OZNACZANIE ZAWARTOŚCI AMONIAKU

Wydział Chemiczny PRz,
Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
OZNACZANIE ZAWARTOŚCI AMONIAKU W PRÓBKACH POWIETRZA
1.
WPROWADZENIE
Określenie "amoniak" obejmuje zarówno niezjonizowaną postad (NH3), jak i postad
zjonizowaną (NH4+). Amoniak w środowisku pochodzi z przemian metabolicznych oraz
rolniczych i przemysłowych procesów, a także powstaje w czasie dezynfekcji wody
z wykorzystaniem chloraminy. Naturalne stężenia amoniaku w wodach podziemnych
i powierzchniowych zazwyczaj nie przekraczają 0,2 mg/litr. Pozbawione tlenu wody
podziemne mogą zawierad nawet 3 mg/litr amoniaku. Intensywna hodowla zwierząt może
powodowad znacznie wyższe stężenia amoniaku w wodach powierzchniowych.
Zanieczyszczenie amoniakiem może również pochodzid z cementowych wykładzin
przewodów wodociągowych. Zawartośd amoniaku w wodzie jest wskaźnikiem możliwego
zanieczyszczenia wody bakteriami, ściekami czy odchodami zwierzęcymi. Amoniak jest
istotnym elementem metabolizmu ssaków. Zagrożenie pochodzące ze źródeł
środowiskowych jest nieistotne w porównaniu z endogenną syntezą amoniaku. Efekty
toksyczne działania amoniaku obserwuje się dopiero przy spożyciu przekraczającym
200 mg/kg masy ciała. Amoniak może zmniejszad skutecznośd dezynfekcji wody, przyczyniad
się do powstawania azotanów(III) w sieci wodociągowej, powodowad nieskuteczne usuwanie
manganu, a także wywoływad zmiany smaku oraz zapachu wody i w wodzie do picia jest
limitowany na poziomie 0,5 mg/dm3.
Amoniak działa drażniąco na błony śluzowe i skórę, a większe jego stężenia
w powietrzu wywołują także porażenie ośrodkowego układu nerwowego. Negatywne skutki
kontaktu organizmu ludzkiego z parami amoniakalnymi zależą od wielkości stężenia par
amoniaku i czasu ich oddziaływania. Człowiek wykrywa powonieniem pary amoniaku przy
stężeniach jeszcze całkowicie bezpiecznych, niepowodujących żadnych szkód dla zdrowia;
niektóre źródła podają, że jest to zaledwie 5ppm. Stężenie rzędu 50 – 100 ppm jest jeszcze
bezpieczne dla zdrowia, ale już bardzo uciążliwe do przebywania dla większości osób,
natomiast za próg stężenia szkodliwego dla zdrowia uważa się wartośd powyżej 1000 ppm.
2.
METODA OZNACZANIA
2.1
ZASADA OZNACZANIA
Metoda ta jest przykładem oznaczenia kolorymetrycznego, które opiera się na
tworzeniu barwnego kompleksu oznaczanego związku z odczynnikiem nieorganicznym,
a następnie pomiarze natężenia promieniowania po jego przejściu przez substancje barwną.
Czynnikiem kompleksującym stosowanym w tej metodzie jest odczynnik Nesslera. Za jego
pomocą oznaczany składnik przeprowadza się w barwny, żółto-pomaraoczowy związek.
1
Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych,
kierunek: technologia chemiczna,
przedmiot: analiza środowiska
opracowanie: Janusz Pusz, Bogdan Papciak
NH4+ + 2 [HgI4]2- + 4OH-
+ 8 I-
+ 3H2O
Następnie dokonuje się pomiaru ilości światła ulegającego absorpcji. Korzysta się tutaj ze
spektrometru na zakres światła widzialnego lub kolorymetru z fiołkowo-niebieskim filtrem o
maksymalnej przepuszczalności światła 400 nm i kuwet pomiarowych o grubości warstwy
absorbującej 10 mm.
Metodę stosuje się do oznaczania zawartości amoniaku w powietrzu otaczającym
stanowiska pracy przy przeprowadzaniu kontroli warunków sanitarno-higienicznych.
W warunkach pobierania próbki powietrza i wykonania pomiarów absorpcji kuwetach
pomiarowych o grubości warstwy absorbującej 10 mm, można oznaczyd 9 mg amoniaku
w 1 m3 powietrza. Woda destylowana, z której sporządza się wszystkie używane w analizie
odczynniki nie powinna zawierad jonów NH4+. Czasami stosuje się jako koloid ochronny
roztwór gumy arabskiej, w obecności którego powstały kompleks przy małym stężeniu
pozostaje w trwałym rozproszeniu oraz w próbkach nie powstaje zmętnienie lub jest
znikome.
2.2
APARATURA I PRZYRZĄDY
a) Aspirator butelkowy pojemności 5 dm3 lub pompa ssąca umożliwiająca
przepuszczanie powietrza z szybkością 60 dm3/h.
b) Płuczka bełkotkowa duża wg PN-69/C-13046.
c) Spektrofotometr na zakres światła widzialnego lub kolorymetr z fiołkowo-niebieskim
filtrem o maksymalnej przepuszczalności światła 400 nm, kuwety pomiarowe o
grubości warstwy absorbującej 10 mm.
