مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آزمایش نیتروژن کل (TKN) در آب و فاضلاب

۱. روش‌های اجرایی

• روش کلاسیک کجلدال (Digestion‑Distillation–Titration)

  1. هضم: نمونه را با اسید سولفوریک غلیظ + کاتالیزور (سولفات پتاسیم + کبالت یا سلنیوم) در بلاک هاضم تا کربن ارگانیک به CO₂ و نیتروژن آلی به آمونیوم تبدیل شود.

  2. خنثی‌سازی و تقطیر: افزودن قلیای قوی (NaOH یا Na₂CO₃) → آزادسازی NH₃ → تقطیر آن به داخل محلول اسیدی (بوریک اسید).

  3. تیترومتری: تیتر محلول جذب‌شده با HCl استاندارد (یا H₂SO₄) تا رسیدن به نقطه پایان نشاسته–برمیل، محاسبه میزان NH₃ و تبدیل به TKN (mg N/L).

• دستگاه اتوماتیک کجلدال (Auto‑Kjeldahl Analyzer)

  • سیستم یکپارچه هضم گرمابی (مایکروویو یا بلاک)، تقطیر خودکار و تیتر الکترونیک.

  • کاهش مصرف اسید و دقت بالاتر در حجم‌های کوچک نمونه.

• روش‌های جایگزین (Semi‑Micro, Salicylate–Hypochlorite)

  • روش رنگ‌سنجی Salicylate: اکسیداسیون نمک‌های آمونیوم با هیپوکلریت → رنگ زرد–سبز با سالیسیلات → خوانش در λ≈660 nm؛ مناسب نمونه‌های با غلظت بالا پس از حذف ماتریس.

  • آنالایزر جریان‌تزریقی (FIA‑TKN): هضم آنلاین + جریان تزریقی + آشکارسازی رنگ‌سنج.

۲. دستگاه‌ها و تجهیزات مورد نیاز

• Digestion Block یا Kjeldahl Digester (حرارتی تا 420 °C)

• واسطه‌های هضم: کاتالیزور (K₂SO₄/Se یا Cu) و اسید H₂SO₄ غلیظ

• Titration Unit: بورت الکترونیک یا دستگاه تیتر خودکار با نشانه‌گر نشاسته–برمیل

• Distillation Apparatus: تقطیر کلاسیک شیشه‌ای یا تقطیر اتوماتیک با بخار

• Spe‑FIA System (اختیاری): آنالایزر رنگ‌سنج جریان‌تزریقی

• پی‌اچ‌متر برای تنظیم و کنترل pH محلول فرارگیری

۳. استانداردها و روش‌های مرجع

• Standard Methods 4500‑Norg B: روش Kjeldahl کلاسیک

• ISO 16754: Water quality — Determination of total nitrogen (Kjelldahl method)

• EPA Method 351.2: TKN by Automated Block Digestion and Distillation

• ASTM D 5176: Salicylate–Hypochlorite Method for Ammonia, applicable به TKN پس از هضم

• USGS I‑2540 B: Kjeldahl nitrogen in water

۴. نکات اجرایی و مراقبتی

• نمونه‌برداری و نگهداری

  • اسیدی‌سازی موقت نمونه (pH<2 با H₂SO₄ ملایم) برای جلوگیری از تبخیر NH₃

  • نگهداری در 4 °C و تحلیل در اسرع وقت (≤ 48 h)

• هضم کامل

  • استفاده از نسبت نمونه به اسید مناسب (50–100 mL آب + 5–10 mL H₂SO₄)

  • افزودن کافی کاتالیزور برای کاهش زمان هضم و اطمینان از شفافیت محلول

• خنثی‌سازی و تقطیر

  • افزودن قلیای کافی به بالای pH≈10.5 برای تضمین آزادسازی کامل NH₃

  • کنترل جریان بخار و حجم تقطیر (حدود 50–100 mL تقطیر)

• تیترومتری دقیق

  • کالیبراسیون بورت با محلول استاندارد HCl (0.1 N)

  • خوانش نقطه پایان با نشانه‌گر نشاسته–برمیل یا تیتر خودکار برای افزایش دقت

• کنترل کیفیت

  • اجرای blank digestion, matrix spike (80–120 % recovery) و duplicate (%RSD < 5)

  • استفاده از Standard Reference Material (SRM) نیتروژن آلی برای صحت نتایج

• محاسبه و گزارش

  • گزارش TKN به‌صورت mg N/L

  • ذکر موارد: حجم نمونه، حجم اسید مصرفی، زمان و دمای هضم، حجم تقطیر، حجم و نرمالیته تیتر

خلاصه:
روش کلاسیک Kjeldahl با هضم اسیدی + تقطیر + تیترومتری (Standard Methods 4500‑B, ISO 16754) همچنان مرجع است؛ روش‌های خودکار و رنگ‌سنجی Salicylate/FIA برای تسریع و کاهش مصرف مواد شیمیایی به‌کار می‌روند. کلید موفقیت «هضم کامل، کنترل pH و دما، تقطیر بهینه، تیترومتری دقیق و کنترل کیفیت مستمر» است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب