不同耗材对杜马斯燃烧法检测植物粗蛋白质含量的影响*

高翠萍，赵明华，刘佳，韩国栋，格根图，高霞，伊风艳

（1.内蒙古农业大学草地资源教育部重点实验室，呼和浩特 010021；2.内蒙古自治区林木种苗科研教育示范基地管理中心，呼和浩特 010021；3.内蒙古自治区农牧业科学院，呼和浩特 010031;4.中国科学院内蒙古草业研究中心，呼和浩特 010031）

粗蛋白是评价植物质量优劣的重要指标，在生产利用中具有重要指导价值。目前，现行的检测方法主要是凯氏定氮法和杜马斯燃烧法。凯氏定氮法一直以来是植物粗蛋白检测的经典方法，但具有、操作烦琐、时间长、有化学污染等特点。杜马斯燃烧法因其快速、无污染、精确度高，已被广泛应用(王铁良等，2019；何杏宗等，2018；张协光等，2018；皮向东等，2015；徐丽等，2014；王忻昱和何腾兵，2012)，2009年也成了饲料粗蛋白含量测定的国标方法之一（GB/T 24318-2009），但该方法存在仪器、耗材成本高的问题。本研究主要对比了不同耗材对杜马斯定氮检测结果的影响，拟通过计算测量结果的可靠性与成本检测，找出低成本使用杜马斯定氮法测量植物粗蛋白的可行方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

随机抽取植物样品15个作为检测样品，编号为1～15。

1.2 仪器与设备

杜马斯定氮仪（厂家：德国Gerhart；型号：DTDumatherm）、元素分析仪（厂家：德国Elementar；型号：varioMACRO cube）、球磨仪（厂家：德国Retsch；型号：MM400）、百万分之一天平（厂家：瑞士METTLER TOLEDO;型号：XP26）。

1.3 仪器工作原理与工作条件

1.3.1 工作原理

杜马斯燃烧法的基本原理是样品在900～1 200 ℃高温，高纯充足氧气条件下燃烧，混合气体被载气（氦气）带入氧化管中完全氧化，氮氧化合物被铜还原成分子氮，其他干扰成分被各种吸附剂吸收，热导检测器（TCD）检测氮的含量（范志影和刘庆生，2007）。

1.3.2 工作条件

元素分析仪：样品重量45～50 mg，载气：He(99.995 %);燃烧气：O2（99.995 %）；载气流速He600 ml/min;MFC TCD 600 ml/min;气体压力1 200～1 250 mbar;炉温燃烧管1150 ℃，还原管980 ℃。

杜马斯定氮仪：样品重量45～50 mg，载气：He(99.995 %);燃烧气：O2（99.995 %）；载气流速He200 sccm;气体压力950～1100 mbar;炉温燃烧管980 ℃，还原管650 ℃。O2流速：300 sccm。

1.4 试验方法

1.4.1 样品处理

共选取植物试样15 个，烘干后按四分法缩分，用球磨仪（德国RetschMM400）粉碎后过100 目网筛，置于密封袋中备用，每个试样5个重复。

1.4.2 测定方法

用百万分之一天平（瑞士METTLER TOLEDOXP26）分别称取待测样品45～50 mg 包于锡箔中，制成锡箔片，置于自动进样器中。样品测试使用杜马斯定氮仪（德国Gerhart DT-Dumatherm），锡箔使用赛诺兹、万佳、Elmental原装和格哈特原装4种处理。氧化管使用德国Gerhart原装填充和自填充氧化钨（石英管为德国Gerhart 原装）两种处理。并用元素分析仪（德国Elementalvario MACRO cube）测定结果与杜马斯定氮仪（德国GerhartDTDumatherm）进行对比。乙二胺四乙酸二钠作为标准样品（EDTA纯度＞99%,德国Gerhart）。

