การวิเคราะห์หาไนโตรเจนรวมในตะกอนดิน

ให้เรตสมาชิก

ไม่ดีดี 

ไนโตรเจนรวมในตะกอนดินสามารถวิเคราะห์หาได้โดยตรงด้วยการใช้เครื่องวิเคราะห์ ธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน และไนโตรเจน (CHN analyzer) ซึ่งไนโตรเจนที่ได้ด้วยวิธีนี้จะรวมไนโตรเจนทุกรูปที่มีอยู่ในตัวอย่าง วิธีเจลดาห์ล (kjeldahl) เป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้วิเคราะห์หาไนโตรเจนรวมในตะกอนดิน แต่ผลการวิเคราะห์ที่ได้ด้วยนี้จะรวมเฉพาะไนโตรเจนที่อยู่ในรูปของแอมโมเนียและไนโตรเจนที่เป็อินทรีย์สารเท่านั้น ดังนั้นต้องรวมไนโตรเจนที่อยู่ในรูปของไนไตรท์และไนเตรท  จึงจะเป็นค่าไนโตรเจนรวมทั้งหมดในตัวอย่าง

 

หลักการวิเคราะห์หาไนโตรเจนด้วยวิธีเจลดาห์ล

ในสภาวะที่มีกรดซัลฟูริกและมีตัวเร่งปฏิกิริยา สารประกอบไนโตรเจนซึ่งอยู่ในรูปของอินทรีย์ไนโตรเจน จะถูกเปลี่ยนไปเป็นแอมโมเนียมซัลเฟต และเมื่ออยู่ในสภาพด่าง แอมโมเนียจะละลายออกมาอยู่ในสารละลาย เมื่อนำมากลั่นก็จะสามารถนำแอมโมเนียที่ได้ไปไตเตรทด้วยสารละลายกรดมาตรฐาน

 

น้ำยาเคมีและวิธีเตรียม

1.โปแทสเซียมซัลเฟต (K₂SO₄)

2.คอปเปอร์ซัลเฟตเพนตะไฮเดรต (CuSO₄.5H₂O)

3.กรดซัลฟูริกเข้มข้น (concentrated H₂SO₄)

4. สารละลายกรดบอริก 4 เปอร์เซ็นต์ (H₃BO₃ 4%)

ละลายกรดบอริก 40 กรัมในน้ำกลั่น แล้วปรับปริมาตรให้ได้ 1 ลิตร

5. สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 40 เปอร์เซ็นต์ ( 40 % NaOH )

ละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 400 กรัมในน้ำกลั่น แล้วปรับปริมาตรให้ได้ 1 ลิตร

6. สารละลายอินดิเคเตอร์ผสม(mixed indicator)

ละลายโบรมอกลีซอลกรีน (bromocresol green) 0.099 กรัม และเมธิลเรด (methylred) 0.066 กรัมในเอทานอล (ethanol ) 100 มิลลิลิตร ค่อยๆ เติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.1 นอร์มอล จนสารละลายอินดิเคเตอร์เป็นสีม่วงแดง (พีเอชประมาณ 5) (สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด 0.1 นอร์มอล เตรียมได้โดยละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 4 กรัมในน้ำกลั่น แล้วปรับปริมาตรให้เป็น 1 ลิตร)

7. สารละลายกรดซัลฟูริกมาตรฐาน 0.02 นอร์มอล (0.02 N H₂SO₄)

ละลายกรดซัลฟูริกเข้มข้น 3.0 มิลลิลิตรในน้ำกลั่น เจือจางให้เป็น 1 ลิตร (หมายเหตุ ต้องเติมกรดลงในน้ำเท่านั้นห้ามเติมน้ำลงในกรดเข้มข้นเพราะทำให้เกิดการอิออไนซ์ (ionize) ของกรด และเกิดอันตรายได้) จากนั้นดูดสารละลายกรดซัลฟูริกดังกล่าวมา 200 มิลลิลิตร แล้วเจือจางให้เป็น 1 ลิตร จะได้สารละลายกรดซัลฟูริกมาตรฐานความเข้มข้น 0.02 นอร์มอล ทำการเทียบมาตรฐานความเข้มข้นของกรดตามวิธีข้างล่างนี้

การเทียบมาตรฐาน (standardization) ความเข้มข้นของกรดซัลฟูริกกับสารละลายโซเดียมคาร์บอเนต 0.05 นอร์มอล ทำได้ดังนี้

1) ละลายโซเดียมคาร์บอเนต (Na₂CO₃) (ที่อบ 250 องศาเซลเซียส นาน 4 ชั่วโมง ) 2.5 + 0.2 กรัม ในน้ำกลั่นแล้วเจือจางให้เป็น 1 ลิตร สารละลายนี้เก็บไว้ได้นานประมาณ 1 อาทิตย์

