常見的肥料總氮含量測定方法探究

何婧芳

(山西省檢驗檢測中心(山西省標準計量技術研究院)，山西 太原 030000)

0 引言

農業是歷史最為悠久的產業之一，中國是傳統的農業國家，農業是中國社會經濟發展的支柱，同時也是中國社會經濟發展與建設的基石[1]。目前，以手工勞作為主的傳統農業模式已不能滿足快速發展的經濟需求，其產業結構逐步調整為現代化、科技化的生產方式，并且以不斷推動科技創新來提高農業生產效率和改善農產品品質和安全。

化肥作為重要的生產資料，有利于提升土壤肥力、改善農作物品質、為農作物提供豐富的營養物質，是農作物穩產高產的關鍵所在[2]?；适侵赣啥喾N化學元素組成的混合物，其含量較高的化學元素為氮、鉀、磷[3]。目前，市面上常見的化肥包括氮肥、磷肥、鉀肥以及含有兩種營養元素以上的復合肥料。氮肥在提高作物生物總量、經濟價值以及營養價值上發揮主要作用，磷肥和鉀肥的主要作用為抗寒抗旱、抗病蟲害和抗倒伏。

氮素是農作物生長的必需營養元素之一，且在整個生態系統中發揮著不可替代的作用[4]。目前，行業內檢測肥料中總氮含量的方法有蒸餾后滴定法[5]、凱氏定氮儀法以及杜馬斯燃燒法。后兩種方法較傳統方法而言，提高了檢驗效率，增強了操作便捷性[6]。本文主要以這三種測試方法為研究對象，比較其測試結果、準確度、回收率等，為準確科學地測定化肥中氮肥含量提供科學依據和理論。

1 材料與方法

1.1 樣品選擇與制備

化肥中包含諸多化學成分，其構成較為復雜，在實際應用過程中可以針對化肥類型、種類等采取適宜的采樣方法來獲得待檢樣品。本次以6個復混肥樣品為研究對象，將樣品縮分至1000 g左右，分裝在2個塑料袋(瓶)中，每袋(瓶)500 g左右。1袋(瓶)作為檢驗樣品，另1袋(瓶)作為備用樣品。按照標準要求，將產品進行粉碎和過篩處理。

1.2 儀器與試劑

杜馬斯定氮儀(D100型，山東海能)，凱氏定氮儀(K1100型，山東海能)。在實驗過程中使用的化學試劑有硫酸、鹽酸、鉻粉、定氮合金、硫酸鉀、硫酸銅、氫氧化鈉、氫氧化鈉標準滴定溶液、0.5 mol/L硫酸鈉標準溶液、400 g/L氫氧化鈉溶液、甲基紅-亞甲基藍混合指示劑、20 g/L硼酸溶液、甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑、尿素水溶液標物(N含量15.407%)、天冬氨酸標物(N含量10.52%)。實驗用水為二級去離子水。

2 實驗方法

2.1 蒸餾后滴定法

2.1.1 方法原理

采用定氮合金將堿性介質中的硝酸態氮進行還原處理，然后對其進行蒸餾操作將其中的氨析出，或將酸性介質中的硝酸鹽還原成銨鹽，在此基礎上借助催化劑，采用濃硫酸進行消化，將有機態的氮、酰胺態的氮以及氨態氮轉化為銨鹽，進而從堿性溶液中將氨蒸餾出來。并采用過量硫酸實現對氮的吸收。在此基礎上使用甲基紅-亞甲基藍混合指示劑，采用氫氧化鈉標準滴定液實現返滴定。

2.1.2 測定方法

稱取總氮含量不大于235 mg、硝酸態氮含量不大于60 mg的試料0.5～2.0 g。按照標準要求，根據樣品中不同含氮形態選擇適合的催化劑對樣品進行處理。在完成消解的樣品蒸餾瓶中加入一定量的水和防爆物，并將蒸餾裝置進行科學連接，確保整個裝置處于完好的密封狀態。向接收器內加入0.5 mol/L硫酸溶液40 mL，再滴入混合指示劑4～5滴，并在滴液漏斗中加入規格為400 g/L氫氧化鈉溶液20 mL，以及20～30 mL純凈水，在添加上述物料后，開始蒸餾操作。在完成蒸餾操作后，采用氫氧化鈉溶液進行滴定，依據滴定體積對結果進行計算。

