BADANIE ZAWARTOŚCI ZWIĄZKÓW AZOTU. OZNACZANIE AZOTU AZOTANOWEGO(V) METODĄ KOLORYMETRYCZNĄ.

Transkrypt

1 BADANIE ZAWARTOŚCI ZWIĄZKÓW AZOTU. OZNACZANIE AZOTU AZOTANOWEGO(V) METODĄ KOLORYMETRYCZNĄ. Wprowadzenie: Azot jest pierwiastkiem niezwykle ważnym dla organizmów ponieważ jest podstawowym składnikiem białek. Stanowi ok. 1,5% wag. suchej masy roślin. Z gleby pobierany jest głównie w postaci azotu amonowego (N-NH + 4 ) i azotu azotanowego (V) (N- NO - 3 ), do której wprowadzany jest w postaci nawozów mineralnych jak i organicznych. W wodach powierzchniowych azot występuje w formie rozpuszczonej (związki organiczne i mineralne azotu) oraz jako zawiesina. Do wód powierzchniowych trafia bezpośrednio 1

2 z atmosfery, ze ścieków miejskich, przemysłowych, odwadniania kopalni oraz jako spływ powierzchniowy. Azot jest obecny także w osadach dennych i organizmach wodnych. Azot występujący w glebie w postaci azotanów (V), jest częściowo asymilowany przez rośliny i drobnoustroje. Część azotanów jest jednak wymywana i trafia wraz z wodami do rzek i jezior, a w następstwie do mórz powodując przyspieszenie procesu eutrofizacji, co pociąga za sobą wtórne ich zanieczyszczenie. Wody poddane silnej eutrofizacji są mało przydatne do celów komunalnych i rekreacyjnych ze względu na częste i masowe zakwity, powodujące pogorszenie właściwości fizycznych i organoleptycznych (smak, zapach) wody oraz obecność zagrażających zdrowiu toksyn sinicowych. Azotany (V) występujące praktycznie we wszystkich wodach powierzchniowych są związkami, w których azot występuje na najwyższym stopniu utlenienia. W warunkach aerobowych są trwałe, natomiast w warunkach anaerobowych następuje ich redukcja do azotanów(iii) lub dalej do azotu amonowego, w związku z tym są źródłem tlenu dla przemian biologicznych. Rys. 1. Obieg azotu w wodach powierzchniowych. W zależności od charakteru zbiornika i pory roku, stężenia azotanów (V) ulegają dużym wahaniom ponieważ jony te stanowią jeden z głównych składników pożywkowych dla organizmów roślinnych. W związku z tym, w sezonie wegetacyjnym ilości azotanów (V) występujące w wodach powierzchniowych są zdecydowanie mniejsze, nawet do całkowitego zaniku podczas intensywnego rozwoju roślinności. W okresie jesienno zimowym gdy wegetacja ustaje, a intensyfikują się procesy rozkładu materii organicznej stężenia azotanów 2

3 (V) rosną. Dzięki procesom nitryfikacji i denitryfikacji oraz możliwościom przechodzenia związków azotowych z jednej postaci w drugą można określić przybliżony czas zanieczyszczenia wody ściekami gospodarczymi lub innymi związkami organicznymi zawierającymi azot. Obecność azotu amonowego świadczy o świeżym zanieczyszczeniu, jednoczesne występowanie azotanów(iii) i azotu amonowego jest dowodem na to, że od momentu wprowadzenia zanieczyszczeń upłynął już jakiś czas. W przypadku braku tych postaci azotu, a przy jednoczesnej obecności azotanów(v) można wnioskować, że zanieczyszczenia wprowadzono dawno i w wyniku procesów samooczyszczania nastąpiła mineralizacja związków organicznych zawierających azot. Rys. 2. Przemiany azotu ze zrzutu ścieków (trójkąt) wraz z biegiem rzeki w czasie. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem oznaczania azotanów(v) w wodzie metodą kolorymetryczną z salicylanem sodu. Zasada metody: Metoda oparta jest na reakcji azotanów(v) z salicylanem sodu w środowisku stężonego kwasu siarkowego(vl). W reakcji nitrowania powstaje kwas nitrosalicylowy, który po zalkalizowaniu przechodzi w postać zdysocjowaną o intensywnym żółtym zabarwieniu. 3

4 Zawartość azotanów(v) określa się spektrofotometrycznie przy przydługości fali 410 nm. Metodę tą można stosować do oznaczania azotanów(v) w wodzie i ściekach przy stężeniu większym niż 0,1 mg NO 3 - /dm 3. Rys. 2. Schemat reakcji oznaczania jonów NO 3 -. Odczynniki: 1. Alkaliczny roztwór winianu sodowo-potasowego: a) rozpuszczamy 400 g wodorotlenku sodu w ok. 500 cm 3 wody destylowanej b) rozpuszczamy 60 g winianu sodowo-potasowego NaK(C 4 H 4 O 6 ). 4H 2 O w ok. 200 cm 3 wody destylowanej, następnie mieszamy oba roztwory (tj. a i b) w kolbie miarowej o poj. 1 dm 3 i uzupełniamy wodą destylowaną do kreski. 2. Kwas siarkowy (d=1,84g/cm 3 ) 3. Salicylan sodu (C 7 H 5 O 3 Na), roztwór 0,5-procentowy (przygotować ok. 50 cm 3 ) 4. Wodorotlenek sodu, roztwór 0,5-procentowy (przygotować ok. 100 cm 3 ) 5. Azotan potasu (KNO 3 ) roztwór wzorcowy podstawowy, w kolbie miarowej o pojemności 1 dm 3 rozpuścić w wodzie destylowanej 0,7216 g azotanu(v) potasu, uprzednio wysuszonego do stałej masy w temp. 105 C, uzupełnić wodą destylowana do kreski i wymieszać. 1 cm 3 tak przygotowanego roztworu zawiera 0,1 mg azotu azotanowego. 4

