杜馬斯燃燒法與凱氏定氮法測定含氨基酸肥料中氮含量的比較*

班雁華, 陳桂鸞, 劉曉曈, 趙瑩瑩

(廣西壯族自治區(qū)分析測試研究中心 廣西南寧 530022)

隨著種植業(yè)的不斷發(fā)展,含氨基酸肥料(通過添加氨基酸原料、發(fā)酵水解植物源蛋白或動(dòng)物源蛋白等方式獲得)被大量應(yīng)用于種植業(yè)中。氨基酸作為構(gòu)成蛋白質(zhì)的最小單元存在于肥料中,施用含氨基酸肥料具有促進(jìn)植物生長發(fā)育、增強(qiáng)作物抗逆性、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、改良土壤等特點(diǎn)[1-4]。含氨基酸肥料作為含有氨基酸類物質(zhì)的新型有機(jī)氮源肥料,可為種植業(yè)提供重要的有機(jī)氮源,對作物生長有積極作用。

凱氏定氮法作為測定氮含量的常用方法,是在1883年由Kjeldahl提出的[5]。凱氏定氮法要對樣品進(jìn)行消解處理,所需時(shí)間較長;消解過程中使用的濃硫酸屬于?；?具有一定的危險(xiǎn)性,同時(shí)產(chǎn)生的廢液也易造成環(huán)境污染[6]。杜馬斯燃燒法因具有快速、準(zhǔn)確、無污染、安全、簡易等特點(diǎn)[7],近年在歐美國家得到廣泛應(yīng)用,美國分析化學(xué)家協(xié)會(huì)和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已將該法作為測定肥料和土壤中總氮的標(biāo)準(zhǔn)方法。目前杜馬斯燃燒法已廣泛應(yīng)用于食品、飼料、肥料等領(lǐng)域。結(jié)合肥料中總氮的測定方法,本文以不同種類的含氨基酸肥料為試驗(yàn)材料,采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法測定其氮含量,通過對比統(tǒng)計(jì)分析兩種方法測量結(jié)果的差異,為推廣杜馬斯燃燒法在肥料細(xì)分領(lǐng)域連續(xù)、快速、準(zhǔn)確測定氮含量提供參考,也對快速、準(zhǔn)確地測定含氨基酸肥料的氮含量以指導(dǎo)肥料生產(chǎn)過程中原料的添加具有一定的參考意義。

1 材料和方法

1.1 樣品收集

含氨基酸肥料樣品均為客戶送檢的含有氨基酸的液體肥料(1#～5#)或者固體肥料(6#～9#)。

1.2 試樣制備

通過四分法取不少于150 g的固體肥料,研磨使其全部通過0.5 mm篩孔,置于塑料自封袋中保存?zhèn)溆?液體試樣經(jīng)搖勻分取100 mL置于潔凈塑料瓶中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 儀器與試劑

儀器:AB104-N型電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司;Kjeltec 8400型凱氏定氮儀、FOSS DT208型消化爐,丹麥福斯分析儀器公司;D100型杜馬斯定氮儀,濟(jì)南海能儀器股份有限公司;SDLB-2R-500型純水處理系統(tǒng),重慶澳凱龍醫(yī)療科技股份有限公司。

試劑:硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、硫酸鉀、硫酸銅、鉻粉、溴甲酚綠、甲基紅、乙醇、硼酸,均為分析純;天冬氨酸,純度>99%;實(shí)驗(yàn)室用水為超純水。

1.4 測定步驟

1.4.1 凱氏定氮法

稱取0.5 g(精確至0.000 1 g)試樣置于專用消化管中,加入10 mL水,搖勻,加入1.2 g鉻粉和7 mL鹽酸,靜置5 min;將消化管置于消化爐上,在100 ℃加熱至產(chǎn)生大量墨綠色泡沫后繼續(xù)加熱3 min;取下消化管冷卻至室溫,加入5 g混合催化劑(硫酸鉀與硫酸銅質(zhì)量比為20∶1)和10 mL濃硫酸混合均勻,于420 ℃消化爐持續(xù)消化至溶液變?yōu)槌吻宓乃{(lán)綠色;冷卻后取出消化管,采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測定樣品中的氮含量,氮含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)表示。

加標(biāo)回收試驗(yàn):選擇低、中、高3個(gè)不同氮含量的含氨基酸肥料樣品,加入一定量的磷酸二氫銨標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW06502),按上述消解步驟對樣品進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn),每個(gè)樣品做3次平行。凱氏定氮儀工作參數(shù):硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定液濃度為0.1 mol/L,氫氧化鈉溶液質(zhì)量濃度為400 g/L,硼酸-指示劑混合吸收液25 mL,加水量20 mL,滴定加堿量30 mL。

1.4.2 杜馬斯燃燒法

1.4.2.1 儀器校準(zhǔn)及空白試驗(yàn)

