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上海纤检全自动凯氏定氮仪测定肥料中总氮含量方法探讨

[导读]肥料在农业中的运用非常广泛。肥料中的总氮在不同肥料中具有不同形态的化学性质,根据不同形态的总氮来简化分类,采用全自动凯氏定氮仪来测定肥料中总氮含量,通过与国标方法、行标方法进行比较,检测准确度和精密度都符合国家标准的要求,此方法有测定速度快、回收率高、重现性好、节约成本、节省时间等特点,符合质量监督检测要求。

随着近年来在农业方面,国家大力加强耕地质量建设,实 施测土配方施肥,提倡科学用肥,要求肥料使用量零增长等要 求,使得科学种田观念的不断深入人心,肥料检测工作也日益 受到重视。下面笔者就结合自己的实践工作经验,采用全自动 凯氏定氮仪与传统国标、行标的不同种类肥料总氮检测方法做 个比较,如何在检测过程中快捷、准确检测肥料总氮,为农业 肥料行业的健康发展、科学用肥方面提供帮助。 肥料中总氮来源于基础肥料中的硝酸铵、氯化铵、磷铵、 尿素、碳酸氢铵、有机物等。氮的存在形态有硝态氮、铵态 氮、酰胺态氮、氰氨态氮和有机氮。测定时,需要根据氮的存 在形态采取不同的测定方法。如传统的国标法中复混肥料按 GB/T 8572 - 2010 《复混肥料中总氮含量的测定蒸馏后滴定 法》[1],有机 - 无机肥料按 GB 18877 - 2009 《有机 - 无机复混 肥料》[2],有机肥料按 NY525 - 2012 《有机肥料》[3]中的方法等 进行样品前处理,再进行蒸馏滴定。遇到样品量大的时候,传 统的凯氏烧瓶定氮法耗时长、成本大,不便于同时进行多样品 测定。本文将标准中的蒸馏过程改为采用全自动凯氏定氮仪进 行蒸馏,与不同种类的肥料的国标法进行比较,结果表明: 全 自动凯氏定氮仪法测定速度快、重现性好,能够同时进行多样 品测定,并具有较高的准确度。

 1 实 验

 1. 1 主要仪器 FOSS 2400 型全自动凯氏定氮仪,瑞士福斯公司; 电子天 平( 精密度为 0. 000 l g) 。

 1. 2 试 剂 H2 SO4 ; HCL; 铬粉; 混合催化剂( 硫酸铜: 硫酸钾) ,将 1000 g K2 SO4 和 50 g CuSO4 ·5H2 O 充分混匀,并仔细研磨; NaOH 溶液 400 g /L; 0. 5 moL/L 硫酸标准溶液,此标准溶液需 按标准方法标定[4],有准确浓度。 1% 硼酸吸收液: 将 100 g 硼酸溶于 10 L 蒸馏水中配成 1% 硼酸溶液,添加 100 mL 溴甲酚绿溶液( 100 mg 溴甲酚绿溶于 100 mL 乙醇中) ,添加 70 mL 甲基红溶液( 100 mg 甲基红溶于 100 mL 乙醇中) ,混合好的 1% 硼酸溶液应该是暗紫色。 

1. 3 实验原理 将肥料中的不同形态的氮通过还原和酸消化过程转化为铵 盐,在碱性介质中进行蒸馏,在甲基红一溴甲酚绿混合指示剂 存在下,用 1% 硼酸溶液把蒸馏出来的氨全部吸收,用准确浓 度的标准硫酸溶液自动滴定,记录标准硫酸溶液体积,全自动 凯氏定氮仪自动计算结果。 

1. 4 实验方法 

1. 4. 1 样品的消化还原 ( 1) 一般肥料( 不含硝态氮、有机氮) 的消化。通过硝态氮的准确鉴别后[5],确定样品中不含硝态氮成分,从制备好的只 含有铵态、酰铵态氮、氰铵态氮的肥料试样中称取约总氮含量 不大于 235 mg 的试样于 250 mL 的消化管中,称样量一般为 0. 5 ~ 0. 8 g,加入 13 mL 浓硫酸,置于 380 ~ 420 ℃ 的消化装置 中,达到设定温度后开始计时,消化 60 min,冷却至室温。 ( 2) 含硝酸态氮的肥料的消化。从制备好的含有硝酸态氮、 酰铵态氮、氰铵态的试样中称取不大于 60 mg 氮的试样于 250 mL 的消化管中,称样量大容易消化不完全,只要制样均 匀,称样量为 0. 3 g 左右是合适的[6],然后加入铬粉 1. 2 g 铬 粉,浓 HCL 10 mL,插入小玻璃漏斗,摇匀后,静置 10 min。 然后置于良好的通风橱内加热,一般消化炉设定加热温度为 250 ℃左右,加热至微沸泛起泡沫后 1 ~ 2 min,冷却至室温。 小心加入 13 mL 浓硫酸,设定加热温度为 380 ℃,加热冒硫酸 白烟 15 min 后停止,消煮好的溶液应该为深绿色,且液体在消 化管上挂壁明显,然后冷却至室温。 ( 3) 含有机态氮的有机 - 无机复混肥料或有机肥料的消化。 从制备好的含有机物、酰铵态氮、氰铵态氮的试样中称取约 0. 5 g 试样于 250 mL 的消化管中,加入 10 g 混合催化剂和 13 mL 浓 硫酸,放在 400 ℃的消化装置中,消化 60 min,冷却至室温。