2) ดูดสารละลายในข้อ 1) มา 40.00 มิลลิลิตร ใส่ในฟลาสก์รูปชมพู่ (erlenmeyer flask) (ควรทำอย่างน้อย 3 ซ้ำ) แล้วไตเตรทกับสารละลายกรดซัลฟูริกมาตรฐาน 0.02 นอร์มอล จนมีพีเอช ประมาณ 5 จดปริมาตรสารละลายกรดที่ใช้ไตเตรท

3) นำสารละลายในข้อ 2) ไปต้ม 3-5 นาที (ขณะต้มสารละลายปิดด้วยกระจกนาฬิกา) ปล่อยทิ้งให้เย็นถึงอุณหภูมิห้อง
แล้วชะ (rinse) สารละลายที่เกาะอยู่ตามกระจกนาฬิกาลงในฟลาสก์รูปชมพู่ (ข้อสังเกต ขณะต้มแล้วทำให้เย็นจะมีไอน้ำเกาะอยู่ตามกระจกนาฬิกา)

4) ไตเตรทด้วยกรดต่อจนมีพีเอชของสารละลายถึงจุด inflection point (พีเอช = 4.5)

5) คำนวณความเข้มข้นของกรด (Normality) ดังนี้

N =	A x B
	53.00 x C

 เมื่อ A=น้ำหนักของโซเดียมคาร์บอเนตในสารละลายโซเดียมคาร์บอเนต 1 ลิตร(เท่ากับ 2.50 กรัม)
       B=จำนวนมิลลิลิตรของสารละลายโซเดียมคาร์บอเนตที่นำมาไนเตรท (เท่ากับ 40.00 มิลลิลิตร)
       C=ปริมาตรของสารละลายกรดซัลฟูริกมาตรฐาน 0.02 นอร์มอลที่ใช้ไตเตรท(มิลลิลิตร)

 

ขั้นตอนวิเคราะห์

1. การย่อยตัวอย่าง

1) ชั่งตัวอย่างตะกอนดินประมาณ 1 กรัม ใส่ในฟลาสก์เจลดาห์ล (kjeldhal flask) บันทึกน้ำหนักของกระดาษชั่งสารและตะกอนดิน และน้ำหนักกระดาษของชั่งสารเพื่อนำไปหาน้ำหนัก ตะกอนดินสุทธิ

2) เติมคอปเปอร์ซัลเฟตเพนตะไฮเดรต 0.5 กรัมและโปแทสเซียมซัลเฟต 10 กรัม

3) เติมกรดซัลฟูริกเข้มข้น 20 มิลลิลิตร

4) นำฟลาสก์เจลดาห์ลไปย่อย (ควรเปิดเตาย่อยให้ได้อุณหภูมิประมาณ 150 องศาเซลเซียสก่อน) โดยย่อยจากไฟอ่อนๆ ก่อน แล้วจึงเพิ่มอุณหภูมิให้ได้ประมาณ 370 องศาเซลเีซียส ย่อยจนกระทั่งได้สารละลายสีเขียวใส (ใช้เวลาประมาณ 90 นาที)

2. การกลั่นและการไตเตรท

1) เติมน้ำกลั่นประมาณ 20 มิลลิลิตร ลงในฟลาสก์เจลดาห์ลที่มีตัวอย่างตะกอนดินที่ผ่านการย่อยแล้ว

2) เตรียมฟลาสก์รูปชมพู (erlenmeyer flask) สำหรับรองรับสารละลายที่จะกลั่นได้ จากเครื่องกลั่นด้วยการเติมสารละลายอินดิเคเตอร์ผสมลงไปในฟลาสก์รูปชมพู่ 0.50 มิลลิลิตร แล้วเติมสารละลายกรดบอริก 50 มิลลิลิตรนำไปต่อเข้ากับปลายของเครื่องควบแน่น (condensor)

3) เติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ความเข้มข้น 40 เปอร์เซ็นต์ 20 มิลลิลิตร ลงในฟลาสก์เจลดาห์ลตามข้อ 1) แล้วนำไปประกอบเข้ากับชุดกลั่น ทำการกลั่นจนสารละลายในฟลาสก์รูปชมพู่ ตามข้อ 2) มีปริมาตรเพิ่มขึ้น 150 มิลลิลิตร

4) นำสารละลายที่กลั่นได้ในข้อ 3) ไปไตเตรตกับสารละลายกรดซัลฟูริกมาตรฐาo 0.02 นอร์มอล เมื่อถึงจุดยุติสารละลายจะเปลี่ยนจากสีเขียวเป็นสีม่วงแดง บันทึกปริมาตรของสารละลายกรดซัลฟูริก มาตรฐาน 0.02 นอร์มอล ที่ใช้ไป (B_s)

