凱氏定氮儀蒸餾法檢測車用尿素溶液中尿素的含量

章小龍

(中海石油化學股份有限公司 ，海南 東方 572600)

車用尿素溶液就是純尿素的水溶液,其中尿素是車用尿素溶液作為除去汽車尾氣中氮氧化物的反應原料,在選擇性催化劑作用下尿素與氮氧化物反應生成氮氣和水,從而減少柴油汽車尾氣中氮氧化物對大氣的污染。車用尿素溶液中尿素含量直接關系到車用尿素的品質和實際使用效果,也是車用尿素出廠檢驗的最重要指標,尿素含量的檢測按照GB 29518-2013該采用燃燒法自動定氮儀[1-2]，該方法需要購置氣相色譜等新儀器，同時需要使用純氧，從費用和安全性方面考慮，采用凱式定氮儀蒸餾法作為總氮的分析方法，該方法使用范圍已涉及食品、飼料、化肥等行業，海洋石油富島有限公司生產的車用尿素，在檢測方法試驗階段，使用凱式定氮儀蒸餾法檢測車用尿素溶液，在重復性和再現性都獲得滿意的結果，使用分析純尿素配制的標準尿素溶液進行回收率實驗，也獲得了準確的結果。

1 試驗原理

該方法是在硫酸銅催化劑存在下，通過消解爐加熱，濃硫酸將樣品中的酰胺態氮全部轉化為銨鹽。在堿性條件下使用凱式定氮儀將已轉化為銨鹽的氮以氨形式蒸餾出來，使用硫酸吸收液吸收，使用標準氫氧化鈉溶液滴定過量的酸，從而得到樣品中總氮含量，尿素含量是通過從總氮中扣除縮二脲中的氮計算得出。

2 儀器與設備

凱式定氮儀：SKD-200，上海沛歐分析儀器有限公司;分析天平：AL204，METTLER TOLEDO，精確到0.0001g; 滴定管：50mL滴定管，A級; 消解爐：與凱式定氮儀配合，消解溫度室溫至450℃;其他日常使用玻璃儀器。

3 試劑與材料

濃硫酸(AR);五水硫酸銅 (AR);氫氧化鈉標準滴定溶液：c(NaOH)= 0.5mol/L;硫酸標準溶液：c(1/2H2SO4) = 0.5mol/L;甲基紅-亞甲基藍混合指示液：在約50mL 95%乙醇溶液中，加入0.1g甲基紅，0.05g亞甲基藍，溶解后，用相同規格的乙醇稀釋至100mL; 分析純尿素3.7車用尿素樣品：富島

公司試車樣品; pH試紙。

4 分析實驗

4.1 車用尿素樣品的檢測

4.1.1 樣品的準備

準確稱取車用尿素樣品0.5～0.7g(精確到0.0001g)于消解管內。

4.1.2 樣品的測定

加少量水沖洗管壁，再加5mL濃硫酸，0.4g五水硫酸銅，在通風櫥內使用消解爐進行消解，先緩慢加熱，使CO2逸盡，然后逐步提高溫度，直至冒白煙，再繼續加熱騰空后停止加熱，取出待消化管中的試液充分冷卻后，用少量水沖洗管壁。

于接收器中加入硫酸溶液25.00mL [c(1/2H2SO4)=0.5moL/L],加適量水以保證封閉氣體出口，將接收器連接在凱式定氮儀上。消化好的消解管放到凱氏定氮儀中，儀器自動加入40mL的500g/L氫氧化鈉溶液，開始蒸餾，蒸餾過程中，應保持冷卻水暢通，直到接收器中的收集量達到300mL時，移開吸收液瓶,用pH試紙檢查冷凝管出口的液滴，如無堿性結束蒸餾。

用氫氧化鈉標準溶液返滴定過量的硫酸至混合指示劑呈現灰綠色為終點[2]。記錄所消耗的氫氧化鈉標準溶液體積。

空白試驗，除不加試樣外，須與試樣測定采用完全相同的試劑、用量和分析步驟，進行平行操作。空白試樣也應做平行數據，差值在0.10mL以內，取平均值。

總氮含量wN% =(1401×c×(V0-V))/m

(1)

式中：c——氫氧化鈉標準溶液濃度，單位mol/L

V0——空白試驗氫氧化鈉標準溶液體積，單位mL

V——樣品氫氧化鈉標準溶液體積，單位mL

m——樣品質量，單位g。

尿素含量wu% = 2.1438×(wN-F×wBi)

(2)

式中：wN——樣品總氮含量平均值，單位%；

F——縮二脲轉化為氮的因子(0.4076)

wBi——樣品中縮二脲的濃度(質量分數)，單位%。

5 樣品的重復性試驗

按照上述分析實驗步驟對同一車用尿素樣品進行分析，按照總氮含量的計算公式(1)，得到6平行的檢測數據如表1。

表1 尿素樣品總氮含量

同時使用分光光度發分析車用樣品的縮二脲含量，按照尿素含量的計算公式(2)得到的分析結果如下：

根據GB 29518-2013，重復性要求為0.4%，從上表中得出6平行測定尿素含量的極差為0.21%，能滿足重復性要求，同時對分析數據的樣品標準偏差和樣品標準差進行計算，分別是0.086,0.094，從數據可見該方法的重復性非常好，數據的離散遠小于置信度95%的1.96。

表2 尿素樣品的尿素含量

6 回收率實驗

6.1 樣品的準備

稱取32.4564g左右分析純尿素，溶解到100mL左右的容量瓶中得到總重量為100.3256g，同時分析分析純尿素的水分0.38%，縮二脲含量0.08%,最終配制的尿素溶液濃度為32.20%。

6.2 樣品的測定

按照4.1.2對分析純尿素樣品進行尿素含量測定。

表3 分析純尿素樣品含量檢測數據

從表3中可以看出,使用分析純尿素進行回收實驗室,回收率在此基礎上9.14%至99.92%，平均回收率達到99.63%。

7 再現性實驗(不同分析室之間的比對實驗)

在分析車用樣品的同時，將樣品寄往第三方檢測機構廣州中科檢測技術服務有限公司進行分析檢測，將2個實驗室的檢測數據進行比對(見表4)。

表4 2個實驗室的檢測數據

從2個實驗室數據可以看出，再現性能滿足國標要求兩實驗室之間不大于0.8%的要求。

8 結論

采用凱式定氮儀蒸餾法分析檢測車用尿素溶液中尿素含量，在實驗過程中，實驗平行性數據的重復性極差可達到0.21%，能滿足車用尿素溶液國標不大于0.4%的要求；本文還使用分析純尿素配制的尿素溶液進行了回收率實驗，在考慮尿素易吸收水分和含有少量縮二脲因素，在計算過程中將這兩項排除后，分析檢測數據顯示回收率可達到99%以上，能滿足日常生產的批出貨檢驗要求；在與有檢測資質的第三方實驗室進行分析監測數據比對，兩實驗室的檢測偏差為0.10%，遠小于國標要求的實驗室之間再現性誤差。綜上所說，凱式定氮儀蒸餾法可以滿足車用尿素溶液中尿素含量的檢測。