24a. Phương pháp phân hủy Kjehdahl:
Nguyên tắc thực hiện có 3 bước:
- Bước 1: Phá mẫu bằng H2SO4 đậm đặc và chất xúc tác trong điều kiện nhiệt độ cao (380oC đối với mẫu nước, 420oC đối với mẫu thực phẩm, mẫu đất), các
hợp chất N nguồn gốc sinh học như aminoaxit, protein, peptid bị ôxy hoá thành NH3 và NH3 tác dụng với axit sunfuric sinh ra (NH4)2SO4
H2SO4 → SO2 + 2O + H2O
Phương pháp này khơng có khả năng phân huỷ được các hợp chất chứa nitơ như azid, azo, azin, hydrazon, hydrazin, nitro, nitroso, semicarbazon, oxime, hydroxylamin, nitrit, nitrat.
Trước đây, HgO thường được dùng làm chất xúc tác q trình vơ cơ hố mẫu. Tuy nhiên HgO khơng cịn được dùng do dộc tính cao và thay thế bằng CuSO4, bột Se, TiO2. Ngồi ra, ta cịn cho vào K2SO4 để tăng điểm sôi của hỗn hợp.
Nếu mẫu chứa nhiều chất hữu cơ thì tiêu thụ nhiều H2SO4 hay mẫu chứa nhiều muối hoà tan, tỷ lệ muối/axit cao, nhiệt độ có thể tăng cao trên 400oC làm phân huỷ mất N. Cần thêm nhiều axit để tỷ lệ muối/axit cân bằng. Ngược lại quá nhiều axit H2SO4 sẽ làm nhiệt độ hạ thấp dưới 380oC khiến quá trình phá mẫu khơng hồn tồn.
- Bước 2: Thêm vào mẫu NaOH tạo môi trường kiềm, sục hơi nước để cất NH3 và hấp thu vào một lượng dư axit.
- Bước 3: Chuẩn độ lượng axit còn lại (chuẩn độ ngược) hay so màu xác định NH3
Trước đây, người ta cho hấp thu NH3 vào axit H2SO4 0,1N. Tuy nhiên hiện nay, các quy trình đều dùng axit H3BO3 2% có ưu điểm là khơng cần pha nồng độ chính xác.
Hố chất:
- Thuốc thử ơxi hóa : Hịa tan 67g K2SO4 và 3,65g CuSO4 vào khoảng 300ml nước cất, sau đó thêm vào từ từ 67ml H2SO4 đậm đặc và định mức 500ml.
Ngồi ra, có thể pha riêng hỗn hợp xúc tác ở dạng rắn: Trộn kỹ 200 K2SO4 với 2g selen bột thô.
- Dung dịch NaOH 50%: Hoà tan 250g NaOH và 12,5g Na2S2O3.5H2O trong 1000ml nước cất.
- Chỉ thị hỗn hợp: Hoà tan 0,020g metyl đỏ và 0,100g bromocresol lục trong 100ml etanol hay nước cất.
- Dung dịch hấp thu axit boric: Hoà tan 20g H3BO3 trong 1000ml nước cất. - Dung dịch axit HCl hay H2SO4 0,2N
Chọn thể tích hút mẫu cho vào bình Kendan như sau: 50 ml mẫu ứng với CN=20-50 mg/l, 100 ml mẫu ứng với CN=10-20 mg/l , 250 ml mẫu ứng với CN=1-10 mg/l. Sau đó thêm vào 50 ml hỗn hợp axit/xúc tác hay 7ml H2SO4 đậm đặc và 3,5g xúc tác K2SO4/Se. Với mẫu đất, thực phẩm cần thêm 5ml H2O2 35%. Thêm vài hạt đá bọt và đun nóng bình Kendan ở 380oC. Phải tiến hành giai đoạn này trong tủ hút thích hợp.
Đun nóng đến khi khói trắng bắt đầu bốc lên, dung dịch trong bình trở nên trong suốt, khơng màu hoặc vàng nhạt/ xanh lá nhạt thì tiếp tục đun thêm 30 phút.
Lưu ý: Thời gian phá mẫu hồn tồn khoảng 60-120 phút ở 380oC.
Sau vơ cơ hóa, để bình nguội đến nhiệt độ phịng. Trong khi đó lấy 50ml dung dịch axit boric và 10 giọt chỉ thị vào bình hứng của máy chưng cất lơi cuốn hơi nước. Cần lưu ý để sao cho đầu mút của ống dẫn ra từ sinh hàn phải nhúng ngập vào dung dịch boric. Sau đó dùng ống đong thêm khoảng 40-50ml dung dịch NaOH/Na2S2O3và lắp ngay bình vào máy chưng cất. Đun nóng bình cất sao cho tốc độ chảy vào bình hứng khoảng 20ml/phút. Dừng cất khi đã thu được khoảng 200ml ở bình hứng.
Chuẩn độ phần hứng được đến màu hồng bằng axit HCl hay H2SO4 0,02N và ghi thể tích axit tiêu thụ.
