全自動凱氏定氮儀測定有機肥中總氮含量

馮敏鈴 劉銘揚 李盛安 黃寶榮

摘要 [目的]建立全自動凱氏定氮儀測定有機肥中總氮含量的方法。[方法]有機肥加入濃硫酸和催化劑（4.5 g K2SO4+0.5 g CuSO4·5H2O）在凱道森高效消化系統(tǒng)消解，用全自動凱氏定氮儀進(jìn)行測定，能簡單高效地測定有機肥中總氮含量。[結(jié)果]該方法與國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17767.1—2008、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 525—2021進(jìn)行樣品試驗比對，檢測結(jié)果并無明顯差異;與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較檢測時間縮短，且能進(jìn)行大批量樣品檢測。[結(jié)論]該方法適合于基層肥料檢測技術(shù)人員操作使用。

關(guān)鍵詞 全自動凱氏定氮儀;有機肥;總氮;含量測定

中圖分類號 TQ 440.2 +2? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）08-0169-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.08.047

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Determination of Total Nitrogen in Organic Fertilizer by Automatic Kjeldahl Nitrogen Analyzer

FENG Min-ling 1，LIU Ming-yang 2，LI Sheng-an 2 et al （1.Zhongshan Agricultural Products Quality and Safety Inspection Institute，Zhongshan，Guangdong 528403;2.Zhongshan Agricultural Science and Technology Extension Center，Zhongshan，Guangdong 528403）

Abstract [Objective]To establish a method for the determination of total nitrogen in organic fertilizer by Automatic Kjeldahl nitrogen analyzer. [Method]Organic fertilizer was digested by adding concentrated sulfuric acid and catalyst （4.5 g K2SO4 + 0.5 g CuSO4·5H2O） in the high efficiency digestion system of kadawson. The total nitrogen content in organic fertilizer could be determined simply and efficiently by Automatic Kjeldahl nitrogen analyzer. [Result]Compared with the national standard GB/T 17767.1-2008 and the industry standard NY/T 525-2021， the results showed no significant difference.Compared with the relevant standards， the detection time was shortened， and it could be used to detect a large number of samples.[Conclusion]This method is suitable for grass-roots fertilizer testing technicians.

Key words Automatic Kjeldahl nitrogen analyzer; Organic fertilizer; Total nitrogen;Content determination

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)由于大量施用化肥導(dǎo)致土壤板結(jié)、鹽化，土壤質(zhì)地越來越差，產(chǎn)量越來越低。為了減少化肥、農(nóng)藥施用量，有效地改善土壤質(zhì)地，提高蔬菜、瓜果的品質(zhì)，打造綠色農(nóng)產(chǎn)品，我國多地積極推動化肥施用量零增長，大力發(fā)展有機肥替代化肥。有機肥料不但能持續(xù)較長時間供給作物必需的多種營養(yǎng)元素，同時還可供給多種活性物質(zhì)，又能刺激作物生長，還能增強土壤微生物活動，提高土壤養(yǎng)分的有效性。隨著“有機農(nóng)業(yè)、綠色食品”興起和發(fā)展，有機肥料已成為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用肥的主要發(fā)展趨勢 [1-2]。正確掌握有機肥中總氮含量對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)作用。目前有機肥料中總氮的測定主要參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17767.1—2008《有機-無機復(fù)混肥料的測定方法 第1部分：總氮含量》及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 525—2021《有機肥料》進(jìn)行檢測。上述2種標(biāo)準(zhǔn)前處理將有機肥加入硫酸-過氧化氫后進(jìn)行加熱消解，消解時產(chǎn)生大量泡沫，對實驗人員造成一定的危險。消解過程要么泡沫急劇產(chǎn)生涌出造成消解失效，要么涌上來的泡沫貼在燒瓶頸上不易消解完全，造成結(jié)果偏低，因此消解時需要小心進(jìn)行，耗費大量時間 [3]。

氮素是植物體內(nèi)特別重要的一個營養(yǎng)元素，是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分。氮素能限制植物生長及產(chǎn)量形成，獲取方式主要來自肥料。氮肥主要包括碳酸氫銨、尿素、硝銨、氨水、氯化銨、硫酸銨等。有機肥中氮元素常以不同形式存在，按照化合物形態(tài)的不同可以分為銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、酰胺態(tài)氮和有機態(tài)氮等，不同形態(tài)的氮對果蔬的生理作用不同，檢測方法亦不同 [4-7]。筆者采用凱道森高效消化系統(tǒng)能針對不同形態(tài)氮的有機肥進(jìn)行消解，方便檢測人員進(jìn)行操作提高了安全性，為中山市推動有機肥替代化肥提供簡單、實用、高效的檢測方法，適合于基層肥料檢測技術(shù)人員操作使用，正確掌握有機肥中總氮含量有利于科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn) [8-10]。4816ABB1-975C-4573-BBA1-99D00592A76B

1 材料與方法

1.1 試劑 硫酸、氫氧化鈉、硼酸（廣州化學(xué)試劑廠，GR）;鹽酸標(biāo)準(zhǔn)試劑（0.05 mol/L，博林達(dá)）;催化劑（4.5 g K2SO4+0.5 g CuSO4·5H2O）。

1.2 儀器與設(shè)備

凱道森高效消化系統(tǒng)（德國格哈特，KT/KT-L）;全自動凱氏定氮儀（德國格哈特，Vapodest 50s）;電子天平（Precisa公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 有機肥樣品制備。從中山市各農(nóng)戶采集具有代表性有機肥樣品，樣品自然風(fēng)干，經(jīng)多次縮分后，取100 g樣品經(jīng)石英研磨，過60目尼龍篩，裝入聚乙烯廣口瓶，放置干燥陰涼處密封保存。

