有機肥料總氮含量的測定方法研究

王卓，郭全恩，展宗冰，曹詩瑜

摘要：氮作為有機肥料養分的重要來源，其含量是評價有機肥料質量的一項重要指標。為了給有機肥料總氮含量的測定提供快速且精確的測定方法。選擇了6個有機肥料樣品，用H2SO4-H2O2消煮，分別用連續流動注射分析儀和半自動凱氏定氮儀測定消煮液中的全氮含量，以探討不同方法快速而精確地測定有機肥料總氮含量的可行性。結果表明，利用連續流動注射分析儀和半自動凱氏定氮儀測定方法的結果間沒有顯著性差異，相對標準偏差均在5%以下，且連續流動注射分析儀加標回收率為97.5%～102.0%。同時由于連續流動注射分析儀測定有機肥料總氮具有快速準確、試劑用量少的優點，適合大批量有機肥料總氮的測定分析。

關鍵詞：連續流動注射分析儀；半自動凱氏定氮儀；有機肥料；總氮；含量；測定；比較

中圖分類號：S14-33? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2023）04-0360-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.04.015

Study on Different Methods for Determining the Total

Nitrogen Content in Organic Fertilizers

WANG Zhuo 1， GUO Quanen 1， ZHAN Zongbing 2， CAO Shiyu 1

（1. Institute of Soil Fertilizer and Water Saving， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;

2. Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： As an important source of organic fertilizer nutrients， nitrogen content is an important index for evaluating the quality of organic fertilizers. In this paper， the purpose is to explore the feasibility of determining the total nitrogen content of organic fertilizers by continuous flow injection analyzer， 6 organic fertilizer samples were selected and digested with H2SO4-H2O2， the contents of total nitrogen in the digests were determined by continuous flow analyzer and semi-automatic kjeldahl nitrogen determination apparatus， respectively. The result showed that no significant difference between the continuous flow analyzer and the semi-automatic kjeldahl nitrogen determination apparatus was detected， relative standard deviation numbers were less than 5%， and the standard recovery rate of the continuous flow analyzer was 97.5% to 102.0%. The flow injection analyzer has the advantages of rapid determination of total nitrogen in organic fertilizer and less reagent consumption， which is suitable for the analysis of total nitrogen in large quantities of organic fertilizer.

Key words： Continuous flow injection analyzer; Semi-automatic kjeldahl nitrogen determination apparatus; Organic fertilizer; Total nitrogen; Content; Determination; Comparison

有機肥料是農業生產的重要肥料之一，其來源途徑多樣、組成復雜、功能全面，既能供給作物營養，又能補充土壤有機質，改良土壤，提高土壤總體肥力水平［1 ］。有機肥料包括人糞尿、廄肥、堆肥、綠肥、餅肥、沼液肥等。這些肥料主要是動物糞尿和植物殘體等堆積發酵而成，成分比較復雜，含有植物所需的各種營養元素和豐富的有機質。有機肥料不僅能改善土壤結構，增進土壤微生物的活動，促進作物生長，而且對減少環境污染具有不可低估的作用。氮元素含量作為有機肥料養分的重要來源，研究如何快速精確測定有機肥料總氮含量具有十分重要的意義［2 ］。測定有機肥料中的含氮量不僅可以計算肥料的用量，而且能說明有機肥料在積制過程中養分的變化規律［3? ］。

有機肥料中全氮的測定一般采用凱氏消煮，消煮液可用常量蒸餾或半微量蒸餾滴定，也可以采用擴散法和比色法，以及氨電極來測定其中全氮含量［4 ］。目前農業農村部標準NY/T525 — 2021規定的有機肥料總氮檢測方法是用硫酸-過氧化氫消煮，用硼酸溶液吸收，以標準溶液滴定來計算樣品中總氮的含量［5 ］。而連續流動注射分析儀則是利用次氯酸-水楊酸比色法原理測定液體樣品中氨［6 - 7 ］，將復雜的手工操作簡化成儀器的自動化檢測，連續測試批量樣品，分析速度快，廣泛應用于土壤、肥料、水環境、煙草等行業［6， 8 - 10 ］。我們采用H2SO4-H2O2消煮樣品，用半自動凱氏定氮儀和連續流動注射儀測定有機肥料量中的總氮含量，分析比較2種方法的測定結果，并通過加標回收試驗，確定2種方法的回收率，并對比2種方法的準確度及精密度，旨在為有機肥料總氮含量的測定提供可選擇的快速且精確的方法。

1? ?材料和方法

1.1? ?供試材料

1.1.1? ? 供試肥料? ? 為動物糞便堆積發酵而成的腐熟肥，由甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所提供，對其自然風干后過1 mm篩備用。

