硒粉催化-連續(xù)流動分析法測定煙葉中總氮的含量

張志靈,陳慶文,林海濱,林祖斌,林 隆

(福建省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站,福州 350111)

總氮是衡量煙草質(zhì)量的重要指標之一,煙草中的煙堿、蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮化合物燃燒時產(chǎn)生的堿性物質(zhì)與糖類物質(zhì)產(chǎn)生的酸性氣體平衡,對煙草的抽吸口味和品質(zhì)有很大影響[1-3]。因此,快速、準確測定煙草中總氮的含量對煙葉生產(chǎn)以及卷煙調(diào)制具有重要意義。

煙草中總氮的測定主要有連續(xù)流動法[4-5]、杜馬斯燃燒法[6-7]、元素分析法[8]、傅里葉變換近紅外光譜法[9-10]和分光光度法[11]等。連續(xù)流動分析儀具有原理和操作簡單、批量檢測快速、成本低等優(yōu)點,是煙草行業(yè)最普遍的分析儀器。目前,煙草中總氮測定時采用經(jīng)典凱氏定氮法消化、連續(xù)流動分析儀檢測[12],使用硫酸配合催化劑氧化汞和硫酸鉀對樣品進行消化,氧化汞是劇毒物質(zhì),對人體和環(huán)境不利。為降低環(huán)境危害,許多研究人員進行了優(yōu)化改進:文獻[13-14]以硫酸銅替代氧化汞為催化劑測定煙草中的總氮;文獻[15]采用過氧化氫替代氧化汞測定煙草中總氮,但試驗對硫酸鉀用量的要求較為嚴格,步驟較復(fù)雜;文獻[16]采用硫酸-過氧化氫體系消化煙葉樣品,進而快速測定煙草中總氮,但硫酸-過氧化氫消化液制備要求較高,試驗存在一定安全隱患,且消化溫度370 ℃超過了硫酸沸點,容易造成消化液損失。本工作通過優(yōu)化總氮消解過程,提出了硒粉催化-連續(xù)流動分析法測定煙葉中總氮含量的方法,可為煙葉總氮含量的測定和評價提供支持。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

SAN++型流動化學(xué)分析儀及其消化器;AL204型電子天平;Milli-Q型超純水儀。

氮標準儲備溶液:2.05 g·L-1,取0.971 4 g硫酸銨,用水溶解后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中,用水定容,混勻,備用。

硒/硫酸混合消化儲備溶液:稱取0.355 5 g的硒粉(Se)于燒杯中,加入100 mL硫酸后,緩慢加熱,直至硒粉完全溶解,溶液由黑色轉(zhuǎn)變成深藍色,最終變成清澈的淡黃色,讓溶液冷卻后,置于磨口玻璃瓶中密閉保存,有效期1個月。

硫酸銨的純度為99.5%;硫酸、氯化鈉、氫氧化鈉、水楊酸鈉、次氯酸鈉、酒石酸鉀鈉、亞硝基鐵氰化鈉、30%(質(zhì)量分數(shù),下同)過氧化氫溶液、聚乙氧基月桂醚(Brij35)均為分析純;硒粉為化學(xué)純;試驗用水為超純水。

煙草及煙草制品常規(guī)化學(xué)成分實驗室控制樣品A和B來自國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心;煙葉樣品取自福建煙葉產(chǎn)區(qū)。

1.2 試驗方法

稱取約0.2 g(精確至0.1 mg)煙末樣品置于消化管中,加入3 mL硒/硫酸混合消化儲備溶液,輕輕搖晃消化管,使得煙末分散在硫酸中,加入3.0 mL的30%過氧化氫溶液后輕輕混勻。將消化管置于消化器加熱座中,升溫至330 ℃,保持1.0 h后冷卻,用蒸餾水定容至75 mL,在連續(xù)流動分析儀上波長660 nm處比色測定,檢測條件參照YC/T 161-2002《煙草及煙草制品 總氮的測定 連續(xù)流動法》[12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 硒粉與硫酸的物質(zhì)的量比的選擇

試驗配制硒粉與硫酸的物質(zhì)的量比分別為0.005%,0.01%,0.05%,0.1%,0.2%,0.5%,1.0%,2.0%的硒/硫酸混合消化儲備溶液,然后稱取約0.2 g實驗室控制樣品A進行測定,每組測定兩個樣品,考察了硒粉與硫酸的物質(zhì)的量比對總氮測定結(jié)果的影響,結(jié)果見圖1。