2.3
ODCZYNNIKI I ROZTWORY
a) Woda destylowana nie zawierająca amoniaku: świeżo przedestylowaną wodę
gotowad do odparowania 1/3 pierwotnej objętości i następnie przechowywad ją
w zamkniętej butli. Z tak przygotowanej wody należy sporządzad wszystkie używane
w analizie odczynniki oraz stosowad ją w całym postępowaniu analitycznym.
b) Kwas siarkowy(VI) cz.d.a., roztwór 0,01 mol/dm3.
c) Odczynnik Nesslera: rozpuścid 10 g jodku potasowego cz.d.a. w 10 cm 3 wody
destylowanej i dodawad nasycony roztwór chlorku rtęci(II) cz.d.a, do chwili, gdy
przestanie znikad tworzący się osad, a następnie dodad 100 cm3 30 procentowego
(wag-obj.) roztworu wodorotlenku sodu cz.d.a. Całośd dopełnid wodą destylowaną do
objętości 200 cm3, wymieszad i pozostawid do następnego dnia w ciemnym miejscu.
Klarowny roztwór zdekantowany znad wydzielonego osadu przechowywad w butelce
z ciemnego szkła zamkniętej gumowym korkiem. Tak przygotowany i przechowywany
2
Wydział Chemiczny PRz,
Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
odczynnik Nesslera jest trwały przez pół roku.
d) Wzorcowy roztwór amoniaku o stężeniu 0,1 mg/cm3: odważyd na wadze analitycznej
0,3141 g chlorku amonowego cz.d.a. wysuszonego w temperaturze około 100°C,
rozpuścid w niewielkiej ilości wody destylowanej w kolbie pomiarowej objętości
1000 cm3, uzupełnid wodą destylowaną do kreski i wymieszad.
2.4
POBIERANIE PRÓBEK POWIETRZA
Przez płuczkę wg 2.2 b) zawierającą 25 cm3 roztworu kwasu siarkowego(VI) wg 2.3 b)
przepuścid 5 dm3 powietrza z szybkością nie większą niż 60 dm3/h.
2.5
PRZYGOTOWANIE SKALI WZORCÓW I KRZYWEJ WZORCOWEJ
Do 6 kolb miarowych o pojemności 50 cm3, odmierzyd po 20 cm3 wody destylowanej i
10 cm3 roztworu kwasu siarkowego(VI). Następnie odmierzyd kolejno 0,30; 0,60; 1,00; 1,40;
1,80 i 2,00 cm3 roztworu wzorcowego amoniaku, co odpowiada zawartości amoniaku
0,03 – 0,2 mg. Roztwory wymieszad i dodad po 1 cm3 odczynnika Nesslera, lekko mieszając
roztwór w kolbie. Roztwory w kolbach uzupełnid wodą destylowaną do 50 cm 3 starannie
wymieszad. Przygotowad również roztwór odnośnika w kolbie miarowej o pojemności 50 cm3
zawierający 20 cm3 wody destylowanej, 10 cm3 roztworu kwasu siarkowego(VI) oraz 1 cm3
odczynnika Nesslera i uzupełniony wodą do kreski. Przed upływem godziny zmierzyd
absorbancje wzorców wobec odnośnika przy długości fali 400 nm lub przy
fiołkowo-niebieskim filtrze. Z odczytanych wartości absorbancji wykreślid krzywą wzorcową,
a w przypadku stwierdzenia prostoliniowej zależności absorbancji od stężenia obliczyd dla
każdego wzorca współczynnik absorpcji (a) wg wzoru
A
c
a
w którym:
A - odczytana absorbancja,
c - zawartośd amoniaku w próbce, mg.
_
Następnie obliczyd średni współczynnik absorpcji ( a ) wg wzoru
n
_
a
a
i
i
n
w którym:
ai - wartości współczynników absorpcji dla poszczególnych wzorców,
n - liczba pomiarów.
Krzywą wzorcową należy sprawdzid dla każdej nowej partii odczynników, szczególnie
w przypadku nowego odczynnika Nesslera.
3
Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych,
kierunek: technologia chemiczna,
przedmiot: analiza środowiska
opracowanie: Janusz Pusz, Bogdan Papciak
2.6
WYKONANIE OZNACZENIA
Do kolby miarowej pojemności 50 cm3 przenieśd z płuczki 15 cm3 roztworu, dodad
20 cm3 wody destylowanej i 1 cm3 odczynnika Nesslera. Podczas dodawania odczynnika
Nesslera roztwór w kolbie lekko mieszad. Następnie zawartośd kolby uzupełnid do kreski
wodą destylowaną, starannie wymieszad i przed upływem godziny zmierzyd absorbancję
próbki jak w 2.5. W przypadku otrzymania absorbancji przekraczającej zakres krzywej
wzorcowej należy oznaczanie powtórzyd z mniejszą objętością roztworu z płuczki.
2.7
OBLICZANIE WYNIKÓW
Stężenie amoniaku (X) lub (X1) w badanym powietrzu obliczyd w mg/m3 wg wzorów:
a) w przypadku prostoliniowej zależności absorbancji od ilości amoniaku:
X
25  A 1000
V  a  V1
b) w przypadku krzywoliniowej zależności absorbancji od ilości amoniaku:
X1 
25  c 1000
V  V1
w których:
_
a - średni współczynnik absorpcji wyznaczony wg 2.5,
25
A
c
V
V1
3
-
całkowita objętośd roztworu pochłaniającego, cm3,
odczytana wartośd absorbancji,
zawartośd amoniaku w próbce odczytana z krzywej wzorcowej, mg,
objętośd powietrza przepuszczonego przez płuczkę, dm3,
objętośd roztworu pochłaniającego pobrana do oznaczania, cm 3.
LITERATURA
1. Norma PN-71/Z-04041, Oznaczenie zawartości amoniaku w powietrzu.
4