杜馬斯燃燒定氮法快速測定土壤中全氮的方法研究

許超

摘要 [目的]本文通過對比杜馬斯燃燒定氮法和凱氏定氮法測定土壤中全氮的試驗(yàn)結(jié)果，對杜馬斯燃燒定氮法測定土壤中全氮的分析方法進(jìn)行評價。[方法]以土壤中全氮為研究對象，分別用杜馬斯燃燒定氮法和凱氏定氮法進(jìn)行分析測定，并對2種分析方法的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析。[結(jié)果]杜馬斯燃燒定氮法測定土壤（國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）中總氮試驗(yàn)結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書示值范圍內(nèi)，且普遍略高于凱氏定氮法測定值，但2種方法不存在顯著性差異（P>0.05）。[結(jié)論]杜馬斯燃燒定氮法測定土壤中全氮的方法精密度和準(zhǔn)確度完全能夠滿足實(shí)驗(yàn)室理化分析方法的要求，尤其快速、高效的特點(diǎn)特別適合土壤健康狀況調(diào)查及等級普查時報(bào)告時間緊的批量大樣品的測定。

關(guān)鍵詞 杜馬斯燃燒定氮法；凱氏定氮法；土壤；全氮

中圖分類號 O657 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）01-0187-01

Rapid Determination of Total Nitrogen in Soil by Dumas Combustion Method

XU Chao 1，2

（1 Institute of Agricultural Standards and Testing Technology，Henan Academy of Agriculture Sciences，Zhengzhou Henan 450002；

2 Henan Cereal Quality and Safety Testing Key Laboratory）

Abstract [Object] This study was conducted to evaluate the appropriate method for determination of total nitrogen content in soil by comparing the Dumas combustion and Kjeldahl method. [Methods] The total nitrogen in soil was tested by both Dumas combustion and Kjeldahl method comparatively，then the results were comparatively analyzed and assessed. [Results] The results of total nitrogen test in the soil samples（national standard substances）by Dumas combustion method were within the range of the standard material certificate and generally higher than those of Kjeldahl method. There was no significant difference between the two methods（P>0.05）. [Conclusion] The results showed that the precision and accuracy of Dumas combustion method could meet the requirements of laboratory physicochemical analysis method. The Dumas combustion method was fast and efficient，especially suitable for determination of large bunches of samples whose soil health status and soil grade were surveyed when the report time was pressed.

Key words Dumas combustion method；Kjeldahl method；soil；total nitrogen

氮元素是作物生長的重要營養(yǎng)元素，土壤中的全氮含量是衡量土壤肥力、評價土壤資源的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在日常監(jiān)測工作中需要準(zhǔn)確測定土壤中全氮的含量，作為擬定科學(xué)合理施肥的主要依據(jù)[1]。

目前，凱氏定氮法因其精密度良好、設(shè)備價值及使用成本較低等因素已經(jīng)成為測定土壤中全氮含量的主要方法[2-3]，該試驗(yàn)分析方法也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化[4-6]。該方法的主要原理是在催化劑條件下用濃硫酸高溫消煮，將土壤中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)換為銨態(tài)氮并與硫酸結(jié)合為硫酸銨通過強(qiáng)堿蒸餾來確定全氮含量。如樣品含有亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，則需要在樣品消化前先將亞硝態(tài)氮全部氧化為硝態(tài)氮，然后再用還原劑將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮。凱氏定氮法的重復(fù)性和精密度較好，但操作繁瑣、消耗時間較長、試驗(yàn)結(jié)果受人為因素影響較大，而且檢測過程消耗大量自來水作為冷卻水，試驗(yàn)過程產(chǎn)生大量含有化學(xué)污染物的廢氣、廢液，對人體和生態(tài)環(huán)境危害較大。相比之下，杜馬斯燃燒定氮法可直接進(jìn)樣，通過高溫燃燒將氮元素轉(zhuǎn)化為氮氧化合物，再通過還原和除雜轉(zhuǎn)化為氮?dú)馔ㄟ^檢測器進(jìn)行定量。整個檢測過程5 min內(nèi)即可完成，而且不會產(chǎn)生有毒有害的廢液、廢氣，同時杜馬斯燃燒定氮儀在測試過程中不需要冷卻水，減少了大量水資源的消耗。

本研究選擇4種土壤國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為研究對象，用杜馬斯燃燒定氮法測定其全氮含量并與凱氏定氮法進(jìn)行試驗(yàn)比對，杜馬斯燃燒定氮法測定土壤中全氮的方法精密度和準(zhǔn)確度完全能夠滿足實(shí)驗(yàn)室理化分析方法的要求，尤其快速、高效的特點(diǎn)特別適合土壤健康狀況及等級普查時樣品批量大、報(bào)告時間緊的要求，為杜馬斯燃燒定氮法在涉及測定土壤全氮含量的科研及檢測工作提供了必要的技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

土壤國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)由中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所提供：河南黃潮土[GBW07413a，氮：（0.77±0.03）g/kg]；安徽潮土[GBW07461，氮：（1.09±0.07）g/kg]；黑龍江黑土[GBW07458，氮：（1.62±0.07）g/kg]；廣東水稻土[GBW07417a，氮：（2.11±0.08）g/kg]。

EDTA（乙二胺四乙酸，氮含量9.59%±0.05%）；硫酸；高錳酸鉀；還原鐵粉；氫氧化鈉；混合催化劑（每片含K2SO4 3.5 g、CuSO4·5H2O 0.4 g）；甲基紅指示劑；溴甲酚綠指示劑；氮?dú)猓ā?9.99%）、氧氣（≥99.999%）、氦氣（≥99.999%）。

