Các phương pháp xác định amoni trong nước

Có thể xác định amoni trong nước bằng một trong ba phương pháp khác nhau:

Tách amoni bằng cách chưng cất dung dịch chứa nó trong môi trường kiềm, sau đó chuẩn độ bằng axit.
Xác định điện thế sử dụng các điện cực nhạy ion
Xác định trắc quang hoặc so màu

Nồng độ amoni và các chất gây ảnh hưởng là hai yếu tố chính liên quan đến việc lựa chọn phương pháp xác định amoni.

Nói chung, việc xác định trực tiếp, thủ công trong những trường hợp hàm lượng amoni thấp chỉ được dùng đối với nước uống, nước ngầm và nước bề mặt sạch, hoặc dòng thải đã bị nitro hóa có chất lượng tốt.

Những trường hợp khác và trong những mẫu có các chất gây ảnh hưởng đến phép xác định hoặc khi cần phân tích chính xác hơn thì phải chưng cất sơ bộ mẫu trước khi phân tích.

Mặt khác, độ chính xác của phương pháp xác định nitơ-amoni phụ thuộc rất nhiều vào cách lấy mẫu và xử lý bảo quản mẫu. Các mẫu phân tích ngay hoặc sớm hầu hết đều cho kết quả chính xác. Nếu các mẫu được phân tích trong vòng 24h sau khi lấy mẫu, thì không phải axit hóa mẫu và phải bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4C. Khi cần lưu mẫu lâu (đến 28 ngày), phải làm lạnh mẫu ở âm 20C và không axit hóa mẫu. Nếu bảo quản mẫu bằng axit thì pH phải < 2 và để lạnh 4C, sau đó trung hòa mẫu bằng NaOH hoặc KOH và xác định ngay amoni sau khi trung hòa (Chú ý: việc axit hóa để giữ mẫu thường ảnh hưởng đến kết quả vì có thể làm thay đổi hàm lượng amoni do sự có mặt của amoni trong chất rắn ở dạng keo không thể lọc được; đồng thời cũng cần nhớ rằng phải dùng nước cất không amoni).

Trong ba phương pháp xác định amoni kể trên, phương pháp chuẩn độ thể tích luôn phải có bước chưng cất còn hai phương pháp sau thì có thể phải chưng cất và cũng có thể không.

Cac phuong phap xac dinh amoni trong nuoc

1. Phương pháp thể tích ( chuẩn độ axit-bazơ)

Phương pháp chuẩn độ là phương pháp có thể áp dụng để xác định cả nitơ – hữu cơ và nitơ – amoni trong các mẫu nghiên cứu. Phương pháp được ứng dụng trong khoảng nồng độ từ 5-100 mg N-amoni/l. Trong phương pháp này người ta sử dụng axit boric như một chất hấp thụ để chuẩn độ.

Nguyên tắc của phương pháp là mẫu được đệm hóa ở pH 9,5 bằng đệm borat để làm giảm sự thủy phân xianat và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Sau đó sử dụng bình Kjeldahl để cất và hấp thụ amoniac vào dung dịch axit boric (nếu sử dụng phương pháp chuẩn độ) và hấp thụ vào axit sunforic (nếu dùng phương pháp phenat). Chọn phương pháp chuẩn độ hay so màu phenat là tùy thuộc vào nồng độ amoni trong mẫu; hoặc cũng có thể sử dụng phương pháp điện cực chọn lọc khi thu amoniac vào H2SO4.

Dung dịch hấp thụ vào axit sau khi chưng cất phù hợp cho việc xác định nitơ-amoni có hàm lượng từ 5 mg/l trở lên.

Xác định amoni trong phần cất bằng cách chuẩn độ với axit HCl 0,02 M hoặc với dung dịch HCl 0,1 M khi mẫu có hàm lượng amoni cao.

2. Phương pháp điện cực chọn lọc

Đây là phương pháp có khả năng xác định nitơ trong một khoảng rộng với hai phương thức: sử dụng điện cực chọn lọc – ứng dụng trong khoảng nồng độ từ 0,03 ÷ 1400 mg NH3-N/l và điện cực chọn lọc có sử dụng phương pháp thêm xác định trong khoảng 2,5-30 mg NH3-N/l. Phương pháp này có thể sử dụng để xác định amoni trong nhiều đối tượng như nước uống, nước mặt, nước thải đô thị và nước thải công nghiệp.

