NİTRİT VE NİTRAT TAYİNİ 1- GENEL BİLGİLER Azot ve azotlu maddeler, Çevre Mühendisliğinde büyük bir öneme sahiptir. İçme ve kullanma suları ile yüzeysel suların ve kirlenmiş su kütlelerinin içerdiği çeşitli organik ve inorganik azotlu bileşikler ölçülerek, suyun kalitesi hakkında karar verilebilmektedir. Sularda ve atıksularda bulunan başlıca azot bileşikleri azalan oksidasyon kademesine göre nitrat azotu (NO 3 - -N), nitrit azotu (NO 2 - -N), amonyak azotu (NH 3 -N) ve organik azot (Org-N) şeklinde sıralanmaktadır. Bu azot türlerinin yanı sıra azot gazı (N 2 -N) da azot çevriminde yer almaktadır. Azot çevriminde bulunan türler, biyokimyasal reaksiyonlar sonucunda birbirlerine dönüşebilmektedir. Toplam oksitlenmiş azot, nitrat ve nitritin toplamıdır. Nitrat, azot bileşikleri ile daha önceden kirlenmemiş yüzey ve yeraltı sularında eser miktarlarda bulunmaktadır. Yüzeysel sularda nitratın belirgin biçimde görülmesi, o suyun daha önceden amonyum ve organik azot içeren evsel ve endüstriyel atıksularla kirlendiğini veya o suya henüz yeni biçimde doğrudan nitrat deşarjının yapıldığını ifade eder. Doğrudan nitrat deşarjları, ya nitratlı bileşiklerin kullanıldığı yada üretildiği endüstrilere ait atıksular veya tarım alanlarında kullanılan nitratlı gübrelerin yağmur suları ile taşınmasından kaynaklanmaktadır. Yearaltı sularında nitratın görülmesinin en büyük nedeni bu sulara yağmur ve sulama suları ile nitrat gübrelerinin taşınmasıdır. Nitrit bileşiği son derece kararsız bir azot formu olup, ortamda nitrifikasyon veya denitrifikasyon reaksiyonlarının gerçekleşmekte olduğunu gösterir. NİTRİFİKASYON Nitrifikasyon; aerobik ortamda amonyağın nitrosomonas (nitrifikasyon bakterisi) tarafından nitrite ve nitritin ise nitrobakter (nitrifikasyon bakterisi) vasıtasıyla nitrata dönüştürüldüğü iki aşamalı bir prosestir. Bu prosesler aşağıdaki aşamalarda gerçekleşmektedir. Nitrosomanas 2NH 3 + 3O 2 2NO 2 + 2H + + 2H 2 O (1) Nitrobacter 2NO 2 + O 2 2NO 3 (2) NİTRİT VE NİTRATIN ÇEVRESEL ÖNEMİ Nitrat konsantrasyonunun 10 mg/l yi aşması, bebeklerde methemoglobinemia hastalığına yol açmaktadır. Bu hastalık, mavi bebek sendromu olarak da bilinmektedir. Bu durum, bebeklerin sindirim siteminde henüz nitratı giderecek enzimlerin gelişmemiş olmasından kaynaklanmaktadır. Nitrit, kimyasal (özellikle klorla dezenfeksiyon uygulamalarında) ya da enzimatik olarak aminlerle de reaksiyona girer ve kanserojen olan nitrosaminleri oluşturur. Yeni oluşmuş (fresh) evsel atıksuda nitrat çok az miktarda bulunmasına karşın nitrifikasyonun gerçekleştiği biyolojik arıtma tesisi çıkışında konsantrasyon 30 mg/l ye ulaşabilmektedir. Nitrat çoğu fotosentetik ototroflar için önemli bir besin maddesidir ve bazen sınırlayıcı besin maddesi olarak tanımlanmaktadır. Nitrit ise hem amonyak azotunun nitrata yükseltgenmesinde, hem de nitratın indirgenmesinde ara oksidasyon kademesinde yer almaktadır. Söz konusu indirgenmeyükseltgenme tepkimeleri atıksu arıtma tesislerinde, su dağıtma sistemlerinde ve doğal sularda gözlenebilmektedir.
