杜馬斯燃燒法與凱氏定氮法測定含氨基酸肥料中氮含量的比較*

班雁華, 陳桂鸞, 劉曉曈, 趙瑩瑩

(廣西壯族自治區分析測試研究中心 廣西南寧 530022)

隨著種植業的不斷發展,含氨基酸肥料(通過添加氨基酸原料、發酵水解植物源蛋白或動物源蛋白等方式獲得)被大量應用于種植業中。氨基酸作為構成蛋白質的最小單元存在于肥料中,施用含氨基酸肥料具有促進植物生長發育、增強作物抗逆性、提高作物產量和品質、改良土壤等特點[1-4]。含氨基酸肥料作為含有氨基酸類物質的新型有機氮源肥料,可為種植業提供重要的有機氮源,對作物生長有積極作用。

凱氏定氮法作為測定氮含量的常用方法,是在1883年由Kjeldahl提出的[5]。凱氏定氮法要對樣品進行消解處理,所需時間較長;消解過程中使用的濃硫酸屬于危化品,具有一定的危險性,同時產生的廢液也易造成環境污染[6]。杜馬斯燃燒法因具有快速、準確、無污染、安全、簡易等特點[7],近年在歐美國家得到廣泛應用,美國分析化學家協會和國際標準化組織已將該法作為測定肥料和土壤中總氮的標準方法。目前杜馬斯燃燒法已廣泛應用于食品、飼料、肥料等領域。結合肥料中總氮的測定方法,本文以不同種類的含氨基酸肥料為試驗材料,采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法測定其氮含量,通過對比統計分析兩種方法測量結果的差異,為推廣杜馬斯燃燒法在肥料細分領域連續、快速、準確測定氮含量提供參考,也對快速、準確地測定含氨基酸肥料的氮含量以指導肥料生產過程中原料的添加具有一定的參考意義。

1 材料和方法

1.1 樣品收集

含氨基酸肥料樣品均為客戶送檢的含有氨基酸的液體肥料(1#～5#)或者固體肥料(6#～9#)。

1.2 試樣制備

通過四分法取不少于150 g的固體肥料,研磨使其全部通過0.5 mm篩孔,置于塑料自封袋中保存備用;液體試樣經搖勻分取100 mL置于潔凈塑料瓶中保存備用。

1.3 儀器與試劑

儀器:AB104-N型電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司;Kjeltec 8400型凱氏定氮儀、FOSS DT208型消化爐,丹麥福斯分析儀器公司;D100型杜馬斯定氮儀,濟南海能儀器股份有限公司;SDLB-2R-500型純水處理系統,重慶澳凱龍醫療科技股份有限公司。

試劑:硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、硫酸鉀、硫酸銅、鉻粉、溴甲酚綠、甲基紅、乙醇、硼酸,均為分析純;天冬氨酸,純度>99%;實驗室用水為超純水。

1.4 測定步驟

1.4.1 凱氏定氮法

稱取0.5 g(精確至0.000 1 g)試樣置于專用消化管中,加入10 mL水,搖勻,加入1.2 g鉻粉和7 mL鹽酸,靜置5 min;將消化管置于消化爐上,在100 ℃加熱至產生大量墨綠色泡沫后繼續加熱3 min;取下消化管冷卻至室溫,加入5 g混合催化劑(硫酸鉀與硫酸銅質量比為20∶1)和10 mL濃硫酸混合均勻,于420 ℃消化爐持續消化至溶液變為澄清的藍綠色;冷卻后取出消化管,采用全自動凱氏定氮儀測定樣品中的氮含量,氮含量以質量分數(%)表示。

加標回收試驗:選擇低、中、高3個不同氮含量的含氨基酸肥料樣品,加入一定量的磷酸二氫銨標準物質(GBW06502),按上述消解步驟對樣品進行加標試驗,每個樣品做3次平行。凱氏定氮儀工作參數:硫酸標準滴定液濃度為0.1 mol/L,氫氧化鈉溶液質量濃度為400 g/L,硼酸-指示劑混合吸收液25 mL,加水量20 mL,滴定加堿量30 mL。

