T7SM1-NN-a.doc
STANOVENÍ SUMY DUSIČNANOVÉHO A DUSITANOVÉHO DUSÍKU ANALYZÁTOREM FORMACS HT Klasická metoda Kjeldahlova, krom řady omezení, je časově značně náročná. Podstatného pokroku při stanovení dusíku ve vodách bylo dosaženo zavedením analyzátorů dusíku s chemiluminiscenčním detektorem, kdy se doba analýzy zkrátila na několik minut a hranice stanovitelnosti se snížila řádově až na 10 - 9 gramu dusíku v injektovaném vzorku. Základní detekovatelnou složkou chemiluminiscenčního detektoru je oxid dusnatý, při jehož reakci s ozonem vznikají molekuly oxidu dusičitého v excitovaném stavu. Při přechodu do stabilního stavu dochází k emisi fotonů, které se měří fotonásobičem. Se zavedením chemiluminiscenčního detektoru (CLD) u komerčních analyzátorů dusíku se pokoušeli někteří autoři o využití tohoto detektoru pro stanovení nízkých koncentrací dusitanů, respektive sumy dusitanového a dusičnanového dusíku. Běžně se dusitany stanovují fotometricky, dusičnany pomocí ISE. Oba anionty je pak možno stanovit iontovou chromatografií nebo izotachoforeticky.
Princip: Princip je založen na důkazu dusičnanu, respektive dusitanu takzvanou kroužkovou reakcí, kdy reakcí uvolněný NO poskytoval černohnědý proužek komplexu [Fe(NO) 2 ]SO 4 . Dusitany s kyselinou octovou, dusičnany s kyselinou sírovou (reagují i dusitany). Dusitany respektive dusičnany se v koncentrované kyselině sírové při zvýšené teplotě převedou na oxid dusnatý, který je v ND detektoru měřen. Oxid
dusnatý v detektoru
reaguje
s ozonem,
kdy vzniká oxid
dusičitý
v excitovaném stavu a stabilizací se uvolňují fotony, které se registrují vhodným fotonásobičem. NO 3 - (NO 2 - ) + H +
→
NO + H 2 O
NO + O 3
→ NO 2 * + O 2
NO 2 *
→ NO 2 + hv
1
T7SM1-NN-a.doc
Roztoky a standardy: Reakční roztok pro NN reaktor: Rozpusťte 5 g síranu železnato-amonného a 2 g molybdenanu amonného ve 180 ml demineralizované vody a promíchejte. Do NN-reaktoru se pipetuje 3 ml tohoto roztoku a 3 ml 96 % kyseliny sírové. Reakční roztok pro dusitanový NN reaktor: Rozpustit 1,2 g KI ve 100 ml demineralizované vody, přidat 16 ml kyseliny octové ledové a promíchat. Do reaktoru se pipetuje 6 ml tohoto roztoku. Letos se nedělá !!! Zásobní roztok dusitanu sodného (ZR-NO2) o koncentraci 1 000 mg.l - 1 N: 0,49259 g NaNO 2 se rozpustí v demineralizované vodě a doplní na objem 100 ml. Pracovní roztok dusitanu sodného (PR-NO2) o koncentraci 100 mg.l - 1 N: Pracovní roztok PR-NO2 se připraví ředěním zásobního roztoku ZR-NO2, kdy se pipetuje 5 ml tohoto zásobního roztoku do 50 ml odměrné baňky a doplní se demineralizovanou vodou bez oxidu uhličitého po rysku. Kalibrační roztoky (standardy) dusitanového dusíku: Připraví se ředěním pracovního roztoku PR-NO2 demineralizovanou či redestilovanou vodou dle následující tab. I. Zásobní roztok dusičnanu draselného (ZR-NO3) o koncentraci 1 000 mg.l - 1 N: 0,72189 g KNO 3 se rozpustí v demineralizované vodě a doplní na objem 100 ml. Pracovní roztok dusičnanu draselného (PR-NO3) o koncentraci 100 mg.l - 1 N: Pracovní roztok PR-NO3 se připraví ředěním zásobního roztoku ZR-NO3, kdy se pipetuje 5 ml tohoto zásobního roztoku do 50 ml odměrné baňky a doplní se demineralizovanou vodou bez oxidu uhličitého po rysku. Kalibrační roztoky (standardy) dusičnanového dusíku: Připraví se ředěním pracovního roztoku PR-NO3 demineralizovanou či redestilovanou vodou dle následující tab. I.