DT-Dumatherm杜馬斯燃燒定氮儀（德國Gerhardt）；2300全自動凱氏定氮儀（瑞典FOSS）；2040消化爐（瑞典FOSS）；ME204電子天平（北京Mettler-Toledo）；旋風(fēng)磨（瑞典FOSS）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 杜馬斯燃燒定氮法。稱取0.2 g土壤試樣于無氮錫箔紙中，擠出空氣，置于自動進(jìn)樣器中。樣品在氧化管中充分燃燒，生成的氣體經(jīng)過高溫銅粉還原、多孔陶瓷吸附及干燥除水后，通過TCD檢測器檢測，由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算、定量。反應(yīng)條件：燃燒管溫度為990 ℃，還原管溫度為650 ℃。同時稱取一定質(zhì)量梯度的EDTA上機(jī)檢測，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2 凱氏定氮法。稱取1.0 g樣品置于消化管內(nèi)，用少量水潤濕，加入高錳酸鉀氧化后用還原鐵粉和少量硫酸還原，加入1片混合催化劑和10 mL濃硫酸，在400 ℃下消化1.5～2.0 h，待消化液冷卻至室溫后在消化管內(nèi)加入20 mL蒸餾水，用凱氏定氮儀自動蒸餾滴定，儀器根據(jù)消耗的硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積自動計(jì)算樣品的全氮含量。

1.2.3 杜馬斯燃燒定氮法和凱氏定氮法的對比試驗(yàn)。用杜馬斯燃燒定氮法和凱氏定氮法分別測定全氮含量存一定的梯度關(guān)系的4個土壤國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中全氮含量，每個試樣平行測定7次（n=7），并對測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 杜馬斯燃燒定氮法與凱氏定氮法測定結(jié)果比較

2.1.1 精密度。從表1可以看出，杜馬斯燃燒定氮法對4種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)7次測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）分別為1.9%、0.6%、1.1%、0.7%，凱氏定氮法測定值的RSD分別為2.0%、1.6%、1.0%、1.5%。結(jié)果表明，杜馬斯燃燒定氮法在測定土壤中不同含量范圍的全氮時試驗(yàn)結(jié)果均有較好的精密度和準(zhǔn)確度，能滿足實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范對分析方法的要求[7]，而且相比之下，杜馬斯燃燒定氮法的精密度比凱氏定氮法更好。

2.1.2 相關(guān)性。表1結(jié)果表明，杜馬斯燃燒定氮法與凱氏定氮法測定土壤國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的結(jié)果比值（D/K）范圍為1.00～1.05，可見，杜馬斯燃燒定氮法的測定結(jié)果與凱氏定氮法基本一致，存在系統(tǒng)性偏高的趨勢，但整體上2種結(jié)果差別不大。引起差異的原因可能是土壤樣品中含有少量的硝態(tài)氮，凱氏定氮法使用的還原劑鐵粉還原效率不夠，未能達(dá)到完全還原，在消化的過程中硝態(tài)氮有可能會揮發(fā)逸出；同時，凱氏定氮法使用的混合催化劑的催化效率也達(dá)不到100%，不能將土壤中氮元素100%轉(zhuǎn)換為硫酸銨。因此，2種檢測方法對土壤樣品前處理方式不同，致使試驗(yàn)結(jié)果存在一定的差異性。對2種方法的檢測結(jié)果做t假設(shè)檢驗(yàn)，P值為0.93，統(tǒng)計(jì)分析表明，杜馬斯燃燒定氮法測定結(jié)果與凱氏定氮法的測定結(jié)果之間無顯著性差異（P>0.05）。

2.2 杜馬斯燃燒定氮法與凱氏定氮法方法效率比較

杜馬斯燃燒定氮測定土壤中全氮方法的準(zhǔn)確度和精密度與凱氏定氮法一樣可以達(dá)到理化實(shí)驗(yàn)室分析方法的要求。凱氏定氮法土壤試樣的預(yù)處理和消煮過程繁瑣，需要3～4 h，每個樣品使用全自動凱氏定氮儀檢測需要5～8 min，耗時較長，而且環(huán)境不友好。杜馬斯燃燒定氮法無需試樣消煮處理，儀器預(yù)熱穩(wěn)定30～40 min后即可直接儀器分析，每個樣品耗時3～5 min，其快速、高效顯而易見，能夠滿足土壤健康狀況及等級普查時樣品批量大、報(bào)告時間緊的要求。

3 結(jié)論

杜馬斯燃燒定氮法測定土壤全氮含量結(jié)果與凱氏定氮法的測定結(jié)果無顯著差異。杜馬斯燃燒定氮法操作簡便、快速高效，精密度和準(zhǔn)確度均較好，而且環(huán)保無污染，尤其快速、高效的特點(diǎn)特別適合土壤健康狀況及等級普查時報(bào)告時間緊的批量大樣品，為杜馬斯燃燒定氮法應(yīng)用于測定土壤全氮含量的科研及檢測工作提供了必要的技術(shù)支持。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000：146.

[2] 朱榮旺.土壤全氮含量的測定[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（10）：225.

[3] 謝小玲，李海鋒，李雪瑩，等.土壤全氮半微量定氮法與自動定氮儀定氮法的比較分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（6）：1071-1074.

[4] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).土壤全氮測定法：NY/T 53-1987[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1987.

[5] 國家林業(yè)局.森林土壤氮的測定：LY/T 1228-2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[6] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.土壤質(zhì)量 全氮的測定 凱氏法：HJ 717-2014[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2015.

[7] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測：GB/T 27404-2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.