TNb - Gesamter gebundener Stickstoff

Der gesamte gebundene Stickstoff (TNb, engl.: Total Nitrogen bound) beurteilt die Gesamtbelastung eines Gewässers mit Stickstoffverbindungen. Er ist ein rein wasseranalytischer Parameter und wird in mg/l angegeben.

Stickstoffbelastungen können in Form von Ammoniak, Ammoniumsalzen, Nitriten, Nitraten und organischen Stickstoffverbindungen auftreten. Im Gegensatz zu deren Einzelbestimmungen erfasst die TNb-Bestimmung alle Komponenten in einem Analysegang. Die Ermittlung des TNb-Wertes ist durch die DIN EN 12260:2003 genormt.

Notwendigkeit zur Überwachung

Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff für Mensch und Natur. Da Nährstoffanreicherungen in Gewässern heute schon sehr hoch sind, würde ein weiterer Anstieg die Eutrophierung/ Überdüngung begünstigen. Deshalb ergibt sich die Notwendigkeit mit entsprechenden Analysesystemen diesen Parameter zu überwachen und die Einleitung von hohen Konzentrationen des Nährstoffs in öffentliche Gewässer zu regeln.

Ein Überblick zu Messmethoden für Stickstoffverbindungen im Wasser

In der Wasseranalytik bestehen zur Bestimmung von Stickstoff vier Standard-Methoden:

  • Kjeldahlsche Stickstoffbestimmung (EN 25663) (TKN=Total Kjeldahl Nitrogen), die nur Ammonium Stickstoff und die organischen Stickstoffverbindungen beinhaltet.
  • Die Bestimmung des Gesamtstickstoffs, nach dem deutschen Wasserhaushaltsgesetz (WHG/AbwAG) beinhaltet die Messung der Summe aller anorganischen Stickstoffe wie Nitrat, Nitrit und Ammonium.
  • Die Bestimmung des Gesamtstickstoffs (Methode nach Koroleff) registriert alle Stickstoffverbindungen durch einen Persulfataufschluss. Hierbei, findet die Reduktion des entstehenden Nitrats mit einer Kupfer- oder Cadmium-Legierung zu Nitrit, gefolgt von der quantitativen Bestimmung von Nitrit, statt.
  • Die Analyse des gebundenen Gesamtstickstoffs ist durch die DIN EN 12260:2003 normiert und erkennt alle Arten von Stickstoff, ausgenommen den molekularen Stickstoff (N2). Diese Methode nutzt die Hochtemperatur-Behandlung der Probe in Gegenwart von Wasserstoff oder Sauerstoff. Bei der Reduktion mit H2 werden alle Stickstoffverbindungen in Ammoniak überführt. Bei Oxidation mit O2 wird der Stickstoff zu Stickstoff-Oxid (NO) umgewandelt. Diese Reaktionen werden in der Regel bei Temperaturen von über 700°C durchgeführt und von einem Katalysator unterstützt. Umso höher die Temperatur, desto zuverlässiger werden die Stickstoffverbindungen gelöst.

Kjeldahlsche Stickstoffverbindungen (TKN) und Persulfataufschluss

Im Markt konkurrieren die Bestimmung des gesamt gebundenen Stickstoffs mit der Kjeldahlschen Stickstoffbestimmung (TKN) sowie mit dem Persulfataufschluss nach Koroleff. Im Gegensatz zum TKN erfassen der Persulfataufschluss und die thermische Bestimmung des TNb auch anorganische Komponenten, wie Nitrit und Nitrat. Die Methoden nach Kjeldahl und Koroleff weisen einen erheblichen Arbeits- und Zeitaufwand sowie einen hohen Verbrauch an Chemikalien auf. Somit eignen sich diese Verfahren nicht zur schnellen und präzisen online Bestimmung des Stickstoffgehalts.

 

Thermische TNb-Bestimmung

Die thermische Bestimmung des TNb zeichnet sich durch eine hohe Automatisierbarkeit, eine erhöhte Genauigkeit sowie durch kurze Messzeiten aus. Zudem profitiert der Anwender dadurch, dass gesundheitsgefährdende Reagenzien bei thermischer Bestimmung nicht notwendig sind.

Durchgesetzt haben sich zwei Detektionen von TNb in der Wasserprobe. Die Erfassung der Konzentration mit einem Chemolumineszenz- oder einem elektrochemischen Detektor. Für die Chemolumineszenzdetektion werden zur Analyse Ozone zur Reaktion mit dem NO benötigt. Nachteil hierbei ist der Einsatz von gesundheitsgefährdender Reagenzien sowie die hohen Anschaffungskosten. Das elektrochemische Verfahren ist wartungsarm, umfasst geringere Anschaffungskosten und die Genauigkeit der Messung ist mit der Chemolumineszenzdetektion vergleichbar.

Verfahren im Vergleich

Aufgrund der unterschiedlichen Stärke der Oxidationstechniken und des instabilen Charakters der Messarten (NO), ist es unmöglich, die TN-Ergebnisse der verschiedenen Methoden miteinander zu vergleichen. In der Regel gibt die Methode zur Messung des gesamten gebundenen Stickstoffs die höchsten Messergebnisse.

Weiterhin können unterschiedliche Ergebnisse innerhalb einer Methode auftreten. Variationen in der Reagenzien-Zusammensetzung können bei chemischen Verfahren (Koroleff) oder unterschiedlichen Katalysatoren/ Hochtemperaturverfahren (EN 12260) zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Als allgemeine Regel für Hochtemperaturverfahren kann man sagen, dass je höher die Temperatur ist, desto höher werden die Ergebnisse (siehe: K. Nagel, O. Primm: Forschungsbericht Nr. 20022231, Umweltbundesamt).

 

 

Tabelle zum Vergleich gängiger Stickstoff Analysemethoden
TNb-Messmethoden und was diese messen

Thermische Oxidation bei 1.200°C

Die LAR AG gewährleistet die vollständige Oxidation aller organischen und anorganischen Verbindungen mit der Ultra-Hochtemperaturmethode bei 1.200°C. Danach wird der TNb unter Verwendung des elektrochemischen Sensors detektiert. Dies ist eine umweltfreundliche Methode, die zugleich sehr genaue Messergebnisse liefert. Der CLD ist beim QuickTONultra optional auswählbar. Anwender haben zudem die Möglichkeit den TNb in Kombination mit dem TOC und den CSB zu messen. Die Hochtemperaturgeräte der LAR AG sind somit in verschiedensten Applikationen anwendbar.

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