凱氏定氮儀和蒸餾裝置測定有機肥原料總氮的方法比對研究

崔立嬌

(德州市畜牧獸醫事業發展中心，山東 德州 253012)

隨著技術發展和儀器更新，總氮含量測定已由最初的燒瓶式半微量蒸餾裝置發展到現在的全自動凱氏定氮儀,廣泛用于食品、動植物組織、飼料以及土壤等成分復雜樣品的蛋白質含量測定[1]。趙秋利[2]研究指出，蘑菇渣類食用菌廢棄物和污泥高溫好氧堆肥可以將兩者有效資源化利用。草炭灰主要分布在北方地區，其質輕、持水、透氣，富含的有機質被土壤微生物分解后，可較長時間供給植物生長所需養分，可制成顆粒肥料、發酵肥料和生物菌肥料等有機肥，并改善土壤。劉杰等[3]采用杏鮑菇菇渣蚓糞和草炭按1∶1配成的復合基質種植番茄，增產和提高品質效果最好。姚文英等[4]研究了不同有機肥用量樹葉復混基質對西葫蘆的育苗效果，篩選出可以降低成本的最佳配方是有機肥用量為10%的樹葉復混基質(樹葉∶菇渣為2∶1)代替草炭。本試驗通過對蘑菇渣和草炭灰總氮含量的分析，以期為企業生產有機肥料和農業施用提供有效數據，為堆肥技術大面積推廣應用提供參考和依據，從而促進綠色種養循環農業高質量發展。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

福斯KjeltecTM8400凱氏定氮儀；定氮蒸餾裝置(主要包括蒸餾燒瓶、防濺球管、滴液漏斗、冷凝管、帶雙連球錐形瓶)；DigiBlock ED54消煮爐。

1.1.2 試劑耗材

硫酸、鹽酸、過氧化氫、硼酸、甲基紅、溴甲酚綠、無水碳酸鈉基準物質、硫酸銨質控樣等試劑，均為國藥集團生產的優級純，氫氧化鈉為天津科密歐生產的分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 方法原理

有機肥料中的有機氮經硫酸-過氧化氫消煮，轉化為銨態氮。堿化后蒸餾出來的氨用硼酸吸收液收集，通過鹽酸標準溶液滴定，計算出樣品總氮含量。

1.2.2 可行性分析

2種方法測定原理相同，采用的樣品前處理相同，沒有改變檢測的基本化學反應，只改變儀器設備使用，所以并不影響試驗反應進行。

1.2.3 試驗設計

同時使用2種儀器分別對質控樣品硫酸銨、待測樣品蘑菇渣和草炭灰，進行5次平行結果的測定，計算其平均值、相對偏差、標準偏差和相對標準偏差，以及質控樣品回收率范圍。所得數據進行單因素方差分析。

1.3 樣品制備

將純度>99.9%的質控樣品硫酸銨，置于105℃烘箱中烘干4h至恒重，然后放在干燥器中冷卻。將風干試樣蘑菇渣和草炭灰粉碎，過0.25mm(60目)尼龍篩裝袋備用。

1.4 樣品前處理與測定

準確稱取質控樣品和待測樣品1.0g置于250mL消化管底部，加2.5g催化劑(五水硫酸銅∶硫酸鉀為1∶9)，然后加入10mL濃硫酸和1.5mL 30%過氧化氫，瓶口放一彎頸漏斗浸泡過夜。在消煮爐上緩慢升溫至硫酸冒煙，稍冷加15滴過氧化氫，加熱10min，稍冷后再加10滴過氧化氫分次消煮，直至消解完全變澄清透明后，繼續加熱10min以除盡剩余的過氧化氫。加水至25mL再加熱至沸。冷卻后用純水沖洗彎頸漏斗，洗液并入消化管。將消煮液轉入100mL容量瓶中，加純水定容搖勻。同法同時制備試樣空白溶液。

組裝好定氮蒸餾裝置后先檢查氣密性，再空蒸清洗管道。吸取待測消煮清液20.0mL于蒸餾燒瓶內，加入200mL水。加入10mL 2%硼酸-定氮指示劑混合液于250mL三角瓶內承接于冷凝管下端。用筒形漏斗向蒸餾燒瓶內加入25mL質量濃度為40%的氫氧化鈉溶液，加熱蒸餾至冷凝管口的冷凝液無堿性時結束蒸餾。用標定好的0.05mol·L-1鹽酸標準溶液滴定餾出液，由藍色剛變至紫紅色為滴定終點。