1.3.2 有機肥樣品前處理。

用無氮稱量紙準(zhǔn)確稱取1 g（精確至0.000 1 g）有機肥樣品，將樣品置于250 mL消化管底部，并用少量超純水沖洗管壁上的樣品，緩慢加入10 mL濃硫酸、一個催化劑（4.5 g K2SO4+0.5 g CuSO4·5H2O），小心搖勻，在消化管口放一個彎頸漏斗，靜置過夜。放入凱道森高效消化系統(tǒng)中，按照設(shè)置好的升溫條件（表1）進(jìn)行消解，直至溶液變?yōu)榈{(lán)色，冷卻、待測。

1.3.3 有機肥樣品空白試驗。除稱取樣品外，試劑用量和試驗操作同“1.3.2”。

1.3.4 有機肥總氮的測定。將消化管放入全自動凱氏定氮儀中，設(shè)置程序為加入50 mL超純水、40 mL（30%）氫氧化鈉溶液，反應(yīng)2 min后，開始加熱，用60 mL（2%）硼酸溶液吸收。在蒸餾的過程中，硼酸溶液吸收不斷蒸餾出的氨水，同時往蒸餾液中加入0.05 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，直至滴回起始的pH。記錄消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測方法的對比

將同一樣品按照國家標(biāo)準(zhǔn)《有機-無機復(fù)混肥料的測定方法 第1部分：總氮含量》（GB/T 17767.1—2008）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《有機肥料》（NY/T 525—2021）中總氮含量測定，進(jìn)行有機肥料總氮含量的測定。同一檢測標(biāo)準(zhǔn)采用3個平行樣品測試，選取相近2個結(jié)果的平均數(shù)為檢測結(jié)果，對比結(jié)果如表2所示。該研究與國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測結(jié)果對比并無明顯差異。但上述2種標(biāo)準(zhǔn)樣品采用直接消解，前處理步驟煩瑣，自動化程度不高，對檢測人員具有一定的危險性。而該方法樣品前處理簡單，有機肥消解完成后即可用全自動凱氏定氮儀測定，大大縮短整個檢測時間，滿足大批量樣品檢測需要。

2.2 催化劑的選擇

有機肥中總氮的測定涉及樣品消解和消解液中氮元素的定量，為了加快消化的速度，需要加入硫酸鉀或者硫酸鈉，以及催化劑。在消解過程中應(yīng)用的催化劑種類很多，消化溫度依靠催化劑的選擇來決定，濃硫酸本身的沸點是337 ℃，當(dāng)加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎ㄏ喈?dāng)于鹽的作用），可以使?jié)饬蛩岬姆悬c達(dá)到380 ℃。經(jīng)過多次試驗，汞或者氧化釩是最好的催化劑。目前，出于對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)已減少此類催化劑的使用。為了達(dá)到同樣的效果，該試驗探索選用濃硫酸和催化劑（4.5 g K2SO4+0.5 g CuSO4·5H2O）作為消解試劑使用，試驗表明，選用此試劑不僅能有效解決消化溫度不夠的問題，還能加快消解速率，減少氮的逸出，滿足試驗需求。

2.3 有機肥消解對比

選用目前廣泛應(yīng)用的H2SO4-H2O2消解法，有以下幾個方面的弊端：第一，H2O2是易制爆管控試劑，不適宜大批量檢測樣品的應(yīng)用;第二，在消解一些復(fù)雜有機肥樣品時，需要不斷加入H2O2消除雜質(zhì)，最后消解液才能達(dá)到無色或淡黃色清液，試驗人員必須時刻在旁觀察試驗狀態(tài);第三，傳統(tǒng)方法僅能進(jìn)行單一樣品消解。使用凱道森高效消化系統(tǒng)，能同時消解20個樣品，設(shè)置好程序升溫條件，能極大地解放人力，提高試驗的效率。綜合考慮，該試驗選用濃硫酸、催化劑（4.5 g K2SO4+0.5 g CuSO4·5H2O）和凱道森高效消化系統(tǒng)，對樣品進(jìn)行前處理消解。

2.4 有機肥總氮的測定結(jié)果

選擇中山市4種有機肥樣品進(jìn)行試驗，結(jié)果如表3所示。通過分析測定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有機肥A、B、C 3個品種的總氮含量均大于1.00%，而方法允許差均小于0.06%;有機肥D的總氮含量為0.66%，方法允許差均小于0.04%。從有機肥總氮的試驗結(jié)果表明，此方法符合NY/T 525—2021方法中總氮含量平行測定結(jié)果允許絕對差值要求。

3 小結(jié)

我國推廣應(yīng)用有機肥料，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)與資源、農(nóng)業(yè)與環(huán)境以及人與自然和諧友好發(fā)展，從源頭上促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品安全、清潔生產(chǎn)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境都有重要意義。該研究建立全自動凱氏定氮儀測定有機肥中總氮含量的方法，與國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17767.1—2008、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 525—2021進(jìn)行樣品試驗比對，結(jié)果表明檢測結(jié)果并無明顯差異。有機肥消解完成后經(jīng)全自動凱氏定氮儀測定，大大縮短整個檢測時間，且能進(jìn)行大批量樣品檢測。方法前處理采用凱道森高效消化系統(tǒng)，濃硫酸和催化劑（4.5 g K2SO4+0.5 g CuSO4·5H2O）消解，減少了易制爆試劑H2O2的使用，加快了消解的速率，減少了人力成本，且回收率和精密度能達(dá)到檢測方法的要求，能夠滿足日?；鶎蛹夹g(shù)人員測定有機肥總氮需求。

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