24b. Phương pháp phân hủy mẫu bằng persunphat:
∑N (phương pháp K2S2O8)= N hữu cơ + NH4 + NO3 + NO2 ∑N (phương pháp Kjeldahl)= N hữu cơ + NH4
Amoniac tự do, amonium, nitrit và nhiều hợp chất hữu cơ chứa nitơ ở trong mẫu được ơxy hóa thành nitrat bằng cách phân huỷ mẫu với potassium persunfat trong một hệ đệm kiềm ở nhiệt độ, áp suất cao. Sự khử nitrat thành nitrit thực hiện bằng cách cho qua cột chứa cadmi dạng hạt được xử lý với CuSO4. Nitrit sinh ra phản ứng với sulfanilamid và N-(1-naphthyl)-ethylendiamine tạo thành phức màu hồng. Đo quang ở bước sóng 543 nm.
Khơng phải tất cả hợp chất nitơ chuyển định lượng thành nitrat trong q trình ơxy hóa bằng . Độ chuyển hóa thấp có thể thấy với các hợp chất chứa nitơ với nối đôi hoặc nối ba và với các hợp chất chứa nhóm C = NH. Những hợp chất có nhóm amino tự do cũng chuyển hóa khơng hồn tồn nhưng khơng bao giờ ít hơn 87%. Phương pháp phân huỷ này và cả phương pháp Kjeldahl không thể phân huỷ các hợp chất như azid, azo, azin, nitril, nitro, nitroso, oxim, semicarbazon, hydrazon.
Cản trở chính là các chất hữu cơ khác (khơng chứa N) ở dạng hồ tan hoặc lơ lửng có trong mẫu, chúng cạnh tranh với hợp chất chứa N trong q trình oxy
hóa bằng persunfat. Hàm lượng ion Cl- cao cũng gây cản trở do cạnh tranh trong q trình ơxi hố. Cần cho dư chất oxy hóa và tăng thời gian ninh trong các trường
hợp sau:
- COD của mẫu vượt quá 120 mg/l tính theo oxy hoặc TOC vượt quá 40
mg/l tính theo carbon. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Mẫu mặn chứa nhiều ion Cl- - Mẫu có các chất lơ lửng.
- Mẫu có các chất hữu cơ phân tử lớn, phức tạp như tanin, lignin, axit humic. Nếu sau khi ninh, các chất hữu cơ lơ lửng khơng tan được thì kết quả có thể mắc sai số âm.
Trong nước thải sinh hoạt khi mà giá trị tổng N có thể lên tới 50 mg/l thì 70- 85% N là dạng NH4, sản phẩm của q trình khống hóa phân hủy vật thể hữu cơ.
Hoá chất:
* Dung dịch ơxy hóa (A): hồ tan 5g K2S2O8 và 2,4g NaOH trong 500ml nước cất. Thuốc thử này trữ trong chai tối màu, tránh ánh sáng, bền một tuần lễ.
* Chuẩn N để kiểm tra hiệu suất q trình ơxy hố mẫu có thể pha từ một trong các chất: axit glutamic, glycin, urea, axit sulfamic, acetanilide, NH4Cl,…. Yêu cầu độ tìm thấy (recovery) phải đạt trong khoảng 90-110%.
- Dung dịch glycin, 100 mg/l tính theo N
Hồ tan 0,536 g H2NCH2COOH định mức 1000ml. Giữ trong bình thuỷ tinh. Nếu giữ trong tủ lạnh ở 0oC đến 5oC thì thuốc thử này bền ít nhất 6 tháng.
- Dung dịch axit glutamic, 100 mg/l tính theo N
Hồ tan 1,051g C3H5NH2(COOH)2 (đã sấy 105oC trong 24 giờ) định mức
1000ml. Có thể thêm 2 ml CHCl3 để bảo quản.
* Dung dịch đệm Amoni: cân 10,0 g NH4Cl và 3-4 viên NaOH định mức 1000ml. Dung dịch này phải có pH=8,5.
Thực nghiệm:
- Giai đoạn phá huỷ mẫu bằng persunphat: hút V1=10ml mẫu vào chai ninh 50 ml, thêm 5ml dung dịch A, đậy nắp và ninh bằng autoclave (nồi hấp áp lực) ở 1200C trong 30 phút. Lấy chai ninh ra và để nguội đến nhiệt độ phòng. Lọc dung dịch qua giấy lọc vào bình định mức V2=25 ml rồi định mức tới vạch. Tiếp theo đem đi xác định nồng độ nitrat .
Đường chuẩn NO3 bao gồm 5 dung dịch có nồng độ 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 mg/L. Nếu mẫu vượt quá chuẩn cao nhất, ta phải pha loãng để nằm trong dãy chuẩn (hệ số f2). Tuy nhiên, nếu mẫu vượt quá gấp nhiều lần, cách tốt nhất là hút mẫu thể tích V1 giảm đi nhưng không nhỏ hơn 1 ml.
- Nồng độ N tổng số trong mẫu tính theo cơng thức sau:
2 1 2 f f a b f A A C b N × × − − = A: Mật độ quang của mẫu
Ab: Mật độ quang của mẫu blank
a,b: hệ số góc và đoạn chắn của phương trình hồi qui NO3 : y=ax+b
f1=V2/V1 là hệ số pha lỗng mẫu ban đầu, trong đó V1: thể tích hút mẫu, V2: thể tích bình định mức dùng chiết mẫu sau khi phá hủy bằng persunphat.
f2: hệ số pha lỗng mẫu hút ra từ bình V2 (nếu có)