1.1.2? ? 供試設備及試劑? ? 供試儀器和設備為半自動凱氏定氮儀［儀器型號：KDY-9820，回收率（100±1）%］［11 ］、50 mL酸式滴定管、連續流動注射分析儀（儀器型號san++，精度值：R > 0.999 1，RSD%優于1.0%）［6 ］。供試試劑為濃硫酸（ρ=1.84 g/mL）、30%過氧化氫溶液、40%氫氧化鈉溶液、2%硼酸、溴甲酚綠、甲基紅、緩沖溶液［酒石酸鉀鈉33 g、檸檬酸三鈉24 g、蒸餾水1 000 mL、Brij35（30%）3 mL］、水楊酸鈉溶液（氫氧化鈉25 g、水楊酸鈉80 g、蒸餾水1 000 mL）、硝普鈉溶液（硝普鈉1 g、蒸餾水1 000 mL）、二氯異氰尿酸鈉溶液（二氯異氰尿酸鈉2 g、蒸餾水1 000 mL）、取樣器沖洗液（4%硫酸溶液）、1 000 mg/L N標準儲備液（氯化氨3.819 0 g、蒸餾水1 000 mL）、100 mg/L N標準使用溶液（移取10 mL N標準儲備液至100 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至容器標線）。

1.2? ?樣品消煮

按照NY/T525—2021標準，稱取0.500 0 g干燥樣品，送入消煮管中。用少量水潤洗樣品，加入5 mL濃硫酸，搖動使硫酸與樣品混勻，瓶口加1個彎頸小漏斗，靜置過夜。 第2天用可控溫消煮爐加熱，溫度升至210 ℃，保持40 min；升至280 ℃，保持40 min；繼續升至300 ℃瓶內硫酸開始冒白煙后 15 min取下消煮管，稍冷卻。滴加 30% 過氧化氫溶液10～15滴， 不斷搖動消煮管， 繼續加熱10 min， 取下消煮管，稍冷卻。滴加 30% 過氧化氫溶液5～10滴，分次加入，直至溶液呈無色或淡黃色清液，繼續加熱10 min，除盡多余的過氧化氫。消煮完畢后冷卻，用UP水定容到100 mL。

1.3? ?半自動凱氏定氮儀蒸餾滴定測定總氮

1.3.1? ? 蒸餾滴定操作? ? 吸取定容后的消煮液10.0 mL注入定氮儀消化管，將消化管正確放置在蒸餾架上，加入40%氫氧化鈉溶液15 mL，蒸餾時長5 min，在加入2%硼酸-指示劑混合溶液15 mL的三角瓶中收集餾出液。儀器開始蒸餾，蒸餾結束后取下三角瓶，用0.01 mol/L硫酸標準溶液滴定至餾出液由藍綠色至剛變為紫紅色，記錄所用酸標準溶液的體積［5 ］。

1.3.2? ? 計算公式

N=■×100%

式中 ，N為有機肥料的總氮含量；V1為樣品測定值消耗標準酸的體積數（mL） ；V0為空白試驗所消耗標準酸的體積數（mL ）；c為標準酸（H+）的濃度（mol/L ）；14為氮原子的原子質量（g/mol）；D為分取倍數；100為消化液定容體積（mL ）；m為樣品質量 （g） ；x0為風干試樣含水量的數值［5 ］。

1.4? ?連續流動注射儀測定有機肥料量中的總氮

1.4.1? ? 參數設置? ? 樣品時間40 s，沖洗時間40 s，空氣時間1 s。系統穩定時間需要20 min。儀器默認設置基線和漂移校正，自動基線參比為 5%；比色濾光片波長660 nm， 燈強度大于1 000 mV。

1.4.2? ? 標準曲線制作? ? 分別精密吸取0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 1 000 mg/L N標準儲備液于100 mL取樣器沖洗液中，然后搖勻，分別測定其氮濃度，以等量蒸餾水為空白試樣，以氮實測濃度為縱坐標，氮理論濃度為橫坐標，繪制氮標準曲線。

按照參數設置對儀器進行設置，測得真實值與N標準溶液濃度之間進行線性回歸，方程為y=1.004x-0.001 6，相關系數R2=0.999 2，在0～10 mg/L范圍內具有良好的線性關系。其標準曲線如圖1。

1.4.3? ? 計算公式

N=■×100%

式中，N為有機肥料的總氮含量；C為標準曲線上查得樣品濃度（mg/L）；C0為標準曲線上查得空白試樣濃度（mg/L）；50為樣品定容體積（mL）；t為分取倍數；100為消化液定容體積（mL）；10-6為將mg換算成g；m為樣品質量（g）；x0為風干試樣含水量的數值。

1.5? ?統計分析

1.5.1? ? 回收率? ? 實驗采用標準加入法，分別稱取0.500 0 g干燥有機肥料樣品， 送入消煮管中， 在其中1份加入已知氮濃度的 N標準液， 按照 1.2 設定條件進行消煮。分別利用半自動凱氏定氮儀和連續流動注射分析儀測消煮液氮濃度， 得到樣品氮濃度和檢測氮濃度， 計算儀器測定的氮回收率。