5 6. Azotan potasu (KNO 3 ) roztwór wzorcowy roboczy,. do parownicy odmierzyć 10 cm 3 roztworu wzorcowego podstawowego, dodać 2-3 krople 0,5% roztworu NaOH i 20 cm 3 roztworu salicylanu sodu. Na wrzącej łaźni wodnej odparować zawartość parownicy do sucha. Parownicę wystudzić, następnie do suchej pozostałości dodać 1 cm 3 stężonego kwasu siarkowego (kwas rozprowadzić po ściankach parownicy z widocznym białym osadem). Po ok. 10 min. dodać 30 cm 3 wody destylowanej i wymieszać. Roztwór przenieść ilościowo do kolby miarowej 100 cm 3, dopełnić wodą do kreski i wymieszać. 1 cm 3 tak przygotowanego roztworu zawiera 0,01 mg azotu azotanowego. Sprzęt laboratoryjny i aparatura pomiarowa: Kolby miarowe po poj. 50 cm 3, spektrofotometr, kuwety o długości drogi optycznej 1cm, kolby miarowe 50 i 100 cm 3, 1dm 3, parownice, pipety 1, 5, 10 cm 3, bagietki. Sposób wykonania: Sporządzanie krzywej wzorcowej: Do sporządzenia krzywej wzorcowej przygotowujemy 7 kolb miarowych o poj. 50 cm 3 i wprowadzamy do nich odpowiednio: 0,0 (próba zerowa); 0,3; 0,5; 0,7; 1,0; 2,0; 4,0 cm 3 roztworu wzorcowego roboczego (6). Do każdego wzorca roboczego dodajemy 7 cm 3 alkalicznego roztworu winianu sodowo-potasowego, uzupełniamy wodą destylowaną do kreski i mieszamy. Tak przygotowane roztwory zawierają odpowiednio: 0,00; 0,003; 0,005; 0,007; 0,01; 0,02; 0,04 mg azotu azotanowego. Absorbancję barwnego roztworu mierzymy przy długości fali λ=410 nm, stosując roztwór próby zerowej jako odnośnik. 5

6 Wykonanie oznaczenia Do parownicy odmierzyć 10 cm 3 badanej wody, dodać 2-3 krople 0,5% roztworu NaOH i 1 cm 3 roztworu salicylanu sodu. Na wrzącej łaźni wodnej odparować zawartość parownicy. Do suchej pozostałości dodać 1 cm 3 stężonego kwasu siarkowego (kwas rozprowadzić po ściankach parownicy z widocznym białym osadem). Po ok. 10 min. dodać 20 cm 3 wody destylowanej wymieszać i przenieść roztwór ilościowo do kolby miarowej (nr 7) o poj. 50 cm 3. Następnie do próby dodać 7 cm 3 alkalicznego roztworu winianu sodowo-potasowego i uzupełnić wodą destylowaną do objętości 50 cm 3. Absorbancję barwnego roztworu mierzymy przy długości fali λ =410 nm, stosując roztwór próby zerowej jako odnośnik. Obliczanie wyników oznaczenia: Zawartość azotu azotanowego(v) obliczyć w mg/dm 3 według wzoru: X=(m*1000)/V gdzie: m - zawartość azotu azotanowego (V) w badanej próbce, mg V objętość próbki użyta do oznaczania, cm 3 UWAGA W sprawozdaniu należy umieścić: - 1. Wykres zależności A=f(a wz ); gdzie: A absorbancja, a wz zawartość jonów NO 3 w mg. 2. Obliczenia dotyczące zawartości azotu azotanowego w badanej próbce. 3. Zaklasyfikować badaną próbę wody pod względem zawartości azotu azotanowego zgodnie z rozporządzeniem ministra środowiska z dnia 11 lutego 2004r. w sprawie 6

7 klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód(dz. U. Nr 32, poz. 284) załącznik nr 1 (proszę zwrócić uwagę na jednostki). Zakres materiału do przygotowania: 1. Chemia azotu występowanie, formy azotu dostępne dla roślin, azot nieorganiczny i azot organiczny, obieg azotu w przyrodzie. 2. Naturalne i antropogeniczne źródła azotanów. 3. Podstawy fizykochemiczne stosowanego oznaczenia azotu azotanowego (V). 4. Nawozy mineralne. 5. Azotany (V) a zjawisko eutrofizacji. 6. Dyrektywa Rady 91/676/EWG z dnia 12 grudnia 1991 r. dotycząca ochrony wód przed zanieczyszczeniami powodowanymi przez azotany pochodzenia rolniczego. Literatura 1. PN-82/C-04576/08 2. Hermanowicz W., Dojlido J., Dożańska W., Koziorowski B., Zerbe J., Fizycznochemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, W-wa Gomólka E., Szaynok A., Chemia wody i powietrza, Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław Gadzała-Kopciuch R., Buszewski B.,Fizykochemiczne metody analizy w chemii środowiska, Wyd. UMK, Toruń Kajak Z., Hydrobiologia-Limnologia. Ekosystemy wód śródlądowych, PWN, W-wa 2001 opracował: E, R. Dałkowski, E. Miękoś B. Krawczyk, R. Juszczak, D. Szczukocki. 7