1.4.2 杜馬斯燃燒法

1.4.2.1 儀器校準及空白試驗

稱取天冬氨酸標準物質50、100、150、200 mg,分別包裹于專用方形錫箔紙中,捏成圓狀后置于樣品盤上,按儀器操作程序對其進行測定并繪制標準曲線。然后進行空白試驗,符合要求以后,稱取與待測試樣相當質量的天冬氨酸標準物質進行測定,儀器計算得出日常校正系數。如果天冬氨酸標準物質的測定值偏差超過3%,則需重新繪制標準曲線。儀器工作參數:一級燃燒管溫度為900 ℃,二級燃燒管溫度為850 ℃,還原管溫度為850 ℃,二氧化碳設定值為65%,通氧時間為45 s,氧氣流量為380 mL/min,自動歸零為180 s,峰值預設為130 s。

1.4.2.2 試樣測定

稱取0.2 g(精確至0.000 1 g)試樣包裹于方形錫箔紙中(液體樣品稱樣時需先在錫箔紙中間放置約1 cm2的濾紙片用于吸附試樣),包好捏成圓狀后置于樣品盤上。樣品通過樣品盤自動落入一級燃燒管,通入高純氧氣(純度≥99.999%)使試樣充分燃燒。樣品在一級燃燒管初步完成分解,生成物等隨載氣(高純CO2)氣流經活性炭除雜后進入二級燃燒管中,在高溫及氧化銅和鉑催化劑共同作用下進一步氧化分解,經除水干燥后進入還原管,氮氧化物被銅絲和鎢還原成氮氣,經干燥劑干燥后,隨載氣(高純CO2)進入熱導檢測器(TCD)檢測。儀器操作軟件根據檢測信號值以天冬氨酸標準物質校正系數自動計算氮含量。

加標回收試驗:選擇低、中、高3個不同氮含量的含氨基酸肥料樣品,加入一定量的天冬氨酸標準物質,按上述步驟對樣品進行加標試驗,每個樣品做3次平行。

2 結果與分析

2.1 兩種方法氮的測定結果

采用杜馬斯燃燒法與凱氏定氮法按照試驗步驟分別測定9個含氨基酸肥料樣品,每個樣品平行測定2次,取平均值,兩種方法氮的測定結果見表1。

表1 杜馬斯燃燒法與凱氏定氮法測定含氨基酸肥料中氮的結果

從表1可知,兩種方法測定9個含氨基酸肥料樣品的結果分別為0.94%～5.92%和0.96%～6.03%,兩種方法的RSD為0.65%～4.36%,凱氏定氮法與杜馬斯燃燒法測定結果的比值為0.94～1.02,表明兩種方法測定含氨基酸肥料中氮含量的結果基本一致。

采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法對9個含氨基酸肥料樣品中氮含量進行測定,以凱氏定氮法的測定結果的平均值為橫坐標,杜馬斯燃燒法測定結果的平均值為縱坐標,利用WPS表格工具擬合線性回歸方程,見圖1。

圖1 杜馬斯燃燒法與凱氏定氮法測定含氨基酸肥料中氮含量的關系

從圖1可看出,兩種方法的測定結果呈顯著線性相關,線性回歸方程為y=1.008 7x+0.008 4,相關系數r=0.999 5,說明檢測結果趨于一致。

2.2 兩種方法的準確度

采用兩種方法對低、中、高3個不同氮含量的含氨基酸肥料樣品進行3次平行加標試驗,計算加標回收率及RSD,試驗結果見表2和表3。

表2 凱氏定氮法加標回收率試驗結果

表3 杜馬斯燃燒法加標回收率試驗結果

從表2和表3可以看出:采用凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法分別對低、中、高3個氮含量不同的含氨基酸肥料樣品進行測定,得到的加標回收率為96.6%～104.1%;兩種方法的相對標準偏差均小于5%,表明測定結果的準確度和精密度均較好。

3 兩種檢測方法的比較

凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法均作為肥料中氮含量測定的標準方法,兩種方法的測定條件比較見表4。

表4 凱氏定氮法和杜馬斯燃燒法的測定條件比較

4 結語

采用杜馬斯燃燒法和凱氏定氮法測定含氨基酸肥料的氮含量,兩種方法的測定結果及加標回收率均較好,有較高的準確度,對不同氮含量樣品的測定結果比較接近,不存在明顯差異。通過比較兩種分析方法,杜馬斯燃燒法優勢明顯:無需消解處理,直接進樣測定氮含量,縮短了分析時間;可同時測定大批量樣品,提高了工作效率;整個測定過程不使用強酸強堿,降低了試驗的危險性,不對環境造成任何污染[8];TCD檢測范圍線性寬,可以在含氮量為10-6級別至常量范圍內測定[9]。杜馬斯燃燒法更安全、環保、快速,適用于含氨基酸肥料中氮含量的測定。