2.2 凱氏定氮儀法

2.2.1 方法原理

稱取樣品應考慮樣品中的含氮量，樣品含氮量高時，在盡量減小稱量誤差的前提下，應稱取較少的樣品，樣品含氮量低時應稱取較多樣品，稱取的樣品中含氮量一般為15～50 mg氮最適宜。將取好的樣品置于消化管內，根據氮形態的不同選擇合適的催化劑。冷卻至室溫后，置于K1100全自動凱氏定氮儀中進行自動檢測分析。

2.2.2 測定方法

將含氮量15～50 mg的樣品消化后，置于定氮儀上，按照儀器操作規程規范操作。將反應過程中產生的氨氣與水蒸氣送至冷凝管中冷凝，然后將其收集到添加硼酸吸收液的接收杯中。最后采用自動滴定裝置進行滴定，并對滴定酸消耗的體積進行計算，依據被消耗的體積計算出樣品含氮量。

2.3 杜馬斯燃燒法

2.3.1 方法原理

在富有氧氣的環境中，樣品在燃燒管中加熱燃燒會生成雜質，可以采取合理的吸收劑進行吸收，進而將其去除。樣品中的含氮物質會定量轉變為分子氮，可采用熱導檢測器實現其含量的準確檢測。

2.3.2 測定方法

稱取質量為0、50、100、150、200、300、400 mg的天冬氨酸標準物質進行氮含量分析，每個重量稱取至少3個(0除外)。用錫箔紙包裹密封后，置于進樣盤，打開儀器運行穩定后，開始自動進樣測試，繪制氮含量標準曲線，建立測試方法，重新開機后需使用已知氮含量的尿素標準物質對曲線進行校準，計算氮系數。稱取氮含量150 mg左右的樣品進行自動進樣分析。

3 結果分析

3.1 不同方法測定肥料中氮含量的結果比較

在研究過程中，采用蒸餾后滴定法、凱氏定氮儀法、杜馬斯燃燒法，測試6個復肥樣品的氮含量，結果如表1所示。蒸餾滴定法是化肥中氮含量測試最經典，也是使用時間最久的化學分析法，但其過程復雜繁瑣、需要大量化學試劑，不僅耗時費力，還可能帶來一定危險。凱氏定氮儀法與蒸餾后滴定法的化學原理相同，但是其過程自動化、機械化，為實驗室操作人員提供了極大便利，且安全高效、操作簡單。杜馬斯燃燒法整個操作過程更加便捷，在完成操作后無需對樣品進行消化處理，在測試過程中不需要使用具有一定危險性的化學試劑，整個操作過程對設備和人員更加友好。杜馬斯燃燒法自動化程度最高，不受氮形態的影響，氮轉化效率更高。不同方法間測定結果的相對標準偏差在0.053%～0.269%之間，絕對差值在0.02%～0.06%之間，由于原理不同導致測定結果間略有差距，但符合要求、結果可靠。

表1 不同方法測試結果比較

3.2 不同方法測定肥料中氮含量的精密度和加標回收率

選擇含氮量高低不同的復混肥料1、2、3號樣品，采用不同方法開展加標回收實驗和精密度實驗，在實驗過程中需要在相同條件下對每一種樣品進行6次及以上的反復檢測，并對檢測結果進行計算。該檢測結果如表2、表3所示?；诒?精密度檢測結果可知，不同樣品的氮含量其絕對差值處于0.05%～0.23%之間，符合標準方法中所要求的允許差0.30%，相對標準偏差(RSD)為0.149%～0.324%，加標回收率為97.28%～101.54%，表明三種方法都能夠滿足檢驗需求，精密度高且結果準確。

表2 不同方法精密度實驗結果

表3 不同方法回收率實驗結果

4 結語

由于檢測原理不同，導致不同方法的氮含量檢測結果略有差異，但其測定結果、精密度、加標回收率均能滿足檢驗需求，精密度高且結果準確。隨著檢驗工作日益繁重以及對檢驗效率高要求，儀器化、自動化成為必然選擇，但傳統方法仍不可或缺，需要保留以備不時之需。