Determination of Total Nitrogen and Phosphorus in Wastewaters by Alkaline Persulfate Digestion Followed by IC
Aplikace | 2016 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
V hromadných i komunálních odpadních vodách se kumulují všechny formy dusíku a fosforu, které přispívají k eutrofizaci, tvorbě toxických řasových květů a poklesu kvality vody. Celkové stanovení dusíku (TN) a fosforu (TP) je základním ukazatelem znečištění a účinnosti čisticích procesů. Tradiční postupy (TKN, kolorimetrie) používají toxické činidla, ne vždy určují anorganické a organické frakce a často vyžadují více analytických kroků.
Studie představuje metodu simultánního stanovení TN a TP v odpadních vodách využívající alkalickou persulfátovou digesci následovanou iontovou chromatografií (IC) s potlačenou detekcí vodivosti. Hlavním cílem bylo nahradit bezpečnostně i ekologicky nevhodné Kjeldahlovy postupy, zjednodušit analytický postup a zlepšit citlivost a robustnost stanovení.
Postup digesce:
Metoda kombinuje svůj nízký environmentální a bezpečnostní dopad (bez Hg, Ničivých kyselin), jednoduchou automatizaci, nízké detekční limity a minimalizované mezilehlé kroky. Umožňuje rychlé a spolehlivé stanovení TN a TP pro monitorování jakosti vod, kontrolu čisticích zařízení, průmyslovou analytiku a naplnění regulovaných požadavků.
Alkalická persulfátová digesce následovaná IC na koloně AS19 představuje bezpečnou a efektivní alternativu k tradičním TKN a kolorimetrickým metodám. Nabízí simultánní určení TN a TP s vysokou přesností, citlivostí a robustností pro široké uplatnění v environmentální a průmyslové analytice.
1. U.S. EPA, Report of the State–EPA Nutrient Innovations Task Group; Washington, DC, 2009.
2. U.S. EPA, The Facts about Nutrient Pollution; Washington, DC, 2012.
3. Piotrowski J.; Wagner K.; Gibson R. Nitrogen and Phosphorus Pollution and Harmful Algal Blooms in Lakes; EPA Watershed Academy Webcast, 2011.
4. Atkinson I.; Heggie D.; Scanes P.; Radke L. Water Column Nutrients; OzCoasts, 2014.
5. Marshall R. Best Management Practices Guide for Nutrient Management in Effluent Treatment; Forest Products Association of Canada, 2008.
6. U.S. EPA Method 351.2: Determination of Total Kjeldahl Nitrogen by Semi-Automated Colorimetry; Cincinnati, OH, 1993.
7. U.S. EPA Method 300.0: Determination of Inorganic Anions in Drinking Water by Ion Chromatography; Cincinnati, OH, 1993.
8. U.S. EPA Method 300.1: Determination of Inorganic Anions in Drinking Water by Ion Chromatography; Cincinnati, OH, 1997.
9. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 22nd ed.; APHA: Washington, DC, 2012.
10. Patton C.J.; Kryskalla J.R. Methods of Analysis by the U.S. Geological Survey National Water Quality Laboratory—Evaluation of Alkaline Persulfate Digestion as an Alternative to Kjeldahl Digestion for Determination of Total and Dissolved Nitrogen and Phosphorus in Water; USGS Water-Resources Investigations Report 03–4174, Denver, CO, 2003.
11. Karthikeyan S.; He J.; Palani S.; Balasubramanian R.; Burger D. Talanta 2009, 77, 979–984.
12. De Vargas M.C.; De Medina H.L.; Villalobos E.; Gutierrez E. Analyst 1995, 120, 761–763.
13. De Medina H.L.; De Vargas M.C.; Marin J.; Pirela D. J. Chromatogr. A 1994, 671, 287–293.
14. Halstead J.A.; Edwards J.; Reginald J.; Soracco R.J.; Armstrong R.W. J. Chromatogr. A 1999, 857, 337–342.
15. Ruiz-Calero V.; Galceran M.T. Talanta 2005, 66, 376–410.
16. Colina M.; Gardiner P.H.E. J. Chromatogr. A 1999, 847, 285–290.
17. Vorob’eva I.S.; Gurskii V.S. Ind. Lab. 2000, 66, 505–507.
18. Colombini S.; Polesello S.; Valsecchi S. J. Chromatogr. A 1998, 822, 162–166.
19. Pohl C. LCGC North Am. 2013, 31, s16–s22.
20. U.S. EPA, Sources and Solutions: Wastewater; Nutrient Pollution, EPA Web.
21. U.S. Geological Survey, Nutrients from Atmospheric and Urban Sources; USGS Circular 1225.
Iontová chromatografie
ZaměřeníŽivotní prostředí
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
V hromadných i komunálních odpadních vodách se kumulují všechny formy dusíku a fosforu, které přispívají k eutrofizaci, tvorbě toxických řasových květů a poklesu kvality vody. Celkové stanovení dusíku (TN) a fosforu (TP) je základním ukazatelem znečištění a účinnosti čisticích procesů. Tradiční postupy (TKN, kolorimetrie) používají toxické činidla, ne vždy určují anorganické a organické frakce a často vyžadují více analytických kroků.