凱氏定氮儀先空蒸清洗管道，吸取待測消煮清液20.0mL于消化管內，自動完成蒸餾、滴定和計算，大約4min。

1.5 準確測定需注意事項

樣品放入消化管時不要沾附管壁上。如有沾附可用少量水沖下，以免待測樣消化不完全，結果偏低。消化時應注意旋轉消化管，將附在管壁上的碳粒沖下，對樣品進行徹底消化。如硫酸加入量不夠，過多的硫酸鉀會引起氨的損失，結果偏低。過氧化氫作為氧化劑，有助于有機物消化，并消除消化過程中的氣泡現象。向蒸餾器瓶加入濃堿時，如無褐色沉淀物出現，說明氫氧化鈉加入量不足，結果偏低。保證定氮蒸餾裝置處于密封系統。包括蒸餾器是否漏氣，消化管與蒸餾器接口是否緊密、出氣孔是否漏氣。蒸餾時，蒸汽要發生平穩充足，氨的流出速度一定要小于冷凝管中的凝結速度，避免氣化的氨來不及被硼酸吸收，結果偏低。蒸餾中不得停火斷氣，否則會發生倒吸。停止蒸餾時，為防止倒吸應先將冷凝管下端提高液面并清洗管口，再蒸1min后關掉熱源。硼酸吸收液的溫度不應超過40℃，否則氨吸收減弱，結果偏低。冷凝管下端浸入吸收液中，否則蒸餾出來的氨氣不能完全被吸收液吸收，結果偏低。

2 結果與分析

2.1 2種檢測儀器測定結果的精密度和準確度比較

本試驗采用硫酸銨作為質控樣品，分別使用蒸餾裝置和全自動凱氏定氮儀進行5次平行結果的測定，具體結果見表1，檢測結果的精密度和準確度見表2。

表1 2種儀器測定質控樣品的含氮量

從表1可知，蒸餾裝置和全自動凱氏定氮儀對質控樣品的測定結果均在標準值的允許限之內，表明2種儀器方法對質控樣的分析結果可靠。從表2可知，蒸餾裝置的精密度為1.05%，準確度為0.73%，全自動凱氏定氮儀的精密度為0.20%，準確度為0.09%。2種儀器檢測精密度和準確度均較高，其中全自動凱氏定氮儀的重現性和準確性均優于蒸餾裝置。

表2 2種儀器測定方法的精密度和準確度(n=5)

2.2 2種檢測儀器測定質控樣品的回收率比較

從表3可知，蒸餾裝置測定質控樣的回收率在97.83%以上，全自動凱氏定氮儀測定指控樣回收率在99.62%以上，均能滿足實驗室質量控制要求。其中，與2種方法相對誤差的分析結果一致，全自動凱氏定氮儀法的測定結果更準確。

表3 2種儀器測定方法的回收率(n=5)

2.3 2種儀器檢測方法的差異顯著性分析

選擇2種有機肥原料蘑菇渣和草炭灰樣品，分別使用蒸餾裝置和全自動凱氏定氮儀對2種樣品的總氮進行方法儀器對比試驗，檢測的試驗數據見表4。

表4 2種有機肥原料樣品中總氮含量

試驗數據符合NY/T 525-2021中有機肥料平行樣總氮含量<0.04%的允許絕對差要求。對檢測結果進行單因素方差分析，結果顯示P>0.05，故2種方法測定有機肥原料總氮的結果無顯著性差異。

3 結論

采用蒸餾裝置和全自動凱氏定氮儀測得的有機肥原料總氮含量無顯著性差異。由于全自動凱氏定氮儀可自動完成蒸餾和滴定的步驟，相比蒸餾裝置避免了很多影響測定結果準確的因素。全自動凱氏定氮儀不僅操作簡便，而且具有結果準確、快速環保、重現性好的優點。當要求速度或分析同一類型的大批量樣品時，采用這種方法很有效。