杜马斯燃烧法与凯氏定氮法测定含氨基酸肥料中氮含量的比较

Comparison Between Dumas Combustion Method and Kjeldahl Nitrogen Determination Method for Determining Nitrogen Content in Amino Acid Containing Fertilizers

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2023.05.017

班雁华 Yanhua BAN , 陈桂鸾 Guiluan CHEN , 刘晓曈 Xiaotong LIU , 赵莹莹 Yingying ZHAO

广西壮族自治区分析测试研究中心广西南宁 530022 Guangxi Zhuang Autonomous Region Center for Analysis and Test Research, Nanning, Guangxi 530022, China

摘要：

为考察凯氏定氮法和杜马斯燃烧法测定肥料中氮含量的差异，以含氨基酸肥料为试验对象，开展了试验研究。结果表明：两种方法测得的氮含量基本一致，无明显差异；肥料中氮质量分数为0.94%~6.03%时，两种方法所得结果的准确度较高，加标回收率为96.6%~104.1%。与凯氏定氮法相比，杜马斯燃烧法测定肥料中氮含量更安全、环保、快捷。

关键词：

氮; 杜马斯燃烧法; 凯氏定氮法; 含氨基酸肥料;

Abstract：

In order to investigate the difference between the Kjeldahl nitrogen determination method and the Dumas combustion method in determining the nitrogen content in fertilizers, an experimental study is conducted on amino acid containing fertilizers. The results show that the nitrogen content measured by the two methods is consistent, with no significant difference. When the nitrogen mass fraction in fertilizers is 0.94%-6.03%, the accuracy of the results obtained by the two methods is relatively high, and the recovery rate of spiking is 96.6%-104.1%. Compared with the Kjeldahl nitrogen determination method, the Dumas combustion method is safer, more environmentally friendly, and faster in determining the nitrogen content of fertilizers.

Keyword：

nitrogen; Dumas combustion method; Kjeldahl nitrogen determination method; amino acid containing fertilizer;

随着种植业的不断发展，含氨基酸肥料(通过添加氨基酸原料、发酵水解植物源蛋白或动物源蛋白等方式获得)被大量应用于种植业中。氨基酸作为构成蛋白质的最小单元存在于肥料中，施用含氨基酸肥料具有促进植物生长发育、增强作物抗逆性、提高作物产量和品质、改良土壤等特点^[1-4]。含氨基酸肥料作为含有氨基酸类物质的新型有机氮源肥料，可为种植业提供重要的有机氮源，对作物生长有积极作用。

凯氏定氮法作为测定氮含量的常用方法，是在1883年由Kjeldahl提出的^[5]。凯氏定氮法要对样品进行消解处理，所需时间较长；消解过程中使用的浓硫酸属于危化品，具有一定的危险性，同时产生的废液也易造成环境污染^[6]。杜马斯燃烧法因具有快速、准确、无污染、安全、简易等特点^[7]，近年在欧美国家得到广泛应用，美国分析化学家协会和国际标准化组织已将该法作为测定肥料和土壤中总氮的标准方法。目前杜马斯燃烧法已广泛应用于食品、饲料、肥料等领域。结合肥料中总氮的测定方法，本文以不同种类的含氨基酸肥料为试验材料，采用凯氏定氮法和杜马斯燃烧法测定其氮含量，通过对比统计分析两种方法测量结果的差异，为推广杜马斯燃烧法在肥料细分领域连续、快速、准确测定氮含量提供参考，也对快速、准确地测定含氨基酸肥料的氮含量以指导肥料生产过程中原料的添加具有一定的参考意义。

1 材料和方法

1.1 样品收集

含氨基酸肥料样品均为客户送检的含有氨基酸的液体肥料(1^#~5^#)或者固体肥料(6^#~9^#)。

1.2 试样制备

通过四分法取不少于150 g的固体肥料，研磨使其全部通过0.5 mm筛孔，置于塑料自封袋中保存备用；液体试样经摇匀分取100 mL置于洁净塑料瓶中保存备用。

1.3 仪器与试剂

仪器：AB104-N型电子天平，梅特勒－托利多仪器有限公司；Kjeltec 8400型凯氏定氮仪、FOSS DT208型消化炉，丹麦福斯分析仪器公司；D100型杜马斯定氮仪，济南海能仪器股份有限公司；SDLB-2R-500型纯水处理系统，重庆澳凯龙医疗科技股份有限公司。

