微波消解-納氏試劑比色-分光光度法測定煙葉中的總氮含量

郭 敬，楊小秋

（1.中國計量科學研究院，北京 100013；2.江漢大學光電化學材料與器件省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢 430056）

0 引 言

煙草中總氮量和其中各種類型的氮化合物含量之間有著密切的相關性，總氮含量高的煙葉，往往其他的氮化合物含量亦高。各種氮化合物成分在煙草加工過程中也發生各種復雜的化學變化，直接影響到煙葉品質，因此，總氮量的測定對鑒別煙質好壞具有一定意義。經典的總氮測定方法是把樣品放在凱氏燒瓶中，加入硫酸和催化劑消解，然后再加入強堿中和并釋放出氨，蒸出的氨被稀硫酸溶液吸收，再反滴定測出總氮含量[1]。還有報道用硫酸和雙氧水消解樣品然后用氨氣敏電極測定氨態氮[2]，近來也有應用近紅外光譜法實時測定樣品中的總氮含量的報道[3-4]。煙草行業測定總氮的傳統方法是在線用催化劑把煙草中的有機氮轉化為氨氮，然后用水楊酸顯色，用流動分析儀來進行測定[5]，只是設備比較昂貴，一般的實驗室條件不太具備。本文利用硫酸-雙氧水微波消解樣品，納氏試劑顯色在分光光度計上進行測定。

1 材料和方法

1.1 材料及試劑

紫外可見分光光度計UV240-1PC（島津）；AutoAnalyzer 3流動分析儀（SEAL公司）；微波消解系統 MARS5（microwave accelerate reaction system 5，CEM公司）；氨氮標準溶液（N含量為1.000g/L，上海市計量測試技術研究院），使用時逐級稀釋；國家標準物質GBW08514a（中國煙草總公司青州煙草研究所，中國計量科學研究院）；濃硫酸，30%的雙氧水，50%的酒石酸鉀鈉溶液（稱取50g的酒石酸鉀鈉，溶解于100mL水中煮沸以除去氨，放冷待用），氫氧化鈉，碘化鉀和碘化汞等。以上試劑均為分析純。

1.2 實驗方法

（1）樣品的處理。準確稱取干燥粉碎的煙葉粉末0.2 g于微波消解罐中，加入少量水潤濕，分別加入6 mL濃硫酸，4 mL 30%的雙氧水，按照以下步驟消解：（1）壓力 30 Pa，溫度 110℃，6 min；（2）壓力 60 Pa，溫度 150 ℃，8 min；（3）壓力 90 Pa，溫度170 ℃，6min；（4）壓力 120Pa，溫度 140℃，5min。消解結束后，消解液清亮無色，轉移至100mL容量瓶，定容待測。

（2）納氏試劑的配置。稱取16g氫氧化鈉，溶于50mL蒸餾水中，充分冷卻至室溫。另稱取10g碘化汞和7g碘化鉀溶于水，然后將該溶液在充分攪拌的條件下緩慢注入上述氫氧化鈉溶液中，并用無氨水稀釋至100 mL，貯于聚乙烯塑料瓶中，常溫避光保存，此溶液保存時間不應超過3個星期。

（3）標準曲線的繪制。分別取 0，1，2，3，4mL 的10mg/L的氨氮標準溶液于5個25mL比色管中，加入2 mL的50%的酒石酸鉀鈉，1.5 mL的納氏試劑，定容于25mL，搖勻，10min后于420nm波長處在紫外可見分光光度計上測定。以濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，得到曲線方程y=0.2203x-0.0024，相關系數 r2=0.999。

（4）樣品的測定。移取0.5mL（1）中消解后的溶液，放入25mL比色管中，加入2滴30%的NaOH溶液，中和溶液中的酸并且調節溶液的pH值為堿性，加入2 mL的50%的酒石酸鉀鈉，1.5 mL的納氏試劑，定容于25 mL，搖勻反應10 min后于420 nm波長處在紫外可見分光光度計上測定吸光度，帶入（3）中的標準曲線方程，換算出濃度。總氮的百分含量計算公式如式（1）：