Cíle a přehled studie / článku
Studie představuje metodu simultánního stanovení TN a TP v odpadních vodách využívající alkalickou persulfátovou digesci následovanou iontovou chromatografií (IC) s potlačenou detekcí vodivosti. Hlavním cílem bylo nahradit bezpečnostně i ekologicky nevhodné Kjeldahlovy postupy, zjednodušit analytický postup a zlepšit citlivost a robustnost stanovení.
Použitá metodika a instrumentace
Postup digesce:
- Vzorky smíchané v poměru 4 díly vzorek : 2 díly alkalického persulfátového činidla (1,5 M NaOH, 40 g K2S2O8 v 100 ml).
- Termostatování při 120 °C po dobu 60 minut v COD reaktoru.
- Po ochlazení dojde k přeměně všech dusíkatých forem na nitrate a k hydrolýze na fosfát při konečném pH ~2.
- Thermo Scientific Dionex ICS-2100 RFIC systém (pumpa, odvzdušňovač, kolonnaží, potlačená vodivostní detekce, elektrogenerátor hydroxidu).
- Kolony Dionex IonPac AG19 (guard 2×50 mm) a AS19 (analytická 2×250 mm).
- Eluent: gradient KOH 20→50 mM generovaný EGC III KOH cartridgí a CR-ATC aniontovým pastičem.
- Potlačovač: Dionex AERS 500 v recyklačním režimu (38 mA).
- Autosampler Dionex AS-AP, software Chromeleon 7.2.
Hlavní výsledky a diskuse
- Dionex IonPac AS19 umožnil v čase <20 min efektivní rozlišení nitrátu a fosfátu od vysoké koncentrace síranu a dalších rušivých aniontů (chlorid, chlorát, karbonát).
- Systémové LODy: nitrit 0,76 µg/L, nitrát 1,0 µg/L, fosfát 1,3 µg/L; LOQ: 2,5 µg/L, 3,4 µg/L a 4,2 µg/L.
- Vzorkové LOQ po digesci (1:15): nitrát ~58 µg/L, fosfát ~54 µg/L (v závislosti na čistotě soli persulfátu).
- Recoverie z organických dusíkatých vzorků (nikotinová kys., urea, glycin, NH4Cl) 93–100 %; z fosforu (G1P, glycerofosfát) ~97–99 %, nižší u ATP a fytátu (~85 %).
- Denní opakovatelnost digesce: RSD 3,1 % (nitrát), 3,9 % (fosfát); retence i plocha vrcholů stabilní (RSD <1,5 %).
- Analýza šesti odpadních vod: nativní nitrát 0,5–15 mg/L, fosfát 0,2–3 mg/L; po digesci zvýšení TN u surových a primárních kalů na 36–40 mg/L a TP jen mírně na 0,4–4,5 mg/L.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda kombinuje svůj nízký environmentální a bezpečnostní dopad (bez Hg, Ničivých kyselin), jednoduchou automatizaci, nízké detekční limity a minimalizované mezilehlé kroky. Umožňuje rychlé a spolehlivé stanovení TN a TP pro monitorování jakosti vod, kontrolu čisticích zařízení, průmyslovou analytiku a naplnění regulovaných požadavků.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace on-line digesce pro vyšší průtok vzorků a automatizaci.
- Rozšíření na další anorganické a organické formy živin či multi-nutriční analýzu.
- Miniaturizace a vývoj přenosných IC systémů pro terénní měření kvality vody.
- Propojení s pokročilou datovou analýzou včetně strojového učení.
- Adaptace metody pro půdní a zemědělské vzorky či dešťové vody.
Závěr
Alkalická persulfátová digesce následovaná IC na koloně AS19 představuje bezpečnou a efektivní alternativu k tradičním TKN a kolorimetrickým metodám. Nabízí simultánní určení TN a TP s vysokou přesností, citlivostí a robustností pro široké uplatnění v environmentální a průmyslové analytice.
Reference
1. U.S. EPA, Report of the State–EPA Nutrient Innovations Task Group; Washington, DC, 2009.
2. U.S. EPA, The Facts about Nutrient Pollution; Washington, DC, 2012.
3. Piotrowski J.; Wagner K.; Gibson R. Nitrogen and Phosphorus Pollution and Harmful Algal Blooms in Lakes; EPA Watershed Academy Webcast, 2011.
4. Atkinson I.; Heggie D.; Scanes P.; Radke L. Water Column Nutrients; OzCoasts, 2014.
5. Marshall R. Best Management Practices Guide for Nutrient Management in Effluent Treatment; Forest Products Association of Canada, 2008.
6. U.S. EPA Method 351.2: Determination of Total Kjeldahl Nitrogen by Semi-Automated Colorimetry; Cincinnati, OH, 1993.
7. U.S. EPA Method 300.0: Determination of Inorganic Anions in Drinking Water by Ion Chromatography; Cincinnati, OH, 1993.