2
T7SM1-NN-a.doc
Tabulka I: Příprava standardů dusitanového a dusičnanového dusíku Standard Pipetáž „PR-NO2“ Pipetáž „PR-NO3“ ( vzorek ) do 100ml OB do 100ml OB č. [ml] [ml] 1 - Vzorek pitné — — vody 2 1 1 3 2 2 4 3 3 5 4 4 6 5 5 7 10 10 8 - Čisté — — rozpouštědlo 9 – 20 reálný — — vzorek (ředěný)
Teoretická koncentrace N [mg.1-1]
Nalezená koncentrace N [mg.1-1]
— 2 4 6 8 10 20 0 —
Vzorky dusičnanů a dusitanů:: Vzorky pro stanovení dusičnanového a dusitanového dusíku musí být čiré a nesmí obsahovat suspendované látky. Jednotlivé standardy, respektive vzorky, objemu cca 6 ml se dávkují do zkumavek (vhodné vypláchnout třikrát příslušným standardem či vzorkem) a zasunou do příslušných pozic na automatickém dávkovači (karuselu). Čísla v tab.I značí pozici v karuselu. Výpočet: Pokud jsou správně zadány koncentrace do tabulky v příslušném softwaru analyzátoru
(např.
v mg.l - 1 N),
jsou
výsledky vyhodnoceny ve stejných
jednotkách včetně směrodatných odchylek. Nesmí se však zapomenout na ředění u reálných vzorků, jejichž hodnoty bývají velice často podstatně vyšší. Úkol: Proveďte měření kalibračních standardů dusitanového a dusičnanového dusíku, demineralizované vody, pitné vody a reálných neznámých vzorků z biologických pokusů. Vše dle pokynů vedoucího laboratorního cvičení !!!
3
T7SM1-NN-a.doc
Návod k obsluze analyzátoru 1)
Otevřít ventily plynů (tlaková láhev s kyslíkem a se vzduchem).
2)
Napnout hadičky peristaltických čerpadel na přístroji Formacs
HT
a na
podavači. 3) Zapnout vypínač nahoře vedle displeje na přístroji Formacs H T delším stiskem (hlavní vypínač na zadní stěně je zapnut trvale). Na displeji svítí „Automode“ Pokud svítí „Skalar Analytical FormacsHT“ ještě jednou krátce zmáčkněte vypínač. Dávkovač (karusel) a dusíkový detektor ND 25 by měly být trvale zapnuty (dále se zapínají pomocí software). 4)
Zapnout počítač a tiskárnu.
5)
Naplnit NN-reaktor reakčním NN-roztokem a koncentrovanou kyselinou sírovou.
6)
Na PC kliknout na ikonku „HTAccess2.5Releace“. Potom stisknout „Esc“ a zadat přihlašovací „jméno“ a „heslo“ a potvrdit „OK“.
7)
V levém horním rohu obrazovky se objeví „Info“ okno. (Lze otevřít i z okna „View“ jako „Info“).
8)
Z „Windows HT-AccessSoftware:Skalar“ vybrat nabídku „Connection“ a kliknout na“AutoConnect“. Otevře se okno „Option“ a v něm „Analyser Settings“. Zkontrolujte, případně opravte, všechna data v okně „Option“ a potvrďte kliknutím na „Send Setting to Analyzer“. (V uživatelské úrovni 1 pro studenty předmětu T7SM1 je možné změnit pouze „Flow on/off“). Tím dojde k zelenému odškrtnutí nastavených parametrů v položce „Analyser Settings“ a k zapnutí podavače a ND detektoru. Zároveň se spustí topení a všechny funkce analyzátoru. Zhruba za 1,5 hodiny je přístroj připraven k analýze.
9)
Než je dosaženo požadovaných parametrů k analýze (teplota reaktoru a detektorů), připravte standardy a vzorky dle tab.I a nalijte do zkumavek. Ty dejte do karuselu dle čísel v tab.I, prvního sloupce.