5) วิเคราะห์แบลงค์ ใช้กระดาษชั่งสารอย่างเดียวโดยไม่มีตะกอนดิ และดำเนิการเช่นเดียวกับตัวอย่างทุกขั้นตอน ปริมาตรของสารละลายกรดซัลฟูริกมาตรฐาน 0.02 นอร์มอล ที่ใช้ในการไตเตรตแบลงค์ให้เท่ากับ B_b

นำไปคำนวณค่า kjeldhal nitrogen ในตัวอย่างดังนี้

ค่า kjeldhal nitrogen (mg-N/kg dry sediment) =	1.4 x B x 1000 x 0.02
	W

B = ปริมาตรของสารละลายกรดซัลฟริกมาตรฐาน 0.02 นอร์มอลที่ใช้ (มิลลิลิตร) = B_s±B_b
W= น้ำหนักตะกอนดินแห้งที่ใช้วิเคราะห์ (กรัม)

 

การใช้เครื่องกลั่นไนโตรเจนยี่ห้อ Gerhardt รุ่น Vapodest 33

1.เปิดน้ำ ตรวจสอบน้ำและสารเคมีที่จะใช้ว่ามีปริมาณที่เพียงพอ หรือสายยางว่าจุ่มอยู่ ในที่บรรจุอยู่เรียบร้อย

2.เปิดสวิทซ์ Power ทางด้านซ้ายของตัวเครื่อง

3.ที่จอด้านหน้าเครื่องจะแสดงวันที่ เวลา และแสดงตัวเลขให้เราเลือกระหว่างการทำงาน(Run, กดเลข 2) หรือดูโปรแกรมที่ตั้งไว้ (Prog, กดเลข 2) ควรมีการอุ่นเครื่องก่อนการกลั่น โดยตั้งเวลาเฉพาะเวลากลั่น (Dist. Time) = 3.30 นาที

4. การตั้งโปรแกรม
-กดเลข 2 ที่จอจะแสดง Program No. ให้กดเลขตามหมายเลขที่เราต้องการ (เลือกได้ 0-9) แล้วกด ENTER

-จอจะแสดงคำว่า ADD H₃BO₃ ให้กดเลขตามจำนวนวินาทีที่ต้องการ เติม H₃BO₃ แล้ว กด ENTER (4 วินาที)

-จอจะแสดงว่า ADD H₂O ให้กดเลขตามจำนวนวินาทีที่ต้องการให้มีการเติม H₂O แล้วกด ENTER (5 วินาที)

-จอจะแสดงคำว่า ADD NaOH ให้กดเลขจำนวนวินาทีที่ต้องการให้มีการเติม NaOH แล้วกด ENTER (16-19 วินาที) ในขณะที่มีสาร NaOH ในขวดมาก ปั้มจะดูดมาเติมได้มาก ดังนั้นควรมีการปรับเปลี่ยนระยะเวลาให้เหมาะสม สังเกตได้จากเมื่อเติมสารเสร็จสารละลายที่ได้จะมีสีดำ (เติมเพื่อเปลี่ยนน้ำตัวอย่างที่ผ่านการย่อยแล้วให้เป็นด่างทำให้แอมโมเนียสามารถละลายออกมาได้ เมื่อเติมสารครบหมดแล้ว รวมทั้งน้ำตัวอย่างจะได้ปริมาณประมาณครึ่งหลอด Kjeldahl)

-จอจะแสดงคำว่า Reaction time ให้กดเลขจำนวนวินาทีที่ต้องการให้มีการเกิดปฏิกิริยาก่อนการกลั่น แล้วกด ENTER (15 วินาที)

-จอจะแสดงคำว่า Dist. time ให้กดเลขตามจำนวนวินาทีที่ต้องการให้มีการกลั่นแล้วกด ENTER (ประมาณ 4.20 ± 5.00 นาที) ในการกลั่นตัวอย่างครั้งแรกถึงแม้ว่าจะมีการอุ่นเครื่องแล้วก็ยังได้สารปริมาณที่น้อยกว่าครั้งหลังๆ ในเวลาเท่ากัน ดังนั้นควรมีการสังเกตและปรับเปลี่ยนเวลาในการกลั่นด้วย

-จอจะแสดงคำว่า Steam Output ให้กดเลขตามลำดับมากน้อยของไอน้ำที่เราต้องการใช้ในการกลั่นแล้วกด ENTER (7)

-จอจะแสดงคำว่า Suction time ให้กดเลขตามจำนวนวินาทีที่เราต้องการให้มีการดูดตัวอย่างหลังจากการกลั่นทิ้ง แล้วกด ENTER (15 วินาที)

ในการทดลองควรสังเกตการเติมสารทุกครั้ง เพื่อที่จะได้ปรับเปลี่ยนระยะเวลาใน การเติมสารเพราะประสิทธิภาพของปั้มอาจลดลงทำให้ปริมาณสารที่เติมไม่เพียงพอ