8. U.S. EPA Method 300.1: Determination of Inorganic Anions in Drinking Water by Ion Chromatography; Cincinnati, OH, 1997.
9. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 22nd ed.; APHA: Washington, DC, 2012.
10. Patton C.J.; Kryskalla J.R. Methods of Analysis by the U.S. Geological Survey National Water Quality Laboratory—Evaluation of Alkaline Persulfate Digestion as an Alternative to Kjeldahl Digestion for Determination of Total and Dissolved Nitrogen and Phosphorus in Water; USGS Water-Resources Investigations Report 03–4174, Denver, CO, 2003.
11. Karthikeyan S.; He J.; Palani S.; Balasubramanian R.; Burger D. Talanta 2009, 77, 979–984.
12. De Vargas M.C.; De Medina H.L.; Villalobos E.; Gutierrez E. Analyst 1995, 120, 761–763.
13. De Medina H.L.; De Vargas M.C.; Marin J.; Pirela D. J. Chromatogr. A 1994, 671, 287–293.
14. Halstead J.A.; Edwards J.; Reginald J.; Soracco R.J.; Armstrong R.W. J. Chromatogr. A 1999, 857, 337–342.
15. Ruiz-Calero V.; Galceran M.T. Talanta 2005, 66, 376–410.
16. Colina M.; Gardiner P.H.E. J. Chromatogr. A 1999, 847, 285–290.
17. Vorob’eva I.S.; Gurskii V.S. Ind. Lab. 2000, 66, 505–507.
18. Colombini S.; Polesello S.; Valsecchi S. J. Chromatogr. A 1998, 822, 162–166.
19. Pohl C. LCGC North Am. 2013, 31, s16–s22.
20. U.S. EPA, Sources and Solutions: Wastewater; Nutrient Pollution, EPA Web.
21. U.S. Geological Survey, Nutrients from Atmospheric and Urban Sources; USGS Circular 1225.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Analysis of Total Nitrogen and Total Phosphorus in Environmental Water According to ASTM D8001 by Ion Chromatography
2023|Shimadzu|Aplikace
Anion Suppressor Ion Chromatograph HIC-ESP Analysis of Total Nitrogen and Total Phosphorus in Environmental Water According to ASTM D8001 by Ion Chromatography Application News Jiang Yujing, Ayano Tanabe User Benefits Total nitrogen (TN) and Total phosphorus(TP) in environmental water…
Klíčová slova
phosphorus, phosphorusconcentration, concentrationnitrogen, nitrogendigestion, digestiondigestcheck, digestchecktkn, tkntotal, totalundigested, undigestedaverage, averageshodex, shodexmixed, mixednews, newsdigested, digestedsuppressor, suppressorsample
Ion Chromatography Solutions for Environmental Analysis
2024|Shimadzu|Příručky
C197-E004 Ion Chromatography Solutions for Environmental Analysis Ion Chromatography Solutions for Environmental Analysis Contents Overview of Environment Analysis 3 Relevance of Ion Chromatography in Environmental Analysis 4 Overview of Ion Chromatography 6 Introduction of Ion Exchange Chromatography 6 Shimadzu’s Ion…
Klíčová slova
ion, ionanalysis, analysischromatography, chromatographysuppressor, suppressorwater, waterenvironmental, environmentalanions, anionshexavalent, hexavalentsolutions, solutionschromium, chromiumdrinking, drinkingindex, indexconductivity, conductivityanion, anioncolumn
Environmental Water Applications Notebook
2012|Thermo Fisher Scientific|Příručky
Environmental Water Applications Notebook Anions • Cations • Bromate • Haloacetics Acids • Disinfection Byproducts Table of Contents Introduction to Environmental Water Analysis.......................................................................................................................... 4 Analysis of Anions..................................................................................................................................................................... 7 Monitoring Inorganic Anions and Cations During Desalination............................................................................................... 8 Determination of Total Phosphorus…
Klíčová slova
anions, anionsbromate, bromatewater, waterbromide, bromidedrinking, drinkingpostcolumn, postcolumninorganic, inorganicconductivity, conductivitydetermination, determinationcations, cationsreagent, reagentsuppressed, suppressedeluent, eluenthydroxide, hydroxidedisinfection
Eliminate TKN and Get Better Total Nitrogen Data
2015|Shimadzu|Postery
PO-CON1509E Eliminate TKN and Get Better Total Nitrogen Data Pittcon 2015 1855-10P William Lipps and Dan Davis; Shimadzu Scientific Instruments, Columbia, MD, USA Eliminate TKN and Get Better Total Nitrogen Data Introduction Nitrogen is a principle element referred to when…
Klíčová slova
tkn, tknnitrogen, nitrogencolorimetrically, colorimetricallyeliminate, eliminatehtcc, htccget, gettotal, totalpersulfate, persulfatebetter, betterkroon, kroonnydahl, nydahldetermines, determinesdata, datalipps, lippsoxidation