การวิเคราะห์หาไนโตรเจนและฟอสฟอรัสทั้งหมด (Persulfate oxidation)(Grasshoft et al., 1983)

ในปัจจุบันการหาไนโตรเจนทั้งหมด (total nitrogen, TN)ในน้ำมีหลายวิธี เช่น วิธีเปอร์ซัลเฟตออกซิเดชัน วิธีโฟโต้ออกซิเดชัน วิธีเจลดาห์ล เป็นต้น วิธีเจลดาห์ลเป็นวิธีดั้งเดิมที่ใช้กันทั่วไปแต่วิธีดังกล่าวมีข้อเสียหลายประการ เช่น ใช้เวลานาน ใช้สารเคมีพวกกรดซัลฟูริกเข้มข้นและเมอร์คิวริกออกไซด์ ซึ่งเป็นอันตรายต่อผู้วิเคราะห์และสิ่งแวดล้อม รวมทั้งผู้วิเคราะห์ต้องสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงในขณะทำการวิเคราะห์ ตลอดจนถึงต้องใช้ตู้ควัน (fume hood) หรืออุปกรณ์ความปลอดภัยพิเศษอื่น ๆ ค่าที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วยวิธีเจลดาห์ลจะไม่รวมไนโตรเจนที่อยู่ในรูปไนไตรท์กับไนเตรท

สำหรับวิธีเปอร์ซัลเฟตออกซิเดชันนั้น หลังจากย่อยตัวอย่างในหม้อนึ่งความดันสูงแล้วนำตัวอย่างที่ผ่านการย่อยไปวิเคราะห์หาไนเตรทด้วยวิธี cadmium reduction และ diazotization แม้ว่าวิธีนี้มีข้อเสียตรงที่ใช้แคดเมียมซึ่งเป็นอันตรายต่อผู้วิเคราะห์และสิ่งแวดล้อม แต่เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีเจลดาห์ลแล้วน่าจะเหมาะสำหรับการหาไนโตรเจนทั้งหมดในน้ำในตัวอย่างที่เป็นน้ำทะเล ซึ่งนอกจากใช้อุปกรณ์ง่ายๆ ไม่ซับซ้อน ห้องปฏิบัติการทั่วไปๆ สามารถจัดหาได้หรือมีอยู่แล้ว เช่น หม้อนึ่งความดันสูง คอลัมน์ไนเตรท เป็นต้น ยังวิธีนี้ยังปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากกว่าอีกด้วย

ข้อดีอีกประการหนึ่งของวิธีนี้ก็คือ หากผู้วิเคราะห์ต้องการวิเคราะห์ฟอสฟอรัสทั้งหมดหรือต้องการวิเคราะห์หาไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสที่ละลายน้ำ (TDN หรือ TDP)ก็สามารถทำพร้อมกันไปได้เลย และถ้าวิเคราะห์ไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสทั้งหมดและไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสที่ละลายน้ำจากตัวอย่างเดียวกันผลที่ได้ยังสามารถนำไปหาไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสในอนุภาคได้อีกด้วย

เครื่องมือและอุปกรณ์

1. ขวดย่อยตัวอย่าง ขวดย่อยตัวอย่างอาจเป็นขวดที่เนื้อวัสดุทำด้วย polypropylene หรือ teflon หรือขวดแก้วที่มีฝาปิดเป็นเกลียวและสามารถใส่ตัวอย่าง 10-50 มิลลิลิตรได้ ก่อนใช้ทำความสะอาดด้วยการล้างด้วยน้ำกลั่นหลายๆ ครั้ง

2. หม้อนึ่งความดันสูงหรือหม้อหุงข้าวไฟฟ้า

3. คอลัมน์ไนเตรทตามวิธีการใน Strickland and Parsons (1972)

น้ำยาเคมีและวิธีเตรียม

1. น้ำกลั่น

น้ำกลั่นที่ใช้ควรมีไนโตรเจนต่ำ เช่น น้ำกลั่น de-ionized น้ำกลั่นควรมีค่าการดูดกลืนแสงไม่เกิน 0.01

2. สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.075 M

ละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์(ACS grade) 3.0 กรัม ในน้ำกลั่น แล้วปรับปริมาตรให้ได้ 1 ลิตร เก็บไว้ในขวดพลาสติกที่มีฝาปิดสนิท

3. สารละลายออกซิไดซิง

ละลายโปแตสเซียมซัลเฟต 10 กรัม และกรดบอริก 6 กรัม ในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.075 M จำนวน 1 ลิตร เก็บรักษาสารละลายที่ได้ในขวดพลาสติกที่มีฝาปิดสนิทไว้ในที่อุณหภูมิห้องได้เป็นเวลา 7 วัน

Autoclave ที่ใช้ในการวิเคราะห์ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสทั้งหมด

4. สารละลายมาตรฐานไนโตรเจน

1) stock standard solution : สารละลายมาตรฐานไนโตรเจนใช้ไกลซีนเป็นตัวแทนของอินทรีย์ไนโตรเจน เตรียมโดยชั่งไกลซีน 0.5362 กรัม ละลายในน้ำกลั่นและปรับปริมาตรให้ได้ 1 ลิตร สารละลายนี้ความเข้มข้น 100 mg-N/L

2) intermediate standard solution :เตรียมโดยดูดสารละลายจาก stock มา 10 มิลลิลิตร ใส่ลงในขวดวัดปริมาตรขนาด 100 มิลลิลิตร ปรับปริมาตรให้ได้ 100 มิลลิลิตร สารละลายที่ได้มีความเข้มข้น 10 mg-N/L

3) working standard solution : เตรียมโดยดูดสารละลายจากข้อ 2) มา 10 มิลลิลิตร ใส่ลงในขวดวัดปริมาตรขนาด 100 มิลลิลิตร และปรับปริมาตรให้ได้ 100 มิลลิลิตร สารละลายที่ได้มีความเข้มข้น 1 mg-N/L

5. สารละลายมาตรฐานฟอสฟอรัส

1) stock standard solution :ละลายโปแตสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต(KH₂PO₄ ) (อบ 105 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง) 0.2197 กรัม ในน้ำกลั่นแล้วเติมน้ำกลั่นให้ครบ 1 ลิตร สารละลายจะมีความเข้มข้น 50 mg-P/L

2) intermediate standard solution : เตรียมโดยไปเปต stock standard solution มา 2 มิลลิลิตร ใส่ในขวดวัดปริมาตรขนาด 100 มิลลิลิตร แล้วปรับปริมาตรให้ได้ 100 มิลลิลิตร สารละลายที่ได้จะมีความเข้มข้น 1 mg-P/L

3) working standard solution : เตรียมโดยปิเปต intermediate standard solution มา 5 มิลลิลิตร ใส่ลงในขวดวัดปริมาตรขนาด 100 มิลลิลิตร และปรับปริมาตรให้ได้ 100 มิลลิลิตร สารละลายที่ได้มีความเข้มข้น 0.05 mg-P/L

การเก็บตัวอย่างและการรักษาตัวอย่าง

การเก็บตัวอย่างน้ำใช้ขวดแก้วหรือขวดพลาสติก หากเก็บตัวอย่างไว้ในที่เย็นและมืด สามารถเก็บไว้ได้ 1 วัน ถ้าต้องการเก็บไว้นานควรแช่แข็งตัวอย่างทันที (quick deep-freezing) ถ้าต้องกรองตัวอย่างควรกรองทันทีไม่เกิน 1 ชั่วโมงหลังจากเก็บตัวอย่างด้วยอุปกรณ์ด้วยใช้แผ่นกรอง GF/C หรือ GF/F

ขั้นตอนวิเคราะห์

 1. วิเคราะห์ทั้งไนโตรเจนและฟอสฟอรัสทั้งหมด(TN และ TPพร้อมกัน)

- ดูดน้ำตัวอย่าง 25 มิลลิลิตร ใส่ในขวดย่อยตัวอย่างพร้อมกับเติมสารเคมี สำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร ด้วยไปเปตแบบกระเปาะ (ถ้าตัวอย่างแช่เย็นหรือแช่แข็งต้องให้อุณหภูมิของน้ำ ตัวอย่างมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้องก่อน)