 1. 4. 2 蒸 馏 ( 1) 设定蒸馏条件。全自动凯氏定氮仪设置条件为: 启动仪 器后,自动加入 80 mL 400 g /L 的氢氧化钠溶液( 注意: 设定加 入的碱量要过量,能完全中和消化样品的酸量,并使样品溶液保 持碱性) ,加30 mL 1% 硼酸作为吸收液于定氮仪滴定缸中,定氮 仪开始自动蒸馏时,蒸馏液用0. 5 moL/L 硫酸标准滴定溶液返滴定 硼酸吸收液中的氨,硼酸吸收液从灰绿色刚转为紫红色为终点。 仪器自动记录消耗硫酸标准溶液的滴定体积并计算结果。 ( 2) 做实验空白。在检测样品开始前,使用同样的试剂, 但不含试样进行空白消化,按同样的消化操作步骤,然后上机 蒸馏,直至检测空白的结果稳定时开始检测样品。 ( 3) 检测样品。将消化好的样品置于蒸馏装置中,先输入样品 重量,放入装有消化好样品的消化管,确认消化管放好,密封不 透气,关好安全门,仪器按上述设定条件自动开始蒸馏,当硼酸 吸收液从灰绿色刚转为紫红色为终点,仪器自动记录消耗硫酸标 准溶液的体积并计算结果。全自动凯氏定氮仪一个样品蒸馏时间 比较短,一般为5 ~6 min,传统国标法要40 ~60 min。

 2 结果与讨论 

2. 1 硫酸铵回收率分析 称取 6 个硫酸铵样品,加入 2 mL 水,直接采用全自动凯 氏定氮仪进行测定,检测硫酸铵标准样品的回收率实验,结果 见表 1。其回收率在 99% ~ 100% ,表明全自动凯氏定氮仪测定氮 含量回收率还是比较准确。 

2. 2 样品比对分析 

2. 2. 1 2 种蒸馏法测定结果比较 取一个不含硝态氮和有机氮,且未知氮含量的肥料样品, 分别采用传统国标法和全自动凯氏定氮仪法进行氮蒸馏的测 定,见表 2。实验数据表明,两组数据差异不显著,误差均在 国标 GB 8572 - 2010 标准规定不大于 0. 30% 误差范围内,说明 这两种方法测定具有相同的准确度,数据可靠。

2. 2. 2 含硝态氮样品总氮测定结果比较 取同一个含硝态氮的肥料,分别采用传统的国标法和全自 动定氮仪法测定 6 次重复,两种方法的测定结果见表 3,其测 相对标准偏差和平均结果差异较小,表明全自动凯氏定氮仪在 硝态氮的测定中有较好的重现性和精密度。

2. 2. 3 含有机态氮肥料样品总氮测定结果比较 取同一个含有机态氮的肥料,分别采用传统的国标法和全 自动凯氏定氮仪法测定 6 次重复,两种方法的测定结果见表 4, 在氮含量比较低情况下,可相对增加称样量。从测定结果来 看,相对标准偏差和平均结果差异较小,有较好的重现性和精 密度。

3 结 论 

本文对一般性肥料( 不含硝态氮) 肥料、含硝态氮肥料肥 料、有机态氮等不同类型肥料,分别采用了传统的国标法与全 自动凯氏定氮仪法对其氮含量进行测定,总体上两种方法结果 差异不大,都在合理的误差范围内; 从硫酸铵的回收率来看, 全自动凯氏法的准确度也很好。在满足测定准确要求的前提 下,在时间上和试剂使用方面全自动凯氏定氮仪法比传统的国 标法更方便快捷准确,耗时更短,在肥料检测样品量多的时 候,此方法更能满足实验要求,节约成本,提高分析工作效 率。

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