圖1 硒粉與硫酸的物質(zhì)的量比對總氮測定結(jié)果的影響

結(jié)果表明:觀察消化后液體外觀,硒粉用量較低時,消化不完全,硒粉與硫酸的物質(zhì)的量比在0.05%以上時消化液澄清;實驗室控制樣品A總氮的標稱值為(1.60±0.08)%,硒粉與硫酸的物質(zhì)的量比在0.1%以上時,消化結(jié)果趨于穩(wěn)定且測定結(jié)果在標稱值范圍內(nèi)。為確保各種煙葉樣品消化完全,試驗選擇硒粉與硫酸的物質(zhì)的量比為0.25%。

2.2 30%過氧化氫溶液用量的選擇

稱取約0.2 g的實驗室控制樣品B,加入3 mL硒/硫酸混合消化儲備溶液和不同用量(1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0 mL各兩組)的30%過氧化氫溶液進行消化,考察了30%過氧化氫溶液用量對總氮測定結(jié)果的影響,結(jié)果如表1所示。

表1 30%過氧化氫溶液用量對總氮測定結(jié)果的影響

實驗室控制樣品B總氮的標稱值為(2.13±0.11)%,由表1可知,雖然30%過氧化氫溶液用量不同,但實驗室控制樣品B的總氮測定結(jié)果均在標稱值范圍內(nèi)。結(jié)合消化后液體外觀,30%過氧化氫溶液用量最好在2.0 mL以上。為確保各種煙葉樣品消化完全,試驗選擇30%過氧化氫溶液為3.0 mL。

2.3 消化時間的選擇

稱取約0.2 g的煙末樣品,分別加入3 mL硒/硫酸混合消化儲備溶液和3.0 mL 30%過氧化氫溶液后進行消化。溫度達到330 ℃后開始計時,每隔0.5 h取出一組樣品,共計5組,每組測定兩個樣品,考察了消化時間(0,0.5,1.0,1.5,2.0 h)對總氮測定結(jié)果的影響,結(jié)果見表2。

表2 消化時間對總氮測定結(jié)果的影響

由表2可知,于330 ℃消化0.5 h后的液體還是亮黃色,消化1.0 h及以上時才穩(wěn)定在微黃色。因此,試驗選擇在330 ℃保持1.0 h消化樣品。

2.4 標準曲線、檢出限和測定下限

用水對氮標準儲備溶液進行逐級稀釋,配制成含氮0.020 5,0.041 0,0.082 0,0.164 0,0.205 0 g·L-1的標準溶液系列,按照YC/T 161-2002中檢測條件進行測定。以目標吸光度對氮質(zhì)量濃度進行線性回歸,繪制標準曲線。結(jié)果表明,總氮的質(zhì)量濃度在0.020 5～0.205 0 g·L-1內(nèi)與對應(yīng)的吸光度呈線性關(guān)系,線性回歸方程y=3.185x-6.600×10-3,相關(guān)系數(shù)為1.000。

將試劑空白液連續(xù)進樣10次,得到總氮的空白值的標準偏差s,計算對應(yīng)的檢出限(3s)為2.364 mg·L-1,測定下限(10s)為7.801 mg·L-1。

2.5 精密度和準確度試驗

按照試驗方法對實驗室控制樣品A和B樣品進行測定,每個樣品平行測定6次,并計算測定值的相對標準偏差(RSD),結(jié)果如表3所示。

表3 精密度和準確度試驗結(jié)果(n=6)

由表3可知,實驗室控制樣品A和B的測定結(jié)果均在標稱值范圍內(nèi),測定值的RSD分別為2.4%,1.3%,說明該方法準確度和日內(nèi)精密度均良好。

同時對實驗室控制樣品B進行日間精密度試驗(n=5),結(jié)果顯示,日間RSD為0.91%,說明該方法的日間精密度良好。

2.6 回收試驗

稱取約0.2 g的實驗室控制樣品B,分別進行高、中、低等3個濃度水平的加標回收試驗,按照試驗方法進行消化分析,每個樣品平行測定5次,計算回收率,結(jié)果見表4。

表4 回收試驗結(jié)果

由表4可知,總氮的回收率為95.1%～102%,進一步說明方法準確度較高。

本工作提出了硒粉催化-連續(xù)流動分析法測定煙葉中總氮含量的方法。樣品采用硫酸對煙末進行碳化,煙末在硒粉催化下,被過氧化氫和硫酸氧化分解,含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化為銨鹽。相對于煙草行業(yè)標準,本方法無需使用劇毒物質(zhì)氧化汞,同時減少硫酸的使用量,更加環(huán)保;消化過程無需加入硫酸鉀,減少了試驗步驟,提高試驗效率;同時采用相對較低的溫度330℃以減少消化液揮發(fā)并降低能耗;精密度好,準確度較高,較為環(huán)保,可對樣品中的總氮進行批量測定,對煙草產(chǎn)品中總氮含量的測定有較好的適用性。