凯氏定氮仪和蒸馏装置测定有机肥原料总氮的方法比对研究

崔立娇

(德州市畜牧兽医事业发展中心，山东 德州 253012)

随着技术发展和仪器更新，总氮含量测定已由最初的烧瓶式半微量蒸馏装置发展到现在的全自动凯氏定氮仪,广泛用于食品、动植物组织、饲料以及土壤等成分复杂样品的蛋白质含量测定[1]。赵秋利[2]研究指出，蘑菇渣类食用菌废弃物和污泥高温好氧堆肥可以将两者有效资源化利用。草炭灰主要分布在北方地区，其质轻、持水、透气，富含的有机质被土壤微生物分解后，可较长时间供给植物生长所需养分，可制成颗粒肥料、发酵肥料和生物菌肥料等有机肥，并改善土壤。刘杰等[3]采用杏鲍菇菇渣蚓粪和草炭按1∶1配成的复合基质种植番茄，增产和提高品质效果最好。姚文英等[4]研究了不同有机肥用量树叶复混基质对西葫芦的育苗效果，筛选出可以降低成本的最佳配方是有机肥用量为10%的树叶复混基质(树叶∶菇渣为2∶1)代替草炭。本试验通过对蘑菇渣和草炭灰总氮含量的分析，以期为企业生产有机肥料和农业施用提供有效数据，为堆肥技术大面积推广应用提供参考和依据，从而促进绿色种养循环农业高质量发展。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

福斯KjeltecTM8400凯氏定氮仪；定氮蒸馏装置(主要包括蒸馏烧瓶、防溅球管、滴液漏斗、冷凝管、带双连球锥形瓶)；DigiBlock ED54消煮炉。

1.1.2 试剂耗材

硫酸、盐酸、过氧化氢、硼酸、甲基红、溴甲酚绿、无水碳酸钠基准物质、硫酸铵质控样等试剂，均为国药集团生产的优级纯，氢氧化钠为天津科密欧生产的分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 方法原理

有机肥料中的有机氮经硫酸-过氧化氢消煮，转化为铵态氮。碱化后蒸馏出来的氨用硼酸吸收液收集，通过盐酸标准溶液滴定，计算出样品总氮含量。

1.2.2 可行性分析

2种方法测定原理相同，采用的样品前处理相同，没有改变检测的基本化学反应，只改变仪器设备使用，所以并不影响试验反应进行。

1.2.3 试验设计

同时使用2种仪器分别对质控样品硫酸铵、待测样品蘑菇渣和草炭灰，进行5次平行结果的测定，计算其平均值、相对偏差、标准偏差和相对标准偏差，以及质控样品回收率范围。所得数据进行单因素方差分析。

1.3 样品制备

将纯度>99.9%的质控样品硫酸铵，置于105℃烘箱中烘干4h至恒重，然后放在干燥器中冷却。将风干试样蘑菇渣和草炭灰粉碎，过0.25mm(60目)尼龙筛装袋备用。

1.4 样品前处理与测定

准确称取质控样品和待测样品1.0g置于250mL消化管底部，加2.5g催化剂(五水硫酸铜∶硫酸钾为1∶9)，然后加入10mL浓硫酸和1.5mL 30%过氧化氢，瓶口放一弯颈漏斗浸泡过夜。在消煮炉上缓慢升温至硫酸冒烟，稍冷加15滴过氧化氢，加热10min，稍冷后再加10滴过氧化氢分次消煮，直至消解完全变澄清透明后，继续加热10min以除尽剩余的过氧化氢。加水至25mL再加热至沸。冷却后用纯水冲洗弯颈漏斗，洗液并入消化管。将消煮液转入100mL容量瓶中，加纯水定容摇匀。同法同时制备试样空白溶液。