式式：C樣——樣品的測定濃度；

m樣——樣品稱樣質量；

W水——樣品含水率。

2 結果與討論

2.1 樣品消解方法的選擇

總氮測定經典的消解方法是放在凱氏燒瓶中加酸消解，耗時長且不安全，也有放在石墨爐中用消化管來消解的，消解時間也比較長。用微波消解系統，在加壓且密閉的環境中進行，可以減少外界污染的影響，且消解時間大大縮短，一般30min就可以消解完全。

2.2 樣品測定的影響因素

2.2.1 pH值和溫度

氨氮在強堿性條件下才能與納氏試劑形成紅棕色膠狀化合物，本文的樣品是用硫酸和雙氧水消解的，所以加入納氏試劑前要先用氫氧化鈉來調節pH，加入35%的氫氧化鈉溶液3滴，混勻反應，使樣品的pH范圍在11.8～12.8之間[6]。溫度對反應有影響，溫度太低，酒石酸鉀鈉溶液結晶現象嚴重，對標準系列的吸光度影響不大，但是樣品吸光度與常溫測定時比較則會下降50%左右。可能是酒石酸鉀鈉結晶后使之濃度降低，對樣品溶液中的掩蔽作用減弱，使樣品測定的結果有些異常，所以本實驗最好是在常溫20℃下進行。

2.2.2 納氏試劑的顯色時間

納氏試劑顯色時間對氨氮測定結果的影響是顯色時間低于5min，反應不完全，吸光度偏低。10～30min顯色比較穩定，大于30min溶液易生產沉淀，且會褪色，也會使吸光度降低。

2.2.3 酒石酸鉀鈉的掩蔽作用

消解后的樣品在加入氫氧化鈉中和掉多余的酸，加入適量的酒石酸鉀鈉來對樣品中的其他雜質離子進行掩蔽，否則就會產生棕紅色的沉淀，對樣品測定的準確性有很大影響，0.5 mL的消解液加入2 mL的50%的酒石酸鉀鈉溶液可以有效防止沉淀的產生。

2.3 精密度

稱取3個樣品進行消解和測定，每個樣品平行測定5次，測得5次試驗的相對標準偏差分別為8.72%，3.62%，2.36%，說明本方法儀器測定的精密度比較好。

2.4 檢出限

樣品空白重復測定11次，得標準偏差SD為0.0049，試驗方法（3）中測得標準曲線的斜率為0.2203，儀器的檢出限為

儀器檢出限=3×SD/標準曲線的斜率=

方法的檢出限為

實驗方法檢出限=儀器檢出限×

式中：50——稀釋倍數；

10-6——單位換算系數。

方法的檢出限低于煙草中總氮的平均含量2%。

2.5 與煙草行業標準方法測定結果對比

分別稱取兩種煙葉樣品進行處理和測定，測定的平均值與煙草行業標準方法[7]使用AutoAnalyzer 3流動分析儀進行測定的結果相對比，對比結果如表1所示。

表1 與煙草行業測定標準結果對比

從表1可以看出，本文的方法與煙草行業標準推薦的方法測定結果相對誤差小于10%，說明該方法測定的結果與煙草行業標準測定的結果比較相符。

2.6 樣品分析

分別稱取國家標準物質GBW08514a和5個取自全國幾個省份的煙葉樣品，并在樣品中加入了一定量的氨氮標準溶液，做加標回收試驗，結果見表2。

表2 樣品測定結果

本方法應用于國家煙草標準物質GBW08514a中總氮的測定，測試結果在真實值的誤差允許范圍內，樣品加標回收率在89%～115%之間，說明該方法的準確性較好。

3 結束語

本文將納氏比色測定水中氨氮的方法應用于煙葉中總氮的測定，用硫酸和雙氧水消解樣品，使樣品中的總氮轉化為氨氮，并且把傳統的用凱氏燒瓶消解的方式改進為微波消解。實驗步驟簡單，操作方便，RSD在2.36%～8.72%之間，準確度好，可用于大批樣品的測定，還可以推廣應用于其他植物樣品中總氮含量的測定。

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