杜馬斯燃燒法測定肥料總氮含量的方法驗(yàn)證及相關(guān)問題研討

摘 要：檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)在引用并使用標(biāo)準(zhǔn)方法前，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證，以證明能夠正確運(yùn)用該方法，并實(shí)現(xiàn)所需的方法性能。本文就杜馬斯燃燒法測定肥料中的總氮含量開展方法驗(yàn)證，對標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的檢測人員能力、儀器設(shè)備、試劑及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、方法特性參數(shù)等要素逐一進(jìn)行驗(yàn)證，并對驗(yàn)證經(jīng)過進(jìn)行分析討論。同時(shí)，對檢測過程需要注意的問題及儀器使用注意事項(xiàng)等進(jìn)行了研討，以期提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地為檢驗(yàn)檢測服務(wù)。

關(guān)鍵詞：杜馬斯燃燒法，肥料總氮含量，方法驗(yàn)證

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.24.033

0 引 言

肥料中總氮含量的測定方法主要有蒸餾后直接滴定法和杜馬斯燃燒法兩種[1]。與蒸餾后直接滴定法相比杜馬斯燃燒法具有快速、全自動、不用樣品前處理等優(yōu)點(diǎn)，其測量方法是樣品稱樣，上機(jī)自動進(jìn)樣，經(jīng)燃燒、氮還原、熱導(dǎo)檢測器（TCD）檢測，僅用20分鐘就可以得到三個(gè)平行檢測結(jié)果[2]。本文依據(jù)GB/T 27417-2017《合格評定 化學(xué)分析方法確認(rèn)和驗(yàn)證指南》[3]對NY/T 2542-2014《肥料 總氮含量的測定》和NY/T 1977-2010《水溶肥料 總氮、磷、鉀含量的測定》[4]中杜馬斯燃燒法測定肥料中的總氮含量開展能力驗(yàn)證，驗(yàn)證方法的線性范圍、檢出限、精密度和正確度。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)人員

實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行方法驗(yàn)證的人員應(yīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室授權(quán)[5]。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行方法驗(yàn)證的人員均為經(jīng)過能力確認(rèn)和授權(quán)且從事化工產(chǎn)品檢驗(yàn)工作5年以上，同時(shí)針對本次方法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了培訓(xùn)與考核，考核結(jié)果均符合要求。

1.2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

D100杜馬斯定氮儀，山東海能科學(xué)儀器有限公司；ME204/02電子天平，感量0.0001 g，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 材料與試劑

二氧化碳?xì)怏w：純度≥99.999%；

氧氣氣體：純度≥99.999%；

天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：含氮量理論值10.52%，實(shí)際值1 0 . 5 5 %，U（k = 2）=±0 . 0 9 %，S ? n t i sAnalytical AG。

1.4 試驗(yàn)方法

檢驗(yàn)依據(jù)：NY/T 2542-2014《肥料 總氮含量的測定》和NY/T 1977-2010《水溶肥料 總氮、磷、鉀含量的測定》中杜馬斯燃燒法測定肥料中總氮含量；方法驗(yàn)證依據(jù)：GB/T 27417-2017《合格評定 化學(xué)分析方法確認(rèn)和驗(yàn)證指南》。

本次方法驗(yàn)證的原理是在高溫和富氧環(huán)境下，樣品定量燃燒消解，樣品中的氮轉(zhuǎn)變成分子態(tài)氮和氮氧化物。在載氣CO2的帶動下，氮氧化物進(jìn)入還原區(qū)域被轉(zhuǎn)化成分子氮。所生成的其他氣態(tài)干擾成分被適當(dāng)?shù)奈談┤コ?。分子態(tài)氮再進(jìn)入熱導(dǎo)檢測器進(jìn)行檢測[1-3]。