Mẫu sau khi đã được đệm hóa ở pH 9,5 và chưng cất, được hấp thụ vào 50 ml dung dịch H2 SO4 0,04N đối với phương pháp điện cực chọn lọc và phương pháp phenat.

Điện cực chọn lọc amoni sử dụng một màng thấm kị khí để tách dung dịch mẫu khỏi một dung dịch NH4Cl trong điện cực. Amoni hòa tan (NH3 và NH4+) được chuyển thành NH3 nhờ tăng pH đến 11 bằng một dung dịch kiềm mạnh. NH3 sẽ khuếch tán qua màng và làm thay đổi pH. Sự thay đổi pH này được đo bằng một điện cực pH.

3. Phương pháp trắc quang

Qua nhiều năm, các phương pháp trắc quang khác nhau để xác định amoni đã được sử dụng. Những phương pháp được sử dụng thường xuyên nhất là dựa vào phản ứng hóa học tạo phức màu với các thuốc thử vô cơ (Nessler) hoặc thuốc thử hữu cơ (màu xanh indo-) của ion amoni trong môi trường kiềm.

Phương pháp Nessler

Nguyên tắc của phương pháp là khi thuốc thử Nessler (K2HgI4) trong môi trường kiềm được thêm vào một dung dịch muối amoni loãng, thì amoni sẽ nhanh chóng phản ứng với thuốc thử, tạo phức có màu vàng đến nâu sẫm phụ thuộc vào nồng độ amoni có trong mẫu. Màu tạo ra giữa thuốc thử Nessler và amoni có cực đại hấp thụ quang ở bước sóng 420 – 500 nm tùy thuộc vào nồng độ amoni trong mẫu.

Đây là phương pháp khá nhạy, có thể xác định được lượng amoni (tính theo N) từ 0,02 mg/l đến 5,00 mg/l. Các yếu tố ảnh hưởng có thể loại trừ bằng cách kết tủa với kẽm hydroxit hoặc chưng cất trước khi nessler hóa.

Thuốc thử Nessler được sử dụng để xác định amoni trong dung dịch amoni rất loãng và trong nước tự nhiên. Phương pháp cũng được ứng dụng để xác định nitrat và nitrit bằng cách khử chúng trong môi trường kiềm có hợp kim Devarda làm xúc tác tới amoniac; thu các nitrat và nitrit đã bị khử về dạng NH3 bằng cách chưng cất. Quy trình này được ứng dụng với nồng độ amoni <0,1 mg/l.

Phương pháp phenat

Phương pháp phenat dựa trên phản ứng tạo phức màu xanh đậm indophenol – giữa amoni, phenol và hypoclorit nhờ sự xúc tác của muối Mn(II). Phương pháp có thể xác định tới 0,01 đến 0,50 mg NH4+-N/l.

Dùng thuốc thử phenat, người ta có thể xác định được cả nitơ trong các loại nước tự nhiên (nước nguồn) và cả nitơ trong nước cống bằng phương pháp trắc quang. Khoảng nồng độ của nó tuyến tính đến 0,6 mg NH3-N/l.Các yếu tố ảnh hưởng có thể loại bằng cách chưng cất vào chất hấp thụ là H2SO4.

Ngoài ra, còn có phương pháp phenat tự động được ứng dụng trên khoảng nồng độ từ 0,02-2,0 NH3-N/l.

Độ kiềm quá 200 mg/l (tính theo CaCO3) và độ axit lớn hơn 100 mg/l (tính theo CaCO3), cũng như độ đục sẽ ảnh hưởng đến phép xác định. Việc loại trừ ảnh hưởng này có thể thực hiện bằng cách chưng cất trước.

Ngoài ba phương pháp chủ yếu trên, các phương pháp phân tích dòng chảy (FIA), sắc ký ion (IC), phương pháp enzym, phân tích dòng liên tục (sequential injection analysis-SIA) và sắc ký khí – khối phổ (GC/MS) cũng được sử dụng để xác định amoni trong nước.