微波消解-納氏試劑比色-分光光度法測(cè)定煙葉中的總氮含量

郭 敬，楊小秋

（1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100013；2.江漢大學(xué)光電化學(xué)材料與器件省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430056）

0 引 言

煙草中總氮量和其中各種類型的氮化合物含量之間有著密切的相關(guān)性，總氮含量高的煙葉，往往其他的氮化合物含量亦高。各種氮化合物成分在煙草加工過(guò)程中也發(fā)生各種復(fù)雜的化學(xué)變化，直接影響到煙葉品質(zhì)，因此，總氮量的測(cè)定對(duì)鑒別煙質(zhì)好壞具有一定意義。經(jīng)典的總氮測(cè)定方法是把樣品放在凱氏燒瓶中，加入硫酸和催化劑消解，然后再加入強(qiáng)堿中和并釋放出氨，蒸出的氨被稀硫酸溶液吸收，再反滴定測(cè)出總氮含量[1]。還有報(bào)道用硫酸和雙氧水消解樣品然后用氨氣敏電極測(cè)定氨態(tài)氮[2]，近來(lái)也有應(yīng)用近紅外光譜法實(shí)時(shí)測(cè)定樣品中的總氮含量的報(bào)道[3-4]。煙草行業(yè)測(cè)定總氮的傳統(tǒng)方法是在線用催化劑把煙草中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，然后用水楊酸顯色，用流動(dòng)分析儀來(lái)進(jìn)行測(cè)定[5]，只是設(shè)備比較昂貴，一般的實(shí)驗(yàn)室條件不太具備。本文利用硫酸-雙氧水微波消解樣品，納氏試劑顯色在分光光度計(jì)上進(jìn)行測(cè)定。

1 材料和方法

1.1 材料及試劑

紫外可見分光光度計(jì)UV240-1PC（島津）；AutoAnalyzer 3流動(dòng)分析儀（SEAL公司）；微波消解系統(tǒng) MARS5（microwave accelerate reaction system 5，CEM公司）；氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液（N含量為1.000g/L，上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院），使用時(shí)逐級(jí)稀釋；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW08514a（中國(guó)煙草總公司青州煙草研究所，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院）；濃硫酸，30%的雙氧水，50%的酒石酸鉀鈉溶液（稱取50g的酒石酸鉀鈉，溶解于100mL水中煮沸以除去氨，放冷待用），氫氧化鈉，碘化鉀和碘化汞等。以上試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）樣品的處理。準(zhǔn)確稱取干燥粉碎的煙葉粉末0.2 g于微波消解罐中，加入少量水潤(rùn)濕，分別加入6 mL濃硫酸，4 mL 30%的雙氧水，按照以下步驟消解：（1）壓力 30 Pa，溫度 110℃，6 min；（2）壓力 60 Pa，溫度 150 ℃，8 min；（3）壓力 90 Pa，溫度170 ℃，6min；（4）壓力 120Pa，溫度 140℃，5min。消解結(jié)束后，消解液清亮無(wú)色，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶，定容待測(cè)。

（2）納氏試劑的配置。稱取16g氫氧化鈉，溶于50mL蒸餾水中，充分冷卻至室溫。另稱取10g碘化汞和7g碘化鉀溶于水，然后將該溶液在充分?jǐn)嚢璧臈l件下緩慢注入上述氫氧化鈉溶液中，并用無(wú)氨水稀釋至100 mL，貯于聚乙烯塑料瓶中，常溫避光保存，此溶液保存時(shí)間不應(yīng)超過(guò)3個(gè)星期。

（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。分別取 0，1，2，3，4mL 的10mg/L的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液于5個(gè)25mL比色管中，加入2 mL的50%的酒石酸鉀鈉，1.5 mL的納氏試劑，定容于25mL，搖勻，10min后于420nm波長(zhǎng)處在紫外可見分光光度計(jì)上測(cè)定。以濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到曲線方程y=0.2203x-0.0024，相關(guān)系數(shù) r2=0.999。

（4）樣品的測(cè)定。移取0.5mL（1）中消解后的溶液，放入25mL比色管中，加入2滴30%的NaOH溶液，中和溶液中的酸并且調(diào)節(jié)溶液的pH值為堿性，加入2 mL的50%的酒石酸鉀鈉，1.5 mL的納氏試劑，定容于25 mL，搖勻反應(yīng)10 min后于420 nm波長(zhǎng)處在紫外可見分光光度計(jì)上測(cè)定吸光度，帶入（3）中的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，換算出濃度。總氮的百分含量計(jì)算公式如式（1）：