试剂：硫酸、盐酸、氢氧化钠、硫酸钾、硫酸铜、铬粉、溴甲酚绿、甲基红、乙醇、硼酸，均为分析纯；天冬氨酸，纯度＞99%；实验室用水为超纯水。

1.4 测定步骤

1.4.1 凯氏定氮法

称取0.5 g(精确至0.000 1 g)试样置于专用消化管中，加入10 mL水，摇匀，加入1.2 g铬粉和7 mL盐酸，静置5 min；将消化管置于消化炉上，在100 ℃加热至产生大量墨绿色泡沫后继续加热3 min；取下消化管冷却至室温，加入5 g混合催化剂(硫酸钾与硫酸铜质量比为20∶1)和10 mL浓硫酸混合均匀，于420 ℃消化炉持续消化至溶液变为澄清的蓝绿色；冷却后取出消化管，采用全自动凯氏定氮仪测定样品中的氮含量，氮含量以质量分数(%)表示。

加标回收试验：选择低、中、高3个不同氮含量的含氨基酸肥料样品，加入一定量的磷酸二氢铵标准物质(GBW06502)，按上述消解步骤对样品进行加标试验，每个样品做3次平行。凯氏定氮仪工作参数：硫酸标准滴定液浓度为0.1 mol/L，氢氧化钠溶液质量浓度为400 g/L，硼酸－指示剂混合吸收液25 mL，加水量20 mL，滴定加碱量30 mL。

1.4.2 杜马斯燃烧法

1.4.2.1

仪器校准及空白试验

称取天冬氨酸标准物质50、100、150、200 mg，分别包裹于专用方形锡箔纸中，捏成圆状后置于样品盘上，按仪器操作程序对其进行测定并绘制标准曲线。然后进行空白试验，符合要求以后，称取与待测试样相当质量的天冬氨酸标准物质进行测定，仪器计算得出日常校正系数。如果天冬氨酸标准物质的测定值偏差超过3%，则需重新绘制标准曲线。仪器工作参数：一级燃烧管温度为900 ℃，二级燃烧管温度为850 ℃，还原管温度为850 ℃，二氧化碳设定值为65%，通氧时间为45 s，氧气流量为380 mL/min，自动归零为180 s，峰值预设为130 s。

1.4.2.2

试样测定

称取0.2 g(精确至0.000 1 g)试样包裹于方形锡箔纸中(液体样品称样时需先在锡箔纸中间放置约1 cm²的滤纸片用于吸附试样)，包好捏成圆状后置于样品盘上。样品通过样品盘自动落入一级燃烧管，通入高纯氧气(纯度≥99.999%)使试样充分燃烧。样品在一级燃烧管初步完成分解，生成物等随载气(高纯CO₂)气流经活性炭除杂后进入二级燃烧管中，在高温及氧化铜和铂催化剂共同作用下进一步氧化分解，经除水干燥后进入还原管，氮氧化物被铜丝和钨还原成氮气，经干燥剂干燥后，随载气(高纯CO₂)进入热导检测器(TCD)检测。仪器操作软件根据检测信号值以天冬氨酸标准物质校正系数自动计算氮含量。

加标回收试验：选择低、中、高3个不同氮含量的含氨基酸肥料样品，加入一定量的天冬氨酸标准物质，按上述步骤对样品进行加标试验，每个样品做3次平行。

2 结果与分析

2.1 两种方法氮的测定结果

采用杜马斯燃烧法与凯氏定氮法按照试验步骤分别测定9个含氨基酸肥料样品，每个样品平行测定2次，取平均值，两种方法氮的测定结果见表 1。

表 1

杜马斯燃烧法与凯氏定氮法测定含氨基酸肥料中氮的结果

样号	氮测定值w/%		相对标准偏差 (RSD)/%	K/D
样号	凯氏定氮法 (K)	杜马斯燃烧法 (D)	相对标准偏差 (RSD)/%	K/D
1^#	3.05	3.02	0.69	1.01
2^#	2.51	2.55	1.11	0.98
3^#	4.78	4.83	0.73	0.99
4^#	1.08	1.07	0.65	1.01
5^#	0.98	1.02	2.80	0.96
6^#	5.92	6.03	1.30	0.98
7^#	1.89	2.01	4.36	0.94
8^#	0.94	0.96	1.47	0.98
9^#	3.36	3.31	1.05	1.02

从表 1可知，两种方法测定9个含氨基酸肥料样品的结果分别为0.94%~5.92%和0.96%~6.03%，两种方法的RSD为0.65%~4.36%，凯氏定氮法与杜马斯燃烧法测定结果的比值为0.94~1.02，表明两种方法测定含氨基酸肥料中氮含量的结果基本一致。