NİTRİT ANALİZİ (Spektrofotometrik Metod) 1- METODUN ÖZETİ- UYGULANABİLİRLİĞİ VE TAYİN SINIRI: Nitrit; azotun oksidasyonu sırasında hem amonyumun nitrata oksitlenmesi hem de nitratın indirgenmesi aşamalarında ara ürün olarak oluşur. Bu tür indirgenme ve oksidasyon reaksiyonları; atık arıtma sistemlerinde, su dağıtım sistemlerinde ve doğal kaynaklarda oluşur. çürüme O 2 O 2 Organik azot Serbest amonyak Nitritler Nitratlar Nitrit iyonunun varlığı ortamda aktif bir biyolojik olayın işaretidir. Çok düşük değerlerde bulunsa bile, kirlenmenin başladığını ve biyolojik olayların sürdüğünü gösterir. Endüstriyel sistemlerde korozyon inhibitörü olarak kullanılan nitrit, bu tür su atıklarında dışardan ilave edilmiş olarak bulunur. Nitrit asitli ortamlarda nitroz asit oluşturur bu da ikincil aminlerle kanser yapıcı nitrosaminleri meydana getirir. Nitrit anyonu (NO 2 - ) ph 2-2,5 aralığında α-naftilamin (aromatik aminler) ile diazonlandırılmış sülfanilik asidin verdiği kırmızımsı-mor azo boyar maddesi rengine dayanılarak tayin edilir. Nitrit konsantrasyonuna göre meydana gelen rengin şiddeti farklıdır. Bu metodla 0.001 mg/lt nitrit azotu tayin edilebilir.
A- NUMUNELERİN KORUNMASI: Numunedeki nitritin, bakterilerin etkisiyle nitrata veya amonyağa dönüşmesini engellemek için, analiz mümkün olduğu kadar taze alınmış numune üzerinde en kısa sürede yapılmalıdır. Beklemek gerekiyor ise, numune 1 2 gün 20 o C de tutularak veya 40 mg/l civa tuzu (HgCl 2 ) ilave edilerek +4 o C de korunabilir. B- GİRİ İMLER VE GİDERİLMELERİ: Numunede nitrit (NO 2 - ) ve trikloramin (NCl 3 ) bir arada bulunmaz. Trikloramin bulunduğu zaman reaktiflerin ilavesi sırasında sahte kırmızı bir renk meydana gelir. Bu etki numuneye önce alfa-naftilamin hidroklorür reaktifi, sonra sülfanilik asit ilave edilerek minimuma indirilebilir. Eğer numunede suspansiyon halinde renkli ve katı madde bulunuyorsa 100 ml. numuneye 2 ml. alüminyum hidroksit süspansiyonu ilave edilir. Birkaç dk. çalkalanarak beklenir ve süzülür. Süzülen renksiz numune kullanılır. Deney şartları altında çökelti veren Fe, Ag, Bi, Hg, Sb, Pb, Au ve diğer iyonlar ve az miktardaki süspanse maddeler reaksiyonu bozar. Bakır iyonu diazonyum tuzunun bozunmasını katalizler ve düşük sonuçlara neden olur. Ayrıca renkli iyonlar, renk sistemini değiştirdiğinden ortamda bulunmamalıdır. Ortamda demir 3, civa 1, gümüş, bizmut, antimon ve kurşun varsa bunlar bir çökelti meydana gelerek girişim yaparlar. 2- REAKTİFLER: Nitrit içermeyen distile su Renk geliştirici ayraç (color reagent): 800 ml distile su içerisine 100 ml % 85 lik fosforik asit ve 10 g sülfanilamid eklenir. Sülfanilamid tamamıyla çözüldükten sonra 1 g N-(1 naphthyl)-etilendiamin dihidroklorid eklenir. Çözülünceye kadar karıştırılır ve 1 litreye tamamlanır. Çözelti buzdolabında, koyu renkli bir şişede saklandığı takdirde 1 ay boyunca kararlılığını korur. Stok nitrit çözeltisi: 1.232 g NaNO 2 distile suda çözülür ve 1000 ml ye tamamlanır. 1 ml CHCl 3 eklenerek saklanabilir. Ara stok nitrit çözeltisi: Stok nitrit çözeltisinden 50 ml alarak distile su ile 250 ml ye tamamlanır. 1.00 ml= 50.0 µg N. Günlük olarak hazırlanır. Standart nitrit çözeltisi: Orta nitrit çözeltisinden 10 ml alınarak 1000 ml ye tamamlanır. 1.00 ml= 0.5 µg N. Günlük olarak hazırlanır.