稱取天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)50、100、150、200 mg,分別包裹于專用方形錫箔紙中,捏成圓狀后置于樣品盤上,按儀器操作程序?qū)ζ溥M(jìn)行測定并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后進(jìn)行空白試驗(yàn),符合要求以后,稱取與待測試樣相當(dāng)質(zhì)量的天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測定,儀器計(jì)算得出日常校正系數(shù)。如果天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定值偏差超過3%,則需重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。儀器工作參數(shù):一級燃燒管溫度為900 ℃,二級燃燒管溫度為850 ℃,還原管溫度為850 ℃,二氧化碳設(shè)定值為65%,通氧時(shí)間為45 s,氧氣流量為380 mL/min,自動(dòng)歸零為180 s,峰值預(yù)設(shè)為130 s。

1.4.2.2 試樣測定

稱取0.2 g(精確至0.000 1 g)試樣包裹于方形錫箔紙中(液體樣品稱樣時(shí)需先在錫箔紙中間放置約1 cm2的濾紙片用于吸附試樣),包好捏成圓狀后置于樣品盤上。樣品通過樣品盤自動(dòng)落入一級燃燒管,通入高純氧氣(純度≥99.999%)使試樣充分燃燒。樣品在一級燃燒管初步完成分解,生成物等隨載氣(高純CO2)氣流經(jīng)活性炭除雜后進(jìn)入二級燃燒管中,在高溫及氧化銅和鉑催化劑共同作用下進(jìn)一步氧化分解,經(jīng)除水干燥后進(jìn)入還原管,氮氧化物被銅絲和鎢還原成氮?dú)?經(jīng)干燥劑干燥后,隨載氣(高純CO2)進(jìn)入熱導(dǎo)檢測器(TCD)檢測。儀器操作軟件根據(jù)檢測信號值以天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校正系數(shù)自動(dòng)計(jì)算氮含量。

加標(biāo)回收試驗(yàn):選擇低、中、高3個(gè)不同氮含量的含氨基酸肥料樣品,加入一定量的天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),按上述步驟對樣品進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn),每個(gè)樣品做3次平行。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種方法氮的測定結(jié)果

采用杜馬斯燃燒法與凱氏定氮法按照試驗(yàn)步驟分別測定9個(gè)含氨基酸肥料樣品,每個(gè)樣品平行測定2次,取平均值,兩種方法氮的測定結(jié)果見表1。

表1 杜馬斯燃燒法與凱氏定氮法測定含氨基酸肥料中氮的結(jié)果

從表1可知,兩種方法測定9個(gè)含氨基酸肥料樣品的結(jié)果分別為0.94%～5.92%和0.96%～6.03%,兩種方法的RSD為0.65%～4.36%,凱氏定氮法與杜馬斯燃燒法測定結(jié)果的比值為0.94～1.02,表明兩種方法測定含氨基酸肥料中氮含量的結(jié)果基本一致。

采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法對9個(gè)含氨基酸肥料樣品中氮含量進(jìn)行測定,以凱氏定氮法的測定結(jié)果的平均值為橫坐標(biāo),杜馬斯燃燒法測定結(jié)果的平均值為縱坐標(biāo),利用WPS表格工具擬合線性回歸方程,見圖1。

圖1 杜馬斯燃燒法與凱氏定氮法測定含氨基酸肥料中氮含量的關(guān)系

從圖1可看出,兩種方法的測定結(jié)果呈顯著線性相關(guān),線性回歸方程為y=1.008 7x+0.008 4,相關(guān)系數(shù)r=0.999 5,說明檢測結(jié)果趨于一致。

2.2 兩種方法的準(zhǔn)確度

采用兩種方法對低、中、高3個(gè)不同氮含量的含氨基酸肥料樣品進(jìn)行3次平行加標(biāo)試驗(yàn),計(jì)算加標(biāo)回收率及RSD,試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。

表2 凱氏定氮法加標(biāo)回收率試驗(yàn)結(jié)果

表3 杜馬斯燃燒法加標(biāo)回收率試驗(yàn)結(jié)果

從表2和表3可以看出:采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法分別對低、中、高3個(gè)氮含量不同的含氨基酸肥料樣品進(jìn)行測定,得到的加標(biāo)回收率為96.6%～104.1%;兩種方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%,表明測定結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度均較好。

3 兩種檢測方法的比較

凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法均作為肥料中氮含量測定的標(biāo)準(zhǔn)方法,兩種方法的測定條件比較見表4。

表4 凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法的測定條件比較

4 結(jié)語

采用杜馬斯燃燒法和凱氏定氮法測定含氨基酸肥料的氮含量,兩種方法的測定結(jié)果及加標(biāo)回收率均較好,有較高的準(zhǔn)確度,對不同氮含量樣品的測定結(jié)果比較接近,不存在明顯差異。通過比較兩種分析方法,杜馬斯燃燒法優(yōu)勢明顯:無需消解處理,直接進(jìn)樣測定氮含量,縮短了分析時(shí)間;可同時(shí)測定大批量樣品,提高了工作效率;整個(gè)測定過程不使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿,降低了試驗(yàn)的危險(xiǎn)性,不對環(huán)境造成任何污染[8];TCD檢測范圍線性寬,可以在含氮量為10-6級別至常量范圍內(nèi)測定[9]。杜馬斯燃燒法更安全、環(huán)保、快速,適用于含氨基酸肥料中氮含量的測定。