- ดูดสารมาตรฐานของไกลซีนจาก stock ความเข้มข้น 1.00 mg-N/L จำนวน 5 มิลลิลิตร และสารมาตรฐานของฟอสเฟต 0.05 mg-P/L 20 มิลลิลิตร ลงในขวดย่อย แล้วเติมสารเคมีสำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร

- สำหรับ reagent blank เติมเฉพาะสารเคมีสำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร เท่านั้น

- นำไปย่อยด้วยหม้อนึ่งความดันสูง (121 องศาเซลเซียส , 15 ปอนด์/ตารางนิ้ว) เป็นเวลา 30 นาที

- หลังจากตัวอย่างเย็นแล้ว เขย่าขวดตัวอย่างเพื่อให้ตะกอนขาวละลาย จากนั้นจึงใช้ไปเปตดูดสารละลายที่ได้ 5 มิลลิลิตร ลงในขวดวัดปริมาตร เจือจางให้เป็น 100 มิลลิลิตร แล้วนำไปวิเคราะห์เช่นเดียวกับการวิเคราะห์หาไนเตรท ส่วนสารละลายที่เหลือนำไปวิเคราะห์หาฟอสเฟตตามวิธีการใน Strickland and Parsons (1972)

2. วิเคราะห์ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสที่ละลายน้ำทั้งหมด (TDNและTDP) พร้อมกัน ดำเนินการเช่นเดียวกับการวิเคราะห์ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสทั้งหมดเพียงแต่ใช้ตัวอย่างน้ำที่กรองผ่านแผ่นกรอง GF/C หรือ GF/F หรือแผ่นกรองมิลลิพอร์

3. วิเคราะห์เฉพาะไนโตรเจน (ทั้งTNและTDN)

- ดูดน้ำตัวอย่าง 25 มิลลิลิตร ใส่ในขวดย่อยตัวอย่างพร้อมกับเติมสารเคมี สำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร ด้วยไปเปตแบบกระเปาะ(ถ้าตัวอย่างแช่เย็นหรือแช่แข็งต้องให้อุณหภูมิของน้ำตัวอย่างมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้องก่อน)

- ดูดสารมาตรฐานของไกลซีนจาก stock ความเข้มข้น 1.00 mg-N/L จำนวน 25 มิลลิลิตร แล้วเติมสารเคมีสำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร

- สำหรับ reagent blank เติมเฉพาะสารเคมีสำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร

- นำไปย่อยด้วยหม้อนึ่งความดันสูง (121 องศาเซลเซียส , 15 ปอนด์/ตารางนิ้ว) เป็นเวลา 30 นาที

- หลังจากตัวอย่างเย็นแล้ว เขย่าขวดตัวอย่างเพื่อให้ตะกอนขาวละลาย จากนั้นจึงใช้ไปเปตดูดสารละลายที่ได้ 5 มิลลิลิตร ลงในขวดวัดปริมาตร เจือจางให้เป็น 100 มิลลิลิตร แล้วนำไปวิเคราะห์เช่นเดียวกับการวิเคราะห์หาไนเตรท ส่วนสารละลายที่เหลือทิ้งไป

4. วิเคราะห์เฉพาะฟอสฟอรัส (ทั้งTPและTDP)

- ดูดน้ำตัวอย่าง 25 มิลลิลิตร ใส่ในขวดย่อยตัวอย่าง เติมสารเคมีสำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร ด้วยไปเปตแบบกระเปาะ(ถ้าตัวอย่างแช่เย็นหรือแช่แข็งต้องให้อุณหภูมิของน้ำตัวอย่างมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้องก่อน)

- ดูดสารมาตรฐานของฟอสเฟต 0.05 mg-P/L 25 มิลลิลิตร ลงในขวดย่อยแล้วเติมสารเคมีสำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร

- สำหรับ reagent blank เติมเฉพาะสารเคมีสำหรับออกซิไดส์ 5 มิลลิลิตร

- นำไปย่อยด้วยหม้อนึ่งความดันสูง(121 องศาเซลเซียส , 15 ปอนด์/ตารางนิ้ว) เป็นเวลา 30 นาที

- หลังจากตัวอย่างเย็นแล้ว เขย่าขวดตัวอย่างเพื่อให้ตะกอนขาวละลาย จากนั้นจึงใช้ไปเปตดูดสารละลายที่ได้ทิ้งไป 5 มิลลิลิตร ส่วนที่เหลือนำไปวิเคราะห์หาฟอสเฟตตามวิธีการใน Strickland and Parsons(1972)

การคำนวณ

1. กรณีวิเคราะห์ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสพร้อมกัน

1) ไนโตรเจน (TN หรือ TDN)

เมื่อ C = ความเข้มข้นของสารละลายมาตรฐานไกลซีนในขั้นตอนสุดท้าย (= 0.0083 mg-N/L)
Abs.Std. = ค่าการดูดกลืนแสงของสารละลายมาตรฐาน
Abs.Blank = ค่าการดูดกลืนแสงของแบลงค์
Abs.Sample = ค่าการดูดกลืนแสงของน้ำตัวอย่าง
D = อัตราส่วนการเจือจาง (Dilution factor)(= 24)

2) ฟอสฟอรัส(TP หรือ TDP)

เมื่อ C = ความเข้มข้นของสารละลายมาตรฐานฟอสเฟตในขั้นตอนสุดท้าย(= 0.030 mg-P/L)
Abs.Std. = ค่าการดูดกลืนแสงของสารละลายมาตรฐาน
Abs.Blank = ค่าการดูดกลืนแสงของแบลงค์
Abs.Sample = ค่าการดูดกลืนแสงของน้ำตัวอย่าง
D = อัตราส่วนการเจือจาง (Dilution factor)( = 1.32)

2. กรณีแยกวิเคราะห์ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส

1) ไนโตรเจน(TN หรือ TDN)

เมื่อ C = ความเข้มข้นของสารละลายมาตรฐานไกลซีนในขั้นตอนสุดท้าย (= 0.042 mg-N/L)
Abs.Std. = ค่าการดูดกลืนแสงของสารละลายมาตรฐาน
Abs.Blank = ค่าการดูดกลืนแสงของแบลงค์
Abs.Sample = ค่าการดูดกลืนแสงของน้ำตัวอย่าง
D = อัตราส่วนการเจือจาง (Dilution factor) )( = 24)

2) ฟอสฟอรัส(TP หรือTDP)

เมื่อ C = ความเข้มข้นของสารละลายมาตรฐานฟอสเฟตในขั้นตอนสุดท้าย ( = 0.038 mg-P/L)
Abs.Std. = ค่าการดูดกลืนแสงของสารละลายมาตรฐาน
Abs.Blank = ค่าการดูดกลืนแสงของแบลงค์
Abs.Sample = ค่าการดูดกลืนแสงของน้ำตัวอย่าง
D = อัตราส่วนการเจือจาง (Dilution factor) ( = 1.32)

3) ฟอสฟอรัสหรือไนโตรเจนในรูปอนุภาค(PP หรือ PN)

PP (mg-N/L) = TP-TDP

การควบคุมคุณภาพและการประกันคุณภาพ

1. ในกรณีที่มีการเจือจางตัวอย่างด้วยน้ำกลั่น ใช้น้ำกลั่นเป็นแบลงค์ แล้ววิเคราะห์เช่นเดียวกับตัวอย่าง

2. ในแต่ละชุดตัวอย่างจะต้องวิเคราะห์ตัวอย่างซ้ำ 1 ตัวอย่างเพื่อตรวจสอบความเที่ยงตรง

3. การวิเคราะห์แต่ละวันจะต้องมีการวิเคราะห์ตัวอย่างที่รู้ค่าเพื่อตรวจสอบความแม่นยำ

4. หาประสิทธิภาพของคอลัมน์เช่นเดียวกับการวิเคราะห์ไนเตรท