氮回收率=■×100%

1.5.2? ? 重復性實驗? ? 在相同測量條件下， 利用半自動凱氏定氮儀和連續流動注射分析儀對 4個有機肥料樣品消煮液中全氮含量分別進行6次重復測量，計算相對偏差和標準相對偏差。

1.5.3? ? 實際樣品數據? ? 差異顯著性檢驗用半自動凱氏定氮儀和連續流動注射分析儀測定6個有機肥料樣品消煮液測定總氮濃度，利用Excel 軟件進行成對雙樣本均值分析及t檢驗。

2? ?結果與分析

2.1? ?回收率實驗

在3個已知濃度的樣品中分別加入3、4、5 mL濃度為100 mg/L的N標準溶液，進行標準加入回收實驗。結果表明，半自動凱氏定氮儀測定3個樣品回收率分別為103.3%、102.5%、104.0%，流動注射分析儀測定3個樣品回收率分別為100.0%、97.5%、102.0%，回收率結果滿意（表1）。

2.2? ?重復性實驗

用半自動凱氏定氮儀和連續流動注射分析儀對4個有機肥料料樣品進行6次重復測定，并計算相對偏差和標準相對偏差［12 - 13 ］。結果（表2）表明，半自動凱氏定氮儀測定標準偏差值為0.011～0.024，相對標準偏差為2.83%～4.28%，連續流動注射分析儀測定標準偏差值為0.012～0.017，相對標準偏差為2.16%～4.71%。由此可見，半自動凱氏定氮儀和連續流動注射分析儀對4個有機肥料料樣品測定結果的相對標準偏差均小于5%，均在合理范圍內。

2.3? ?2種方法的差異顯著性實驗

采用半自動凱氏定氮儀和連續流動注射分析儀對6個有機肥料樣品進行總氮含量的測定結果見圖2。半自動凱氏定氮儀測定數據為0.25%～1.56%，流動注射分析儀測定數據為0.25%～1.50%，平均值分別為0.48%和0.46%。

采用Excel 軟件中分析工具庫 t-檢驗， 進行成對雙樣本均值分析（表3），連續流動注射分析儀和半自動凱氏定氮儀測定的有機肥料全氮均值分別為0.80%和0.82%，t檢驗的雙尾P值為0.160（P > 0.05），表明2種方法的測定結果無顯著性差異。

3? ?討論與結論

通過對連續流動注射分析儀和半自動凱氏定氮儀測定有機肥料全氮方法比較，表明使用連續流動注射分析儀測定有機肥料總氮含量的結果線性穩定，準確度和精密度均可以滿足分析要求，檢驗結果與行標凱氏定氮儀的方法無顯著差異。

凱氏定氮儀測定有機肥料中的總氮含量是行標方法［5 ］，被廣泛使用。半自動凱氏定氮儀對試劑要求不高，每個樣品需要15 mL氫氧化鈉、15 mL硼酸溶液，總體試劑用量大。使用半自動凱氏定氮儀測定有機肥料總氮時每個樣品在定氮儀上蒸餾時間需要5 min，加之人工加樣和滴定的時間，1個樣品的測定時間最少需要7 min，且由于人工滴定操作容易產生誤差，按8 h/d的工作時間計，1 d最多測定70個樣品，這還不包括藥品的配制、溶液的標定、儀器的清洗時間。

連續流動注射分析儀測定有機肥料總氮1個樣品需要測定的時間為81 s，按8 h/d的工作時間計，1 d最多測定356個樣品，在工作效率方面優于半自動凱氏定氮儀法。連續流動注射分析儀的測定通過預設儀器程序操作，減少人為操作的誤差。雖然連續流動注射分析儀對試劑要求較高，但試劑用量較半自動凱氏定氮儀法少。由于連續流動注射分析儀測定氮的總量時采用水楊酸比色法，pH直接影響到測定結果，故測定中酸度的控制很重要。

連續流動注射分析儀和凱氏定氮法測定有機肥料總氮結果無顯著差異，且相對標準偏差均在5%以下。同時進行的回收實驗表明，連續流動注射分析儀加標回收率為97.5%～102.0%，表明測定的數據準確性高。由于連續流動注射分析技術具有適應性廣泛、靈敏度高、檢測限低，裝置小型、簡單、操作可靠，自動化程度高、分析速度快、分析效率高，試樣和試劑消耗量少等眾多優點，目前已在環境分析、工業、醫藥、食品、農業等領域得到廣泛的應用。因此認為，連續流動注射分析儀測定有機肥料總氮具有快速準確、試劑用量少的優點，非常適合大批量有機肥料總氮含量的測定分析，適宜現代農業高質量發展的要求。

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