1.5 分析步驟

稱取通過0 . 5 0 m m孔徑試驗(yàn)篩的肥料試樣0.1～0.4 g（精確到0.0001g）置于錫箔紙中包好待測，按照儀器要求進(jìn)行空白試驗(yàn)直到空白峰面積＜20后進(jìn)行氮日常系數(shù)校正，將制備好的樣品放入進(jìn)樣盤選擇合適的測試方法進(jìn)行分析檢測。

2 結(jié)果分析

2.1 線性范圍

線性范圍的方法驗(yàn)證根據(jù)GB/ T 27417-2017《合格評定 化學(xué)分析方法確認(rèn)和驗(yàn)證指南》5.3來進(jìn)行。稱取質(zhì)量為0、50、100、150、200、300、400mg的天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行氮含量分析，每個(gè)重量稱取至少3個(gè)（0除外），要求每組數(shù)據(jù)的RSD均＜0.5%，測得的校準(zhǔn)曲線如圖1所示。校準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y =0.005082x-0.3811，線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)r =0.9998。

由圖1結(jié)果可以判定線性回歸曲線可以滿足標(biāo)準(zhǔn)中對于準(zhǔn)確定量的方法線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)不低于0.99的要求。

2.2 檢出限和定量限

檢出限和定量限的方法驗(yàn)證根據(jù)GB/T 27417-2017《合格評定 化學(xué)分析方法確認(rèn)和驗(yàn)證指南》5.4來進(jìn)行。采用信噪比法來確定檢出限，即利用已知低濃度的分析物樣品與空白樣品的測量信號進(jìn)行比較，以3倍的信噪比來確定檢出限。

記錄空閑狀態(tài)下1分鐘內(nèi)TCD數(shù)值變化的極差值P 2作為信號噪聲，P 2一般為2 mV；儀器穩(wěn)定后使用儀器測試20 mg天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（含氮量為約2 mg），記錄此時(shí)峰高P1，P1一般大于1100 mV；儀器檢出限=3倍噪聲的高度=3×2 mg×P2÷P1=3×2 mg×2mv÷1100 mv≈0.01 mg，即檢出限為0.01 mg氮。

采用3倍的檢出限來表示定量限，即定量限為0.03 mg氮。

2.3 精密度

精密度的方法驗(yàn)證根據(jù)GB/T 27417-2017《合格評定 化學(xué)分析方法確認(rèn)和驗(yàn)證指南》5.6來進(jìn)行，分別對不同總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（≤10%、10%～20%、＞20%）的4種復(fù)合肥料和尿素進(jìn)行分析，每個(gè)樣品在相同條件下均進(jìn)行6次的重復(fù)性測定，樣品精密度結(jié)果見表1。

由表1可知，總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤10%的6個(gè)平行測定結(jié)果的絕對差值為0.019，符合標(biāo)準(zhǔn)中要求的允許差≤0.40的要求；總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～20%的6個(gè)平行測定結(jié)果的絕對差值為0.030，符合標(biāo)準(zhǔn)中要求的允許差≤0.50的要求；兩組總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞20%的6個(gè)平行測定結(jié)果的絕對差值分別為0.248和0.040，符合標(biāo)準(zhǔn)中要求的允許差≤0.60的要求。從表1中還可以看出不同總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的肥料氮含量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.032%～0.334%，這表明該方法具有較高的精密度。

2.4 正確度

正確度的方法驗(yàn)證根據(jù)GB/T 27417-2017《合格評定 化學(xué)分析方法確認(rèn)和驗(yàn)證指南》5.5中回收率測定法來進(jìn)行。取質(zhì)量為m 1的4種不同總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（氮含量X 1為表1中的平均值）的復(fù)合肥料和尿素，加入質(zhì)量為m 2的天冬氨酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，測得氮含量為X 2，樣品加標(biāo)回收率=×100%。4種樣品的加標(biāo)回收率結(jié)果見表2。由表2可知4種樣品的加標(biāo)回收率在98.7%～103.6%，這表明該方法具有較高的正確度。