采用凯氏定氮法和杜马斯燃烧法对9个含氨基酸肥料样品中氮含量进行测定，以凯氏定氮法的测定结果的平均值为横坐标，杜马斯燃烧法测定结果的平均值为纵坐标，利用WPS表格工具拟合线性回归方程，见图 1。

图 1

杜马斯燃烧法与凯氏定氮法测定含氨基酸肥料中氮含量的关系

从图 1可看出，两种方法的测定结果呈显著线性相关，线性回归方程为y=1.008 7x+0.008 4，相关系数r=0.999 5，说明检测结果趋于一致。

2.2 两种方法的准确度

采用两种方法对低、中、高3个不同氮含量的含氨基酸肥料样品进行3次平行加标试验，计算加标回收率及RSD，试验结果见表 2和表 3。

表 2

凯氏定氮法加标回收率试验结果

样号	本底值 w/%	加标量 w/%	测定总量 w/%	加标回收率/%	平均回收率/%	RSD/ %
4^#	1.08	1.21	2.31	101.7	99.7	1.76
	1.08	1.21	2.28	99.2
	1.08	1.21	2.27	98.3
1^#	3.05	3.62	6.69	100.6	100.2	1.44
	3.05	3.62	6.72	101.4
	3.05	3.62	6.62	98.6
6^#	5.92	4.11	10.01	99.5	98.3	1.54
	5.92	4.11	9.98	98.8
	5.92	4.11	9.89	96.6

表 3

杜马斯燃烧法加标回收率试验结果

样号	本底值 w/%	加标量 w/%	测定总量 w/%	加标回收率/%	平均回收率/%	RSD/ %
4^#	1.07	1.58	2.64	99.4	99.4	1.94
	1.07	1.58	2.66	100.6
	1.07	1.58	2.62	98.1
1^#	3.02	3.16	6.31	104.1	100.1	3.70
	3.02	3.16	6.08	96.8
	3.02	3.16	6.16	99.4
6^#	6.03	4.21	10.30	101.4	101.7	2.17
	6.03	4.21	10.25	100.2
	6.03	4.21	10.39	103.6

从表 2和表 3可以看出：采用凯氏定氮法和杜马斯燃烧法分别对低、中、高3个氮含量不同的含氨基酸肥料样品进行测定，得到的加标回收率为96.6%~104.1%；两种方法的相对标准偏差均小于5%，表明测定结果的准确度和精密度均较好。

3 两种检测方法的比较

凯氏定氮法和杜马斯燃烧法均作为肥料中氮含量测定的标准方法，两种方法的测定条件比较见表 4。

表 4

凯氏定氮法和杜马斯燃烧法的测定条件比较

项目	杜马斯燃烧法	凯氏定氮法
主要仪器	杜马斯定氮仪	凯氏定氮仪
耗材及试剂	二氧化碳(纯度≥99.999%)，氧气(纯度≥99.999%)，活性炭，干燥剂，线状氧化铜，线状铜，铂催化剂，银丝，钨粒，钨粒支架，填充剂	浓硫酸，盐酸，氢氧化钠，硫酸钾，硫酸铜，铬粉，乙醇，甲基红，溴甲酚绿，硼酸，蒸馏水，消解管
标准物质	天冬氨酸标准品	需标定的标准物质(盐酸或硫酸)
配套设备	气瓶，空压机，电子天平	消化炉，通风橱，电子天平，冷却循环水
测定时间	5 min/个	消解耗时长，消解时间3~5 h/个
仪器操作	软件操作简单, 费时短	试验过程受检测人员的影响较大，易存在较大的随机误差
废液	不产生废液	滴定后产生废液，需专门处理

4 结语

采用杜马斯燃烧法和凯氏定氮法测定含氨基酸肥料的氮含量，两种方法的测定结果及加标回收率均较好，有较高的准确度，对不同氮含量样品的测定结果比较接近，不存在明显差异。通过比较两种分析方法，杜马斯燃烧法优势明显：无需消解处理，直接进样测定氮含量，缩短了分析时间；可同时测定大批量样品，提高了工作效率；整个测定过程不使用强酸强碱，降低了试验的危险性，不对环境造成任何污染^[8]；TCD检测范围线性宽，可以在含氮量为10^-6级别至常量范围内测定^[9]。杜马斯燃烧法更安全、环保、快速，适用于含氨基酸肥料中氮含量的测定。

ckwx 参考文献

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