3- DENEYİN YAPILI I a. Askıda Katı Madde Giderimi: Numune askıda katı madde içeriyorsa 0.45 µm çaplı filtreden geçirilir. b. Renk Oluşumu: Eğer numunenin ph ı 5-9 arasında değilse 1 N HCl ya da NH 4 OH ile ph ayarlaması yapılır. 50 ml ya da 50 ml ye seyreltilmiş numuneye 2 ml renk geliştirici ayraç ilave edilir ve karıştırılır. c. Spektrofotometrik Ölçüm: Renk geliştirici ayraç eklendikten 10 dk ile 2 saat arasında bir bekleme süresinden sonra 543 nm dalga boyundaki absorbansı ölçülür. d. Hesaplama: Standart nitrit çözeltisinden 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 ml alınır ve 50 ml ye tamamlanır. Numuneye uygulanacak olan işlemler aynı şekilde standartlara da uygulanarak kalibrasyon eğrisi oluşturulur. Numunenin konsantrasyonu eğriden direkt olarak hesaplanır. NİTRAT TAYİNİ (BRUCİNE SOĞUK METODU) 1- GENEL BİLGİLER A- METODUN ÖZETİ-UYGULANABİLİRLİĞİ VE TAYİN SINIRI: Nitrat, azot çevriminde azotun en yüksek yükseltgenme basamağındadır. Normal olarak biyolojik yükseltgenmenin sonunda mühim konsantrasyonlara erişebilir. Yüzey sularında çok eser miktarda nitrat bulunur, ancak yeraltı sularında daha yüksek miktarlardadır. Sudaki nitratın kaynağı jeolojik olarak volkanik kayalardır. Azot yağmur ve kar halindeki yağışlarla amonyak ve nitrat şeklinde toprağa ve suya karışır. Bazı bitkiler de havadaki azotu alarak kökleri ile toprağa nitrat olarak verirler. Ayrıca nitratlı gübreler, hayvan ve bitki atıklarının parçalanması, atık sular ve endüstriyel atıklardan suya nitrat karışır. Pek çok fotosentetik gelişmeler için gerekli bir besin olmakla birlikte bazı durumlarda da büyümeyi limitleyici bir besin rolü oynar. İçme sularında 5-10 mg/l bulunması halinde kirlenmeden şüphe edilmelidir. Suda amonyak ve nitrat bulunması bakteriyolojik analiz yapılması gereği için uyarı ölçüsüdür. Suya aynı kaynaktan zararlı bakterilerin de gelebileceğinin bir göstergesidir. Genellikle yeraltı suyundaki nitratın suyun geçtiği jeolojik formasyonlarla bir ilgisi yoktur. Fakat çok seyrek olarak bazı yeraltısularında, suyun temas ettiği nitratlı kayaç ve minerallerden gelen nitrata da rastlanmaktadır. 45 mg/l'den fazla nitratlı sular süt çocuklarında kötürümlük ve halsizliğe yol açan Cyanosis hastalığı yapar. (45 mg/l nitrat, 10 mg/l azota eşdeğerdir.)
Suyun nitratını gidermek için demineralize edilmesi veya damıtılması gerekir. Fazlaca nitrat bulunan bir suyun yüzeyden kirlenip kirlenmediğinden emin olmak için suyun klorür konsantrasyonuna bakılmalıdır. Fazla miktarda klorür bulunması da, suyun lağım ve kanalizasyon ayaklarından sızmalarla kirlenmiş olduğunun en kuvvetli belirtisidir. Sularda nitrat tayini, girişimlerden dolayı zordur. Atıksularda girişim yapan maddelerin yüksek konsantrasyonlarda olmasından dolayı daha da zordur. Metod; numune tipine, nitrat konsantrasyonuna ve metodun duyarlılığına göre seçilir. Brucine soğuk metodu 1-50 mg/l, Brucine sıcak metodu ise 0.1-2.0 mg/l nitrat azotu içeren renksiz numuneler için uygundur. Daha yüksek konsantrasyonlu numuneler seyreltilerek çalışılır. Numunedeki renk giderilmelidir. Metodun prensibi, brucine ve nitrat arasındaki reaksiyonda meydana gelen sarı rengin kolorimetrik tayinine dayanır. Renk oluşumu, reaksiyon sırasında açığa çıkan sıcaklıktan etkilenir. Sıcaklık ve zaman kontrolü önem taşır. Bu yüzden analiz kademelerine dikkatle uyulmalıdır. B-NUMUNELERİN KORUNMASI: Analiz mümkün olan en kısa