式式：C樣——樣品的測(cè)定濃度；

m樣——樣品稱樣質(zhì)量；

W水——樣品含水率。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品消解方法的選擇

總氮測(cè)定經(jīng)典的消解方法是放在凱氏燒瓶中加酸消解，耗時(shí)長(zhǎng)且不安全，也有放在石墨爐中用消化管來(lái)消解的，消解時(shí)間也比較長(zhǎng)。用微波消解系統(tǒng)，在加壓且密閉的環(huán)境中進(jìn)行，可以減少外界污染的影響，且消解時(shí)間大大縮短，一般30min就可以消解完全。

2.2 樣品測(cè)定的影響因素

2.2.1 pH值和溫度

氨氮在強(qiáng)堿性條件下才能與納氏試劑形成紅棕色膠狀化合物，本文的樣品是用硫酸和雙氧水消解的，所以加入納氏試劑前要先用氫氧化鈉來(lái)調(diào)節(jié)pH，加入35%的氫氧化鈉溶液3滴，混勻反應(yīng)，使樣品的pH范圍在11.8～12.8之間[6]。溫度對(duì)反應(yīng)有影響，溫度太低，酒石酸鉀鈉溶液結(jié)晶現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)系列的吸光度影響不大，但是樣品吸光度與常溫測(cè)定時(shí)比較則會(huì)下降50%左右。可能是酒石酸鉀鈉結(jié)晶后使之濃度降低，對(duì)樣品溶液中的掩蔽作用減弱，使樣品測(cè)定的結(jié)果有些異常，所以本實(shí)驗(yàn)最好是在常溫20℃下進(jìn)行。

2.2.2 納氏試劑的顯色時(shí)間

納氏試劑顯色時(shí)間對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響是顯色時(shí)間低于5min，反應(yīng)不完全，吸光度偏低。10～30min顯色比較穩(wěn)定，大于30min溶液易生產(chǎn)沉淀，且會(huì)褪色，也會(huì)使吸光度降低。

2.2.3 酒石酸鉀鈉的掩蔽作用

消解后的樣品在加入氫氧化鈉中和掉多余的酸，加入適量的酒石酸鉀鈉來(lái)對(duì)樣品中的其他雜質(zhì)離子進(jìn)行掩蔽，否則就會(huì)產(chǎn)生棕紅色的沉淀，對(duì)樣品測(cè)定的準(zhǔn)確性有很大影響，0.5 mL的消解液加入2 mL的50%的酒石酸鉀鈉溶液可以有效防止沉淀的產(chǎn)生。

2.3 精密度

稱取3個(gè)樣品進(jìn)行消解和測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定5次，測(cè)得5次試驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為8.72%，3.62%，2.36%，說(shuō)明本方法儀器測(cè)定的精密度比較好。

2.4 檢出限

樣品空白重復(fù)測(cè)定11次，得標(biāo)準(zhǔn)偏差SD為0.0049，試驗(yàn)方法（3）中測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率為0.2203，儀器的檢出限為

儀器檢出限=3×SD/標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率=

方法的檢出限為

實(shí)驗(yàn)方法檢出限=儀器檢出限×

式中：50——稀釋倍數(shù)；

10-6——單位換算系數(shù)。

方法的檢出限低于煙草中總氮的平均含量2%。

2.5 與煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定結(jié)果對(duì)比

分別稱取兩種煙葉樣品進(jìn)行處理和測(cè)定，測(cè)定的平均值與煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法[7]使用AutoAnalyzer 3流動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果相對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 與煙草行業(yè)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果對(duì)比

從表1可以看出，本文的方法與煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法測(cè)定結(jié)果相對(duì)誤差小于10%，說(shuō)明該方法測(cè)定的結(jié)果與煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的結(jié)果比較相符。

2.6 樣品分析

分別稱取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW08514a和5個(gè)取自全國(guó)幾個(gè)省份的煙葉樣品，并在樣品中加入了一定量的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，做加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 樣品測(cè)定結(jié)果

本方法應(yīng)用于國(guó)家煙草標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW08514a中總氮的測(cè)定，測(cè)試結(jié)果在真實(shí)值的誤差允許范圍內(nèi)，樣品加標(biāo)回收率在89%～115%之間，說(shuō)明該方法的準(zhǔn)確性較好。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文將納氏比色測(cè)定水中氨氮的方法應(yīng)用于煙葉中總氮的測(cè)定，用硫酸和雙氧水消解樣品，使樣品中的總氮轉(zhuǎn)化為氨氮，并且把傳統(tǒng)的用凱氏燒瓶消解的方式改進(jìn)為微波消解。實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單，操作方便，RSD在2.36%～8.72%之間，準(zhǔn)確度好，可用于大批樣品的測(cè)定，還可以推廣應(yīng)用于其他植物樣品中總氮含量的測(cè)定。

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