OZNACZANIE ZWIĄZKÓW AZOTU (PN-73/C-04576)

Azot jest głównym składnikiem powietrza, stanowi 78% jego objętości (tlen 21% obj.) i podobnie jak inne pierwiastki dokonuje obiegu kołowego w przyrodzie.

Związki azotowe pod wpływem czynników chemicznych i biochemicznych przechodzą w inne postacie.

• Dezaminacja – jest procesem, podczas którego od aminokwasu odszczepiaja się grupy aminowe NH₂, które ulegają przemianom w amoniak NH₃,

• Amonifikacja – jest to hydrolityczny rozkład organicznych substancji azotowych w wyniku działania drobnoustrojów. Jest to proces powstawania amoniaku przy udziale bakterii z różnych związków azotowych, np. z białek, mocznika, kwasu moczowego i in.,

• Nitryfikacja – proces utleniania amoniaku: w pierwszym etapie do azotynów NO₂^- (azot III) pod wpływem bakterii nitryfikujących (Nitrosomonas), w drugim etapie następuje utlenianie azotynów do azotanów NO₃^- (azot V) przy udziale bakterii Nitrobacter.

2 NH₃ + 3 O₂ → 2 HNO₂ + 2 H₂O

HNO₂ + ½ O₂ → HNO₃

• Denitryfikacja – proces odwrotny do nitryfikacji przebiegający w warunkach beztlenowych, pod wpływem bakterii z rodzaju względnych beztlenowców występujących w glebie, w ściekach i osadach dennych. Azotany i azotyny są redukowane do tlenków azotu, wolnego azotu N₂ i amoniaku.

HNO₃ + H₂O → NH₃ + 2 O₂

Tlen pochodzący z azotanów zużywany jest na utlenienie bezazotowych związków organicznych.

Przechodzenie jednej postaci chemicznej azotu w drugą odbywa się również w wodach naturalnych. W wodach naturalnych mogą występować związki azotowe:

• organiczne –będące produktami biochemicznego rozkładu białek roślinnych i zwierzęcych lub dostające się do wody ze ściekami miejskimi lub przemysłowymi. Azot organiczny oznaczany jest metodą Kjeldahla.

• nieorgoaniczne (mineralne) – pochodzące z gleby nawożonej nawozami sztucznymi i innymi, ze ścieków przemysłowych, z atmosfery po wyładowaniach atmosferycznych (wody opadowe), z procesów biochemicznego rozkładu organicznych związków azotowych. Azot nieorganiczny obejmuje amoniak, azotyny i azotany.

Dzięki nitryfikacji i denitryfikacji związki azotowe w wodach naturalnych mogą przechodzić z jednej postaci w drugą. W warunkach tlenowych azot amonowy utlenia się poprzez azotyny do azotanów. W warunkach anaerobowych azotany mogą być redukowane poprzez azotyny do amoniaku. Azotyny charakteryzują się bardzo małą trwałością, gdyż łatwo przechodzą w amoniak lub azotany. Są one formą przejściową i ich obecność w wodach świadczy o tym, że w wodzie zachodzą procesy utleniania lub redukcji.

Oceniając stopień zanieczyszczenia wód związkami azotu należy rozpatrywać ich jakościowe i ilościowe występowanie. Obecność w wodzie powierzchniowej amoniaku, przy braku azotynów wskazuje na świeże zanieczyszczenia wody ściekami gospodarczymi lub innymi związkami organicznymi, zawierającymi azot. Jednoczesne występowanie amoniaku i azotynów wskazuje na to, że zanieczyszczenie wody nastąpiło jakiś czas temu. Brak amoniaku i azotynów oraz obecność azotanów świadczy o dawnym zanieczyszczeniu wody i zapoczątkowaniu procesów jej samooczyszczenia.

W niezanieczyszczonych wodach powierzchniowych zachodzą roczne wahania zmian zawartości azotanów. W okresie jesieni i zimy stężenie wzrasta w porównaniu do lata. W ciepłym okresie roku organizmy wodne zużywają związki azotowe do swego rozwoju, w okresie jesiennym następuje obumarcie flory i jej biochemiczny rozkład, stąd wzrost ilości związkow azotowych (i azotanów). Azotany należą do grupy związków biogennych, czyli pokarmowych dla roślin wodnych i glonów (główne biogeny to azotany i fosfor.) Związki biogenne powodują eutrofizację zbiorników wód powierzchniowych co prowadzi do zarastanie i w końcowym efekcie zanik zbiorników wodnych.

Ocena sanitarna wody polega na ustaleniu pochodzenia obecnego w niej amoniaku. Analizę wykonuje się w sposób kompleksowy na podstawie pozostałych wskaźników zanieczyszczenia wody. Gdy amoniak jest pochodzenia mineralnego – woda wykazuje znaczne zabarwienie i zwiększoną utlenialność. Jeśli pochodzenia zwierzęcego – woda charakteryzuje się zwiększoną utlenialnością, wzrostem zawartości chlorków i koloidów, a także większą liczbą bakterii w temp. 310 K. Według przepisów woda do picia nie powinna zawierać amoniaku i azotynów pochodzenia zwierzęcego. Natomiast amoniak i azotyny pochodzenia mineralnego nie mają szkodliwego wpływu na zdrowie. Dopuszczalne stężenie azotanów w wodzie do picia nie powinno przekraczać 50 mg/dm³ N_NO, azotynów – 0,5 mg/dm₃ N_NO,amoniaku – 0,5 mg/dm³ N_NH.

W wodach użytkowych obecność amoniaku jest niepożądana. W czasie dezynfekcji wody tj. chlorowania wody, amoniak reaguje z chlorem tworząc chloraminy. Zwiększa to zużycie chloru jako czynnika bakteriobójczego. Ponadto amoniak jest korozyjny w stosunku do żelaznych rur wodociągowych. Działa także szkodliwie na ryby.

Oznaczanie związków azotu (azotu amonowego, azotynowego i azotanowego), jako związków nietrwałych powinno być wykonane w świeżo pobranej próbce wody, lub próbce utrwalonej chloroformem.

Zasada oznaczenia:

• azotu amonowego. Oznaczenie polega na reakcji jonu amonowego z odczynnikiem Nesslera, w wyniku której powstaje kompleksowy związek o zabarwieniu żółtobrunatnym. Intensywność powstałego zabarwienia jest wprost proporcjonalna do zawartości azotu amonowego i określa się ją fotometrycznie lub wizualnie.

• azotu azotynowego. Oznaczenie polega na reakcji azotynów z kwasem sulfanilowym w środowisku o pH 2-2,5, w wyniku której powstają związki azoniowe dające z 1-naftyloaminą różowofioletowy barwnik dwuazowy. Zawartość azotu azotynowego określa się fotometrycznie lub wizualnie.