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N/Protein Determination in Water, Waste Water and Sludge by Kjeldahl Method |
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- Reference : AOAC 973.48 Nitrogen (Total) in Water; EPA 351.3; Standard Method EN
25663, ISO 5663-1984
- Tested with VELP Scientifica DKL 20 Automatic Kjeldahl Digestion Unit
(Code S30100210) and UDK 169 Automatic Kjeldahl Analyzer with AutoKjel
Autosampler (Code S30200160) |
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Introduction
수질을 판단할 때 물의 질소 함량은 오염 물질으로 판단되어 생활 용수, 농업 용수, 공업 용수로 사용하는 물의 질소 함량이 특정 기준 이하가 되도록 엄격히 관리하고 있다. 폐수는 크게 생활하수, 산업폐수, 축산폐수로 나뉘며, 그 중 sludge 는 하수 처리나 정수 과정에서 생기는 액상 침전 물질의 총칭으로, 비교적 질소 함유량이 높은 샘플에 속한다
킬달 질소 함량 분석법은 샘플의 질소 함량에 따라 샘플 주입량이 4가지로 나뉜다 (아래표).
- 질소 함량이 낮은 샘플 : DKL 분해장치에 내재되어 있는 시험법 중 26번 방법을 선택하여
150 ℃ 에서 60분, 250℃ 에서 60분, 370 ℃ 에서 120분간 처리한다.
- 질소 함량이 높은 샘플 : 150 ℃ 에서 60분, 250℃ 에서 60분, 370 ℃ 에서 120분, 420 ℃ 에서
60분간 처리한다.
- 적정 용액의 농도는 0.01 ~ 0.1 N 으로 샘플의 특성에 따라 변경될 수 있다.
킬달 단백질 함량 분석법은 샘플에 황산을 넣고 400 ℃ 이상의 고온에서 가열하여 샘플에 유기적으로 결합되어 있던
질소를 황산암모늄염으로 변환하는 단계에서부터 시작한다 (1. Digestion, 분해 단계). 황산암모늄염에 알칼리용액을 첨가하면
질소가 암모니아 가스로서 유리되어 붕산으로 포집되고 (2. Distillation, 증류 단계), 이러한 암모늄염이 포집된 용액을
염산 혹은 황산 표준 용액으로 적정하여 질소의 함량을 계산한다 (3. Titration, 적정 단계).
그러나 1. Digestion, 분해 단계에서 다량의 산성 유독가스가 발생하고, 2. Digestion, 증류 단계에서 복잡한 시험법으로 인해
사용자에 따라 오차가 발생하기 쉽고, 3. Titration, 적정 단계에서 얻은 결과를 별도로 계산하여 단백질 값으로 환산해야 하는
단점이 있다.
VELP 사 킬달 단백질 함량 분석 장비는 위 단점을 해결하여 쉽고, 안전하고, 신뢰성 있는 실험을 가능케한다.
특히, UDK 169 장치는 자동으로 샘플이 추가되어, 대량의 실험을 한번의 조작으로 처리할 수 있다.
이 시험에서는 VELP DKL 20 Automatic Kjeldahl Digestion Unit (Code S30100210), UDK 169 Automatic Kjeldahl Analyzer
with AutoKjel Autosampler 로 슬러지의 질소 함량을 확인하였다..
Sample
- 시료 : Sludge coming from a waste water treatment plant
(expected nitrogen range : > 500 mg N/L, 0.05% TKN)
Digestion Process
- 샘플은 자석교반기로 700 RPM에서 균질화한 채로 피펫으로 샘플링하여 10mL 를 시험관에
넣는다
- 다음을 샘플이 담긴 시험관에 함께 넣는다
* 2 catalyst tablet VCM (code A00000274; 3.5 g K2SO4, 0.1 g CuSO4 x 5H2O)
* 소포제
* 20 mL 96 ~ 98% 황산
- Blank 로서 위 시험관에서 샘플을 제외한 시험관을 준비한다.
- Digestion Unit을 Fume Neutralization System (SMS Scrubber code F307C0199) 및
Aspiration Pump (JP code F30620198) 에 연결하여 분해 시작 전 미리 펌프를 작동시켜
둔다.
- 샘플 내 질소 함량이 고함량이므로 총 240분간 다음의 단계로 분해를 진행한다.
150 ℃, 60분 → 250 ℃, 60분 → 370 ℃, 60분 → 420 ℃, 60분
- 분해가 완료되면 시험관이 자동으로 상승하여 공기중에 냉각이 시작된다.
시험관의 온도가 50~60 ℃가 될 때까지 냉각한다.
Distillation and Titration
- Wash down 기능을 3 ~ 5회 실행하여 장비 내부를 세척하고, 증류 발생장치를 예열한다.
- 장비에 내재된 프로그램 2번 방법 (아래) 을 선택하고 증류를 시작한다.
* H2O (희석수): 50 mL
* H2SO4 (0.1 N, 적정 용액)
* NaOH (32 %): 50 mL
* 질소계수: 6.38
* H3BO3 (4 %, 지시약 포함): 30 mL
- 증류 및 적정 분석 시간: 샘플 당 약 4분 소요
시험 결과
증류 및 적정이 종료되면 다음과 같이 질소 및 단백질양이 자동으로 계산된다.
- Verification test : 장비 성능테스트를 위해 5 mL 에 28 mg 의 질소를 함유하는 시약으로
알려진 3% glycine standard solution 을 분석하였다. 그 결과, 98 ~ 102% 사이의 recovery
범위 내 값을
확인하였고, 이는 장비 성능이 유지된 채 분석이 진행되었음을 의미한다.
- 슬러지의 총질소 함량 분석에 DKL 20 및 UDK 169 Autosampler 가 적합하였다.
VELP 사 DKL 및 UDK 킬달 단백질 함량 분석 장비를 사용하면 다음의 이점이 있다.
DKL digestion unit
- 최대 450 ℃ 까지 빠른 가열 속도 구현
- scrubber 를 통해 분해 시 발생한 산성 유독가스의 중화
- 54개 프로그램 사용 가능 (30 pre-installed + 24 user-programmable)
- 자동 lift 적용 모델은 분해 종료 직후 고온의 시험관을 자동으로 상승하여 안전하고 편리하게
냉각 가능
UDK distillation unit
- 프로그래밍이 가능하여 시약의 주입, 중화, 증류, 잔류물 제거, 세척 단계가 자동으로 진행된다.
- 증류 정도를 10~100% 범위에서 조절 가능
- 55개 프로그램 사용 가능 (31 pre-installed + 24 user-programmable)
- 자동 적정 및 질소/단백질량 자동 계산
- USB 로 데이터 로깅 (Excel file)
- 높은 수준의 정밀도와 재현성
- 최대 생산성 및 완전 자동화
- AOAC method 적용
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