мкг/л) морской воды в бутылки для автоклавирования, прибавляют 10 мл окислительного раствора, бутылки сразу же закрывают и их содержимое перемешивают. Бутылки помещают в кастрюлю-скороварку, в которую предварительно наливают 600 мл дистилированной воды. Кастрюлю закрывают и ставят на электроплитку. Бутылки с растворами кипятят 30 мин при 120 °С с работающим грузовым клапаном (от начала нагревания до конца кипячения обычно требуется около 70 мин),. после чего кастрюлю снимают с плитки. После охлаждения кастрюлю открывают и бутылки вынимают. Содержимое бутылок количественно переносят в цилиндры Несслера на 100 мл и доводят дистиллированной водой до метки. Полученные растворы анализируют далее по методике определения нитратов в морской воде с той - лишь разницей, что после пропускания через колонку с омедненным кадмием отбирают по 25 мл пробы и по 25 мл (при измерении на спектрофотометре) или 50 мл (при измерении на фотоэлектроколориметре) холостой пробы. Необходимо отметить, что для вод разной солености следует прибавлять различные объемы щелочного раствора трилона Б для создания оптимального значения рН,. которое надо строго контролировать. Параллельно с пробами каждый раз обрабатывают в кастрюле-скороварке окислительный раствор (холостую пробу) с последующим его разбавлением дистиллированной водой до 100 мл.

5.2. Холостое определение

Для выполнения холостого определения 10 мл окислительного” раствора проводят через все стадии анализа, предусмотренные для пробы.

 

6. Подготовка средств измерений к работе

6.1. Методы приготовления градуировочных растворов

Основной стандартный раствор трилона Б готовят растворением 0,1330 г соли в безазотной воде в мерной колбе на 100 мл” 1 мл этого раствора содержит 100 мет органического азота. При хранении в холодном месте в темной посуде раствор устойчив несколько месяцев.

Рабочий стандартный раствор трилона Б готовят разбавлением 10,0 мл основного стандартного раствора безазотной водой в мерной колбе на 100 мл до метки. 1 мл этого раствора содержит 10 мкг органического азота. При хранении в холодном месте раствор устойчив месяц.

6.2. Установление градуировочных характеристик метода

Поскольку концентрация общего азота в морской воде может изменяться от сотен до нескольких тысяч микрограммов на литр, градуировочные графики необходимо строить в диапазонах концентраций 0—1000 или 0—5000 мкг/л.

Для построения градуировочного графика в диапазоне 0—1000 мкг/л отбирают 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 мл рабочего стандартного раствора трилона Б и разбавляют безазотной водой в мерных колбах или цилиндрах Несслера на 100 мл до метки. Концентрация азота в полученных стандартных растворах составляет соответственно 250; 500; 750 и 1000 мкг/л.

Отбирают пипеткой и помещают в бутылки для автоклавирования по 10 мл каждого стандартного раствора, добавляют к ним по 10 мл окислительного раствора и сразу же закрывают бутылки пробками. После перемешивания растворов бутылки (до 8—10шт.) помещают в кастрюлю-скороварку, и далее проводят аналитические процедуры, аналогичные описанным в п. 5.1.

Добавляют 2,5 и 1,25 мл реактива Грисса—Илосвая к 50 м 25 мл раствора соответственно и затем измеряют оптическую плотность градуировочных растворов на спектрофотометре при длине волны 543 нм или на фотоэлектроколориметре при длине волны, наиболее близкой к указанной, в кюветах длиной 50 мм относительно холостой пробы.

Каждый стандартный раствор готовят параллельно не менее трех раз. Градуировочный график строят по средним измеренным значениям оптической плотности растворов в координатах “оптическая плотность—концентрация общего азота, мкг/л”.

Для построения градуировочного графика в диапазоне концентраций азота 0—5000 мкг/л отбирают по 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мл основного стандартного раствора трилона Б и разбавляют их безазотной водой в мерных колбах или цилиндрах Несслера на 100 мл до метки. Полученные стандартные растворы имеют кон-здентрации азота 1000; 2000; 3000; 4000; 5000 мкг/л соответственно. Отбирают пипеткой в бутылки для автоклавирования по 2 мл | каждого раствора, добавляют к ним по 10 мл окислительного раствора и сразу же закрывают пробками. Дальнейший ход анализа и построение градуировочного графика проводят аналогично описанному для диапазона концентраций 0—1000 мкг/л. Следует отметить нестабильность окраски растворов при концентрациях общего азота более 3000 мкг/л. Поэтому необходимо строго соблюдать время выдержки проб от момента внесения реактива Грисса—Илосвая до измерения оптической плотности и выполнять анализ сериями не более 10 проб.