组装好定氮蒸馏装置后先检查气密性，再空蒸清洗管道。吸取待测消煮清液20.0mL于蒸馏烧瓶内，加入200mL水。加入10mL 2%硼酸-定氮指示剂混合液于250mL三角瓶内承接于冷凝管下端。用筒形漏斗向蒸馏烧瓶内加入25mL质量浓度为40%的氢氧化钠溶液，加热蒸馏至冷凝管口的冷凝液无碱性时结束蒸馏。用标定好的0.05mol·L-1盐酸标准溶液滴定馏出液，由蓝色刚变至紫红色为滴定终点。

凯氏定氮仪先空蒸清洗管道，吸取待测消煮清液20.0mL于消化管内，自动完成蒸馏、滴定和计算，大约4min。

1.5 准确测定需注意事项

样品放入消化管时不要沾附管壁上。如有沾附可用少量水冲下，以免待测样消化不完全，结果偏低。消化时应注意旋转消化管，将附在管壁上的碳粒冲下，对样品进行彻底消化。如硫酸加入量不够，过多的硫酸钾会引起氨的损失，结果偏低。过氧化氢作为氧化剂，有助于有机物消化，并消除消化过程中的气泡现象。向蒸馏器瓶加入浓碱时，如无褐色沉淀物出现，说明氢氧化钠加入量不足，结果偏低。保证定氮蒸馏装置处于密封系统。包括蒸馏器是否漏气，消化管与蒸馏器接口是否紧密、出气孔是否漏气。蒸馏时，蒸汽要发生平稳充足，氨的流出速度一定要小于冷凝管中的凝结速度，避免气化的氨来不及被硼酸吸收，结果偏低。蒸馏中不得停火断气，否则会发生倒吸。停止蒸馏时，为防止倒吸应先将冷凝管下端提高液面并清洗管口，再蒸1min后关掉热源。硼酸吸收液的温度不应超过40℃，否则氨吸收减弱，结果偏低。冷凝管下端浸入吸收液中，否则蒸馏出来的氨气不能完全被吸收液吸收，结果偏低。

2 结果与分析

2.1 2种检测仪器测定结果的精密度和准确度比较

本试验采用硫酸铵作为质控样品，分别使用蒸馏装置和全自动凯氏定氮仪进行5次平行结果的测定，具体结果见表1，检测结果的精密度和准确度见表2。

表1 2种仪器测定质控样品的含氮量

从表1可知，蒸馏装置和全自动凯氏定氮仪对质控样品的测定结果均在标准值的允许限之内，表明2种仪器方法对质控样的分析结果可靠。从表2可知，蒸馏装置的精密度为1.05%，准确度为0.73%，全自动凯氏定氮仪的精密度为0.20%，准确度为0.09%。2种仪器检测精密度和准确度均较高，其中全自动凯氏定氮仪的重现性和准确性均优于蒸馏装置。

表2 2种仪器测定方法的精密度和准确度(n=5)

2.2 2种检测仪器测定质控样品的回收率比较

从表3可知，蒸馏装置测定质控样的回收率在97.83%以上，全自动凯氏定氮仪测定指控样回收率在99.62%以上，均能满足实验室质量控制要求。其中，与2种方法相对误差的分析结果一致，全自动凯氏定氮仪法的测定结果更准确。

表3 2种仪器测定方法的回收率(n=5)

2.3 2种仪器检测方法的差异显著性分析

选择2种有机肥原料蘑菇渣和草炭灰样品，分别使用蒸馏装置和全自动凯氏定氮仪对2种样品的总氮进行方法仪器对比试验，检测的试验数据见表4。

表4 2种有机肥原料样品中总氮含量

试验数据符合NY/T 525-2021中有机肥料平行样总氮含量<0.04%的允许绝对差要求。对检测结果进行单因素方差分析，结果显示P>0.05，故2种方法测定有机肥原料总氮的结果无显著性差异。

3 结论

采用蒸馏装置和全自动凯氏定氮仪测得的有机肥原料总氮含量无显著性差异。由于全自动凯氏定氮仪可自动完成蒸馏和滴定的步骤，相比蒸馏装置避免了很多影响测定结果准确的因素。全自动凯氏定氮仪不仅操作简便，而且具有结果准确、快速环保、重现性好的优点。当要求速度或分析同一类型的大批量样品时，采用这种方法很有效。