T3.5 Måling af nitrat

NoteDet skal du kunne

• forklare, hvorfor nitrat først skal reduceres til nitrit, før det kan måles
• vise med oxidationstal, at zink reducerer nitrat
• beregne koncentrationen af nitrat i en fortyndet prøve og regne den om til mg/L
• regne mellem nitrat og nitrat-nitrogen
• vælge mellem en teststrimmel og en måling med spektrofotometer

Farvereaktionen i T3.4 virker kun på nitrit. Nitrat reagerer slet ikke med reagenserne. Skal man måle nitrat, må man derfor tage en omvej: først laves nitraten om til nitrit, og så måles nitritten.

Siden bygger på T3.4 Måling af nitrit og på oxidationstal fra afsnit 8.3 i bogen til C-niveau.

Zink laver nitrat om til nitrit

Vandprøven gøres sur og rystes med lidt zinkpulver. Zink er et reduktionsmiddel, og det reducerer nitrat til nitrit:

NO₃⁻(aq) + Zn(s) + 2 H⁺(aq) → NO₂⁻(aq) + Zn²⁺(aq) + H₂O(l)

Figur 1: Oxidationstallene, når zink reducerer nitrat til nitrit.

Zink stiger fra 0 til +II og bliver oxideret. Nitrogen falder fra +V til +III og bliver reduceret. Hver nitration bliver til én nitrition.

Bagefter tilsættes de to reagenser, og nitritten bliver til det rødviolette azofarvestof.

To målinger på samme vand

Efter behandlingen med zink er der to slags nitrit i prøven: den nitrit, der var i vandet fra begyndelsen, og den, der er dannet af nitrat. Farven viser summen af de to. Derfor laver man to målinger.

Figur 2: Nitrat findes som forskellen mellem en måling med zink og en måling uden.

I drikkevand og grundvand er der næsten altid meget mere nitrat end nitrit. Så betyder måling 1 kun lidt, men den skal laves for at være sikker.

Standardkurven laves med nitrat

Zinken når ikke altid at omdanne al nitraten. Derfor laves standardopløsningerne af et nitratsalt, fx kaliumnitrat, og de får zink og reagenser på præcis samme måde som prøven. Så har en fejl i reduktionen samme størrelse i standarder og prøve, og den går ud i beregningen.

Standardkurven for nitrat får en lidt mindre hældning end kurven for nitrit, fordi lidt af nitraten ikke er blevet til farvestof.

NoteEksempel: nitrat i vand fra en boring

Et vandværk vil kontrollere vandet fra en boring. Koncentrationen af nitrat er alt for høj til, at vandet kan måles direkte, så det skal fortyndes først. 1,00 mL vand overføres til en målekolbe på 100,0 mL, behandles med zink og reagenser og fyldes op til mærket. Opløsningen har absorbansen 0,315 ved 540 nm. En måling uden zink giver absorbansen 0,000. Standardkurven for nitrat har ligningen A = 0,0450 µM⁻¹ · c. Overholder vandet grænsen på 50 mg nitrat pr. liter?

Trin 1: koncentrationen i målekolben

\[ c_{\text{efter}} = \frac{A}{0{,}0450\ \text{µM}^{-1}} = \frac{0{,}315}{0{,}0450\ \text{µM}^{-1}} = 7{,}00\ \text{µM} \]

Trin 2: koncentrationen i vandet fra boringen

Vandet blev fortyndet fra 1,00 mL til 100,0 mL.

\[ c_{\text{før}} = \frac{c_{\text{efter}} \cdot V_{\text{efter}}}{V_{\text{før}}} = \frac{7{,}00\ \text{µM} \cdot 100{,}0\ \mathrm{mL}}{1{,}00\ \mathrm{mL}} = 700\ \text{µM} \]

Trin 3: fra µM til mg/L

700 µM er 7,00 · 10⁻⁴ mol/L. Molarmassen for nitrat er 62,01 g/mol.

\[ \text{indhold af nitrat} = 7{,}00 \cdot 10^{-4}\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 62{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 0{,}0434\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{L}} = 43{,}4\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}} \]

Konklusion

Vandet indeholder 43,4 mg nitrat pr. liter. Målingen uden zink viste, at der ikke er nitrit i vandet, så hele farven kommer fra nitrat. Vandet overholder grænsen på 50 mg/L, men det ligger tæt på.

Nitrat eller nitrat-nitrogen

Vandværker angiver indholdet som milligram nitrat pr. liter. Landbruget og miljømyndighederne regner i stedet i nitrogen, fordi de vil kunne lægge nitrat, ammonium og andre nitrogenforbindelser sammen. Så tæller man kun massen af nitrogenatomerne. Det kaldes nitrat-nitrogen og skrives nitrat-N.

Hver nitration indeholder ét nitrogenatom. Stofmængden af nitrogen er derfor den samme som stofmængden af nitrat, men molarmassen er 14,01 g/mol i stedet for 62,01 g/mol. For vandet i eksemplet bliver det

\[ \text{nitrat-N} =7{,}00 \cdot 10^{-4}\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 14{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 9{,}81 \cdot 10^{-3}\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{L}} = 9{,}81\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}} \]

43,4 mg nitrat pr. liter er altså det samme som 9,81 mg nitrat-N pr. liter. Grænsen på 50 mg nitrat pr. liter svarer til 11,3 mg nitrat-N pr. liter.

VigtigtSe efter, hvad tallet dækker

Et tal for nitrat i vand kan være både mg nitrat pr. liter og mg nitrat-N pr. liter. De to tal er meget forskellige. Tallet for nitrat er 4,43 gange så stort som tallet for nitrat-N.

Teststrimler

Skal man bare vide, om der er meget eller lidt nitrat i vandet, er en teststrimmel nok. Feltet på strimlen indeholder både et reduktionsmiddel og de to reagenser i tør form.

Figur 3: En teststrimmel for nitrat aflæses mod farveskalaen på pakken.

Metode	Tager	Viser
teststrimmel	et minut	hvilket trin på skalaen prøven ligger nærmest
spektrofotometer	en time	koncentrationen med tre betydende cifre

En strimmel kan vise, at vandet fra en brønd ligger et sted mellem 25 og 50 mg/L. Den kan ikke vise, om det er 43 eller 52 mg/L. Skal man afgøre, om vandet holder grænsen, skal der en rigtig måling til.

Laboratorier, der analyserer drikkevand hver dag, bruger ofte chromatografi i stedet. Her bliver vandets ioner skilt ad i en kolonne og målt én for én. Princippet er det samme som i afsnit B8.6.

NoteKort sagt

• Nitrat reagerer ikke med reagenserne. Det reduceres først til nitrit med zink.
• Zink stiger fra 0 til +II, og nitrogen falder fra +V til +III.
• En måling med zink viser nitrat og nitrit tilsammen. En måling uden zink viser nitrit alene.
• Standardopløsningerne laves af nitrat og behandles præcis som prøven.
• 50 mg nitrat pr. liter svarer til 11,3 mg nitrat-N pr. liter.
• En teststrimmel er hurtig, men upræcis. Spektrofotometeret giver et præcist tal.

Se alle opgaver til emnet “Måling af nitrat” (T3.5)