Градуировочные графики следует проверять не реже одного раза в месяц и обязательно каждый раз при приготовлении новых растворов реактивов.

7. Проведение измерений

Оптическую плотность проб измеряют в кювете длиной 50 мм относительно холостой пробы на спектрофотометре при длине волны 543 нм или фотоэлектроколориметре со светофильтром № 6 (ФЭК-56М, ФЭК-56) или № 4 (ФЭК-60) и записывают ее в журнал. Когда оптическая плотность определяемой пробы в диапазоне концентраций 0—5000 мкг/л превышает 0,8 в кювете длиной50 мм, необходимо провести ее повторное измерение в кювете длиной 20 мм.

 

8. Обработка результатов

8.1. Вычисление результатов измерений

По измеренным значениям оптической плотности с помощью градуировочных графиков находят концентрацию общего азота (мкг/л). Если измерение оптической плотности проведено в кюветах длиной 20 мм, то в этом случае найденную по градуировочному графику концентрацию общего азота следует умножить на 2,5 для получения его истинной концентрации.

Если ранее в пробе были определены концентрации нитритов, нитратов и аммонийного азота, то, вычитая их сумму из найденной концентрации общего азота, находят содержание в морской воде органического азота (в мкг/л).

8.2. Числовые значения показателей погрешности

На основании метрологической аттестации, проведенной ВНИИАСМ-—НПО “Исари” Госстандарта СССР с 01.09.88 по 25.12.88 гг. (табл. 19), настоящая методика определения общего и органического азота допущена к применению в организациях Росгидромета.

Таблица 19

Результаты метрологической аттестации MB И

Диапазон концентрации общего азота в морской воде, мкг/л

Показатель воспроизводимости (e ). %

Показатель правильности (q ), %

Показатель погрешности МВИ, ∑ погрешность (D ), %

250—500

4,5

10,5

12,0

500—750

3,5

9,5

9,5

750—2600

1,2

4,6

4,6

 

8.3. Общие требования к точности определения

Необходимая точность определения общего азота может быть достигнута при правильном контроле чистоты безазотной воды, реактивов, посуды и воздуха лабораторного помещения.

9. Требования к квалификации аналитика

Определение может выполнять химик-аналитик, имеющий среднее специальное образование.

10. Нормы затрат рабочего времени на анализ

Для анализа общего азота в 10 пробах требуется 19,8 чел.-ч, в том числе:

на взятие проб из батометра—0,3 чел.-ч;

на подготовку посуды и приготовление растворов реактивов— 2,0 чел.-ч;

на подготовку очищенной воды — 6,0 чел.-ч;

на подготовку редукторов — 3,0 чел.-ч;

на фильтрование проб—2,0 чел.-ч;

на выполнение измерений—3,5 чел.-ч;

на измерение светопоглощения — 0,5 чел.-ч;

на холостые опыты — 2,0 чел.-ч;

на выполнение расчетов—0,5 чел.-ч.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания по химическому анализу распресненных вод морских устьевых областей рек и эпиконтинентальных морей, № 46.—М.: Гидрометеоиздат, 1984, с. 32—39.

2. Методы гидрохимических исследований океана.—М.: Наука, 1978 с. 202—215.

3. Руководство по методам химического анализа морских вод.—Л.; Гидрометеоиздат, 1977, с. 82—92, 101—109.

4. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 306—308.

5. Methods of seawater analyses/Ed, by K. Grasshoff. — Weinheim — New York: Verlag Chemie, 1976, p. 168—173.

6. Report of the Baltic intercalibration workshop. — Annex., Kiel, 1977, p. 35.

7. Strickland J. D. H., Parsons T. R. A practical handbook of sea-water analysis. — Fish. Res. Board Canada, Bull. 167, 1968.