10) Dále se vytvoří tabulka měření. Z „Windows HT“ se vybere „Template“ a „Edit“. Otevře se okno „Template:Edit“. Do dialogového okna „Název souboru“ se vloží kliknutím na „T7SM1-NN.tdb“ tento název a stiskne se
4
T7SM1-NN-a.doc
„otevřít“. Tím se otevře okno: „Template,Edit:C:ProgramTiles\HTAccess\ Operator\Skalar\Template\T7SM1-NN.tdb”
a
zkontrolují
se
pozice
zkumavek do karuselu (názvy a čísla totožné s tab.I), případně se doplní o pozice „10“ až 20. Zkontroluje se ředění a v „Injection“ (mění se jen u reálných vzorků) se zaškrtne pozice “ NN“, „Injection Volumes“ „TC/TN Reactor 50 µ l. Dále se vloží v „Element „Nitrogen“-SampleTN“ číslo „3“, „ExtraSamples“ na 2, „MaxCV“ na 5. Klikne se na „Print“ a tabulka se vytiskne. Celé se nakonec potvrdí kliknutím na „OK“. 11) Potom se klikne na „Analysis“ a „New“. Objeví se okno „Analysis:New“ a nabídne se „Název souboru“, v podobě “xxyyzzA.adb“ (rok-měsíc-den-A). Dejte „Uložit“. Naskočí okno „Temlate:Open“. Dejte „T7SM1-NN.tdb“ a otevřte. Naskočí okno „Analysis“ Klikněte na „Graph Peaks“ a sledujte odezvu nulové linie detektorů. 12) Je-li pec dostatečně vyhřátá a ostatní parametry jsou v pořádku, stiskněte „Autozero“ pokud jsou odezvy příliš vysoké. 13) Je-li vše připraveno k vlastní analýze, spustí se tlačítkem „Start analysis“ v okně „Analysis“. Objeví se okno „Status panel“. Zmáčknout „Continue“, objeví se „Message“ a kliknout na „Ano“. (Pokud se po spuštění analýzy zaškrtne v okně „Analysis“ možnost „Go to Stand-By after Analysis“ přepne se po skončení analýz všech vzorků v podavači analyzátor automaticky do Stand-by modu, vypne se průtok nosného plynu, topení pecí, ND detektor a dávkovač. Pozor, tuto možnost lze použít, jestliže je jisté, že se po skončení analýzy nebudete dále měřit). 14) Výsledky sledujte průběžně na obrazovce v okně „Results“ nebo „Peak“ 15) Po
skončení
analýzy
se
podívejte
na
výsledky
v okně
„Analysis“
v podokně „Results“. Vyberte „Calculate results“ a výsledky budou spočítány. 16) V okně „Analysis“ vyberte „Print results“ a „Tisk“, čímž vytisknete výsledky analýz. 17) Jestliže, jste zapomněli, nebo nemohli (z důvodu neznalosti počtu vzorků) zvolit Stand-by mod po skončení analýzy, musíte v okně „Settings“ a
5
T7SM1-NN-a.doc
„Stand-By“ zvolit tlačítko „Stand-By On“ (Analyzátor se přepne do Standby modu, vypne se průtok nosného plynu, topení pecí, ND detektor a dávkovač). 18) Zavřte program „HTAccess“(Analyzátor musí být přepnutý do modu Stand-By, viz bod 13 respektive 17, jinak po vypnutí zůstane zapnutý ND detektor). Vypněte tiskárnu a počítač. 19) Vypněte analyzátor Formacs H T podržením tlačítka „On-Off“ do pípnutí. 20) Vyprázdněte všechny zkumavky a důkladně je vymyjte. 21) Uvolněte hadičky na peristaltických pumpách a vývěvou odsajte veškerou tekutinu v odpadní hadici!! 22) Uzavřte hlavní ventily tlakových lahví s kyslíkem a vzduchem.
Pro NN analýzy !!! Sample time musí být nastaveno na 380 sekund !!
Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Dusičnan draselný p.a. Dusitan sodný p.a. Síran železnato-amonný p.a. Molybdenan amonný p.a. J odid draselný p.a. Kyselina sírová p.a. 96 % Kyselina octová ledová.
KNO 3 NaNO 2
Demineralizovaná voda CO 2 prostá Kyslík 3.0 (99,9%) Syntetický vzduch uhlovodíků prostý
6
MH= 101,10324 68,99531
H 3 PO 4 HCl H2O O2
18,01528 31,9988
N
14,00674
T7SM1-NN-a.doc
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
Analyzátor Formacs HT s podavačem Stojan na zkumavky nerezový Zkumavky do karuselu Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Odměrná baňka Odměrná baňka Odměrná baňka Skleněná tyčinka malá Kádinka Laboratorní lžička nerezová Centrifugační zkumavka PE Násypka NZ Kopisť nerezová Střička PE Gumový bezpečnostní balonek Exsikátor se silikagelem - společný Tlaková láhev s kyslíkem Tlaková láhev se vzduchem Redukční kyslíkový ventil Redukční vzduchový ventil Navažovací lodička velká
75,0 ml 50,0 ml 40,0 ml 25,0 ml 20,0 ml 15,0 ml 10,0 ml 5,0 ml 4,0 ml 3,0 ml 2,0 ml 1,5 ml 1,0 ml 0,5 ml 500 ml 250 ml 100 ml 25 ml
φ 200 mm
7
1 ks 1 ks 20 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 2 ks 3 ks 2 ks 14 ks 3 ks 2 ks 1 ks 4 ks 3 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 3 ks
