TKN в воде и сточных водах

Что такое TKN

TKN (Total Kjeldahl Nitrogen) — суммарный азот по Кьельдалю: органический азот плюс аммонийный азот (NH₃ / NH₄⁺) в пробе. Для сточных вод, питьевых и природных вод это один из ключевых показателей экологического контроля и работы очистных сооружений.

Важно не путать TKN с общим азотом (TN): нитраты и нитриты методом Кьельдаля не определяются. Их измеряют отдельно и при необходимости суммируют с TKN для расчёта TN.

Ниже — практическая схема анализа: минерализация без ртути и селена, паровая дистилляция и титрование поглощённого аммиака в борной кислоте с колориметрическим датчиком.

Нормативная база

Международные документы, на которые опирается описанная схема:

• ISO 5663 — определение азота по Кьельдалю в воде;
• DIN EN 25663 — европейский аналог для вод;
• 40 CFR Part 136.3 — методики EPA для контроля сточных вод (США).

В России параллельно применяют ПНД Ф 14.1:2:4.277-2013, ЦВ 2.01.10-91 «А» и другие МВИ — состав реагентов и навески в них могут отличаться. Перед подбором таблетки сверяйте массы с вашим действующим документом (см. инструкцию по подбору).

Этапы анализа

1. Минерализация

Пробу воды или стока обрабатывают концентрированной серной кислотой с катализатором Кьельдаля при нагреве. Органический азот переводится в сульфат аммония. Для водных проб объём пробы подбирают по ожидаемой концентрации азота (типично от десятков до 250 см³ для низких концентраций).

2. Дистилляция

Минерализат подщелачивают, аммиак отгоняют паром в приёмник с борной кислотой. Качество перегонки критично для малых концентраций TKN в воде.

3. Титрование

Аммоний в дистилляте титруют стандартным раствором кислоты. В колориметрическом варианте конечную точку фиксирует оптический датчик по изменению окраски индикатора в борной кислоте — принцип эквивалентен нормативным методикам, но снижает субъективность оператора.

Катализатор без селена и ртути

При колориметрическом определении TKN в воде минерализация выполняется без ртути и селена — из соображений безопасности и экологии лаборатории. Вместо селеновых рецептур используют таблетки на основе сульфата калия, сульфата меди и диоксида титана(серия Titanium).

Типичный состав такой таблетки (аналог BÜCHI Titanium):

• 3,5 г K₂SO₄;
• 0,105 г CuSO₄·5H₂O;
• 0,105 г TiO₂.

В каталоге KjelReference ему соответствует артикул E14.6 (Titanium 6M). Для проб с более высоким расходом кислоты на таблетку подойдёт E14.5.1 (Titanium 5L) — 5 г K₂SO₄ + 0,15 г CuSO₄·5H₂O + 0,15 г TiO₂.

Если в вашей российской МВИ прописан элементарный селен (например, 0,1 г Se на пробу в ЦВ 2.01.10-91), это не таблетка Titanium — состав подбирают отдельно. См. справочник методик.

Колориметрическое титрование

Колориметрический режим удобен при серийном анализе вод: датчик регистрирует точку эквивалентности по цвету раствора в приёмнике, режим «online» позволяет титровать во время дистилляции и сокращает время цикла на пробу.

На чувствительность влияют:

• концентрация борной кислоты в приёмнике;
• объём пробы и степень её разбавления;
• молярность титранта;
• чистота холостого опыта (реагенты + вода без пробы).

LOD, LOQ и контроль системы

Для вод с низким TKN отдельно оценивают предел обнаружения (LOD) и предел количественного определения (LOQ) — они показывают, от какой концентрации азота в пробе результат ещё надёжен. Для вод с низким TKN это важнее, чем для кормов или молока.

Для проверки системы используют раствор мочевины (или другой сертифицированный стандартный образец с известным содержанием азота) в нескольких концентрациях и считают восстановление (recovery). При удовлетворительном recovery на эталоне переходят к рабочим пробам стоков.

Если recovery «плавает», см. универсальный over-kill режим и статью о расхождениях по азоту.

Подбор таблетки в каталоге

Для TKN по схеме без Se/Hg в каталоге KjelReference:

1. в фильтрах включите «Есть титан» или найдите серию Titanium;
2. сопоставьте массы K₂SO₄, CuSO₄·5H₂O и TiO₂ с вашей методикой;
3. для нестандартного состава — отправьте фрагмент МВИ.

Раздел «Экология» на сайте собирает материалы для лабораторий водного контроля.

Итоги

• TKN — органический + аммонийный азот; нитраты и нитриты считают отдельно.
• Схема: минерализация без Hg/Se → отгонка → колориметрическое титрование в H₃BO₃.
• Катализатор — таблетки Titanium (K₂SO₄ + CuSO₄ + TiO₂), в каталоге — E14.6 и E14.5.1.
• Перед серией — холостой опыт, контроль на мочевине, оценка LOD/LOQ для вашей матрицы.