sürede yapılmalıdır. Eğer hemen analiz mümkün değilse, numune 4 o C de 24 saat korunabilir. Daha uzun süreli korumalar için ise, lt ye 2 ml derişik H 2 SO 4 veya 40 mg HgCl 2 ilave edilmeli ve 4 o C de bekletilmelidir. C-GİRİ İMLER VE GİDERİLMELERİ: Organik maddeler, tuzluluk, nitrit ve yükseltgen ve indirgen maddeler girişim yaparlar. Çözünmüş organik maddeler 13 N H 2 SO 4 içinde renksizleşirler ve bu brucine - sülfanilik asit reaktifinin dışındaki diğer bütün reaktiflerin eklenmesiyle giderilir. Bu aynı zamanda suyun doğal renginin giderilmesinde de uygulanır. Tuzluluk blanka, standardlara ve numunelere sodyum klorür eklenmesiyle giderilir. Kuvvetli bütün yükseltgen ve indirgen maddeler girişim yapar. Yükseltgeyici maddelerin varlığı ortotolidin ilavesiyle tayin edilir. Serbest klor girişimi sodyum arsenit ilave edilerek giderilebilir. 0.05 mg/l Cl 2 için 0.1 ml NaAsO 2 çözeltisi ilave edilir. Ferro (Fe +2 ), Ferri (Fe +3 ) ve Mn +4 pozitif girişime neden olurlar, fakat bunların konsantrasyonu 1 mg/l'den düşük ise etkileri ihmal edilebilir. 0. 5 mg/l'den fazla nitritin girişim etkisi, sülfanilik asit ilave edilerek giderilir. Klorür iyonunun girişimi aşırı NaCl ilavesiyle maskelenir. GİRİ İM LİMİTLERİ: Aşağıdaki maddeler, belirtilen mg/l konsantrasyonlardan fazla ise girişim yapar: Fe +2 Fe +3 Mn +4 OH - NH 4 + Ca +2 Mg +2 Cl - SO 3-2 PO 4-3 SiO 2 1 1 1 85 65 100 60 1000 50 200 200
2- REAKTİFLER: Bütün reaktifler, standardlar ve seyreltmeler nitrit ve nitratsız su ile yapılmalıdır. Nitrat içermeyen distile su Stok nitrat çözeltisi: KNO 3 105 C de etüvde 24 saat kurutulur. 0,7218 g susuz potasyum nitrat distile suda çözülür ve 1000 ml ye tamamlanır. 1 ml = 100 µg NO 3 -N. 2 ml CHCl 3 eklenerek saklanabilir. Bu çözelti en az 6 ay kararlılığını muhafaza eder. Orta nitrat çözeltisi: 100 ml stok nitrat çözeltisi distile su ile 1000 ml ye seyreltilir. 1,0 ml = 10,0 µg NO 3 - N. 2 ml CHCl 3 eklenerek saklanabilir. Bu çözelti en az 6 ay kararlılığını muhafaza eder. Hidroklorik asit çözeltisi: HCl, 1N. 3- DENEYİN YAPILI I: a. Numunenin Hazırlanması: 50 ml berrak numuneye (eğer gerekli ise filtre edilmeli) 1 ml HCl çözeltisi eklenir ve iyice karıştırılır. b. Standart Eğrinin Hazırlanması: Orta nitrat çözeltisinden 0-7 mg NO 3 -N içeren kalibrasyon standartları hazırlanır. Orta nitrat çözeltisinden 0; 1.0 ; 2.0; 4.0; 7.0 ;... 35.0 ml hacimlerinde alınıp 50 ml ye seyreltilerek kalibrasyon için standartlar hazırlanmış olur. Numuneye uygulanan işlemlerin aynısı standartlara da uygulanır. c. Spektrofotometrik Ölçüm: Distile su şahit numunesine göre UV spektrofotometre 0 absorbansa veya %100 geçirgenliğe ayarlanır. 220 nm dalga boyunda nitrat standartları okunur, kalibrasyon eğrisi hazırlanır. Kalibrasyon eğrisi yardımı ile numunenin nitrat konsantrasyonu bulunur. Not 1: UV kalibrasyon eğrisi hazırlarken içinde nitrat olduğu bilinen bir solüsyonun 220 nm dışındaki dalga boylarındaki absorbans değerlerini de defterinize kaydediniz. 275 nm de bu solüsyonun aldığı absorbans değerini ayrıca rapor ediniz.
Not 2: Deney sırasında kullanılacak cam malzemelerin temiz olması gerekmektedir. Partikül ve deterjan kalıntısı varsa temizlenmelidir. HAZIRLAYANLAR : Arş. Gör. Hamdi MIHÇIOKUR, Arş. Gör. Ömür GÖKKUŞ Kaynaklar 1. ASKİ Merkez Laboratuvarları - Su ve Çevre Kimyası Analizleri 2. http://www.cem.yildiz.edu.tr/belgeler/ders_notlari/2006-07-2/ck_ii/ck2-df05.pdf