1.4.3 统计分析

采用Excel和SPSS统计软件对数据进行基础分析和配对样本T检验。

2 结果与分析

2.1 不同包样锡箔对粗蛋白检测结果的影响

由于杜马斯燃烧法测定粗蛋白需要用锡箔纸包装样品成药片状，因此锡箔纸的成分是影响测定结果的一个重要因素，同时锡箔纸价格也是影响检测成本的一部分。试验选取了市场上常用的两种锡纸（赛诺兹和万佳）作为包样纸与德国Gerhart 原厂锡箔纸进行对比。随机选取15 个样品，每个样品设5个重复，分别用选取的锡箔纸包样。用杜马斯定氮仪（德国GerhartDT-Dumatherm）检测，其他耗材均为原厂配备。由于测试过程中人为失误，只分析8 个样品，检测结果发现，赛诺兹锡纸检测结果相对标准偏差3.13 %～11.60 %,万佳锡纸检测结果相对标准偏差2.42 %～11.60 %（表1），说明市场上常用锡纸赛诺兹和万佳虽然价格低（表2），但检测精密度不够，远远达不到试验要求。Elmental 原装锡纸和Gerhart 原装锡纸检测结果相对标准偏差分别为0.40 %～2.63 %和0.26 %～1.64 %（表1）,检测精密度较高，可以达到试验要求。赛诺兹和万佳两种锡纸与Gerhart 原装锡纸检测结果相比，差值分别为0.03 %～0.42 %和0.12 %～0.45 %，比值分别为97.59 %～107.29 %和94.14 %～106.93 %，两种数据经配对样本T 检验，P 均大于0.05，无显著性差异。Elmental 原装锡纸与Gerhart 原装锡纸检测结果相比，差值为0.09 %～0.42 %，比值为101.44 %～107.05 %，两种数据经配对样本T 检验，P＜0.05，显著差异，Elmental 原装锡纸检测结果明显高于Gerhart 原装锡纸检测结果。详见表3。

表1 不同锡箔包样后测定植物粗蛋白含量结果 单位：%

表2 锡箔成本比较

表3 不同锡箔包样后测定植物粗蛋白含量结果统计分析 单位：%

2.2 两种杜马斯燃烧分析仪器对植物粗蛋白检测结果的影响

试验选取了市面上应用较广的两种杜马斯定氮 仪（Gerhart DT-Dumatherm 和Elementalvario MACRO cube），随机检测了15 个样品，每个样品5次重复，研究发现Elemental 检测结果相对标准偏差0.44 %～1.54 %,Gerhart 检测结果相对标准偏差0.26 %～2.10 %（表4），两种仪器检测精密度均较高，达到测样要求。Elemental 和Gerhart 两种仪器检测结果差值0.04 %～0.32 %，比值103.79 %～122.48 %，两种数据经配对样本T 检验，P ＜0.05（表5），表明两种仪器检测结果差异显著。Elementalvario MACRO cube 检测结果显著高于Gerhart DT-Dumatherm。

表4 杜马斯燃烧法两种不同仪器测定植物粗蛋白含量结果

表5 杜马斯燃烧法两种不同仪器测定植物粗蛋白含量结果统计分析

2.3 不同氧化剂对植物粗蛋白检测结果的影响

燃烧炉氧化剂是影响检测结果的一个重要因素，试验选取了Elementalvario MACRO cube 所填装的氧化钨与Gerhart DT-Dumatherm原装氧化剂进行对照。随机检测了15 个样品，每个样品5 次重复，研究发现自填氧化钨检测结果相对标准偏差0.65%～2.21%（表6）,Gerhart 原装氧化剂检测结果相对标准偏差0.26%～2.10%，两种氧化剂检测精密度均较高，达到测样要求。两种氧化剂检测结果差值0.17 %～1.13 %，比值82.47 %～111.96 %，两种数据经配对样本T检验，P＞0.05（表7），表明两种氧化剂检测结果差异不显著。

表6 燃烧管填充不同氧化剂测定植物粗蛋白含量结果 单位：%

表7 燃烧管填充不同氧化剂测定植物粗蛋白含量结果统计分析

3 讨论与结论

一是从成本上看，赛诺兹和万佳锡纸价格较Gerhart原装锡纸低5～10倍，检测结果如无显著性差异，可考虑作为替代耗材，用以节约成本。研究发现，用两种锡纸作为检测材料，多次重复后发现，检测结果与Gerhart原装锡纸检测结果相比，并无显著性差异。但检测结果精密度低，燃烧后残渣多。可能是由于现在市面上的锡纸多是铝箔纸，赛诺兹和万佳锡纸的主要成分也是铝，铝的熔点和沸点较锡高，所以造成燃烧残渣多。如考虑用两种锡纸作为检测材料，需多设样品重复，及时更换坩埚。这样，就间接增加了检测成本和降低了检测速率。综上，赛诺兹和万佳锡纸不适合作为检测耗材。

二是两种杜马斯定氮仪Elementalvario MACRO cube 和Gerhart DT-Dumatherm 检测样品后发现，两种仪器检测结果差异显著，Elemental 检测结果明显高于Gerhart。几种锡纸对比时发现，Elemental原装锡纸的检测结果明显高于Gerhart原装锡纸，由于两台仪器所用还原铜相同，气体均为同一标准。两种仪器所用氧化剂检测结果发现，差异不显著。自填氧化钨成本较Gerhart原装低，可以考虑作为替代耗材，用以节约成本。综上，Elemental 原装锡纸可能是影响两种仪器检测结果差异的原因之一，具体原因还有待进一步研究。