3 問題探討

3.1 肥料樣品的制備

固體樣品需經(jīng)過多次縮分并快速研磨至全部通過0.50 mm孔徑篩（對于潮濕樣品能通過1.00 mm篩子即可），液體樣品在取樣前應(yīng)多次搖動保證混合均勻。

稱樣時(shí)錫箔紙放于天平托盤中間，根據(jù)樣品含氮量，稱量樣品0.1～0.4 g（精確到0.0001 g），液體樣品在進(jìn)行稱樣前需用定量濾紙制備濾紙球，制備的濾紙球的質(zhì)量應(yīng)與稱樣量相接近，如果差距較大會影響吸水進(jìn)而導(dǎo)致液體從錫箔紙中流出同時(shí)也會影響助燃效果。

3.2 加標(biāo)回收率

在進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的形態(tài)應(yīng)該與待測物形態(tài)相同，同時(shí)加標(biāo)量一般取待測樣品含氮量的0.5～2倍，當(dāng)樣品中待測物濃度高于校準(zhǔn)曲線的中間濃度時(shí)加標(biāo)量應(yīng)控制在待測樣品濃度的一半[6]。

3.3 試驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)中載氣CO2的純度應(yīng)達(dá)到99.999%，如果CO2的純度不夠在進(jìn)行空白試驗(yàn)時(shí)會出現(xiàn)基線中有倒峰的現(xiàn)象，同時(shí)載氣中的雜質(zhì)進(jìn)入儀器后會影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此在更換CO2后應(yīng)先進(jìn)行空白試驗(yàn)，基線滿足要求后方可進(jìn)行樣品測試。

試驗(yàn)過程TCD的數(shù)值應(yīng)為1000～10000，TCD值過小會導(dǎo)致電路工作異常而TCD值過大時(shí)樣品的峰值會超出檢測器檢測范圍，上訴情況均會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不準(zhǔn)確。所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先確定TCD值是否在規(guī)定范圍內(nèi)。

每次開機(jī)后均需進(jìn)行氮日常系數(shù)校正，校正前應(yīng)測試空白，空白要求積分區(qū)間內(nèi)的峰面積小于20且連續(xù)測試3組空白均達(dá)標(biāo)后方可測試標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校正儀器氮日常系數(shù)。此外，稱取的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的總含氮質(zhì)量應(yīng)接近100 mg被測化肥的總含氮質(zhì)量，連續(xù)測試5～7個(gè)且結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD＜0.5%，然后用測得的結(jié)果校正儀器的氮日常系數(shù)。

4 結(jié) 語

本文依據(jù)GB/T 27417-2017《合格評定 化學(xué)分析方法確認(rèn)和驗(yàn)證指南》對NY/ T 2542-2014《肥料 總氮含量的測定》和NY/T 1977-2010《水溶肥料 總氮、磷、鉀含量的測定》中杜馬斯燃燒法測定肥料中總氮含量的方法進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證了檢測人員能力、儀器設(shè)備、試劑及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等要素。同時(shí)，對方法的線性范圍、檢出限和定量限、精密度、正確度5個(gè)方法特性參數(shù)進(jìn)行逐一驗(yàn)證，方法的檢出限和定量限分別為0.01 mg氮和0.03 mg氮；4種樣品重復(fù)性試驗(yàn)的絕對差值為0.019～0.248、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.032%～0.334%；4種樣品的加標(biāo)回收率在98.7%～103.6%；以上驗(yàn)證結(jié)果均可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的檢測人員、儀器設(shè)備、環(huán)境設(shè)施等條件均滿足實(shí)驗(yàn)要求，可以有效實(shí)施該方法的檢驗(yàn)檢測。

此外，本文還對檢測過程中樣品制備、加標(biāo)回收試驗(yàn)和儀器使用需要注意的問題進(jìn)行了研討，以期提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地為檢驗(yàn)檢測服務(wù)。

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作者簡介

楊美玲，碩士，工程師，研究方向?yàn)榛ぜ叭栈a(chǎn)品的檢驗(yàn)檢測。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）