常见的肥料总氮含量测定方法探究

2024-03-09何婧芳

化工管理 2024年6期

何婧芳

(山西省检验检测中心(山西省标准计量技术研究院)，山西太原 030000)

0 引言

农业是历史最为悠久的产业之一，中国是传统的农业国家，农业是中国社会经济发展的支柱，同时也是中国社会经济发展与建设的基石[1]。目前，以手工劳作为主的传统农业模式已不能满足快速发展的经济需求，其产业结构逐步调整为现代化、科技化的生产方式，并且以不断推动科技创新来提高农业生产效率和改善农产品品质和安全。

化肥作为重要的生产资料，有利于提升土壤肥力、改善农作物品质、为农作物提供丰富的营养物质，是农作物稳产高产的关键所在[2]。化肥是指由多种化学元素组成的混合物，其含量较高的化学元素为氮、钾、磷[3]。目前，市面上常见的化肥包括氮肥、磷肥、钾肥以及含有两种营养元素以上的复合肥料。氮肥在提高作物生物总量、经济价值以及营养价值上发挥主要作用，磷肥和钾肥的主要作用为抗寒抗旱、抗病虫害和抗倒伏。

氮素是农作物生长的必需营养元素之一，且在整个生态系统中发挥着不可替代的作用[4]。目前，行业内检测肥料中总氮含量的方法有蒸馏后滴定法[5]、凯氏定氮仪法以及杜马斯燃烧法。后两种方法较传统方法而言，提高了检验效率，增强了操作便捷性[6]。本文主要以这三种测试方法为研究对象，比较其测试结果、准确度、回收率等，为准确科学地测定化肥中氮肥含量提供科学依据和理论。

1 材料与方法

1.1 样品选择与制备

化肥中包含诸多化学成分，其构成较为复杂，在实际应用过程中可以针对化肥类型、种类等采取适宜的采样方法来获得待检样品。本次以6个复混肥样品为研究对象，将样品缩分至1000 g左右，分装在2个塑料袋(瓶)中，每袋(瓶)500 g左右。1袋(瓶)作为检验样品，另1袋(瓶)作为备用样品。按照标准要求，将产品进行粉碎和过筛处理。

1.2 仪器与试剂

杜马斯定氮仪(D100型，山东海能)，凯氏定氮仪(K1100型，山东海能)。在实验过程中使用的化学试剂有硫酸、盐酸、铬粉、定氮合金、硫酸钾、硫酸铜、氢氧化钠、氢氧化钠标准滴定溶液、0.5 mol/L硫酸钠标准溶液、400 g/L氢氧化钠溶液、甲基红-亚甲基蓝混合指示剂、20 g/L硼酸溶液、甲基红-溴甲酚绿混合指示剂、尿素水溶液标物(N含量15.407%)、天冬氨酸标物(N含量10.52%)。实验用水为二级去离子水。

2 实验方法

2.1 蒸馏后滴定法

2.1.1 方法原理

采用定氮合金将碱性介质中的硝酸态氮进行还原处理，然后对其进行蒸馏操作将其中的氨析出，或将酸性介质中的硝酸盐还原成铵盐，在此基础上借助催化剂，采用浓硫酸进行消化，将有机态的氮、酰胺态的氮以及氨态氮转化为铵盐，进而从碱性溶液中将氨蒸馏出来。并采用过量硫酸实现对氮的吸收。在此基础上使用甲基红-亚甲基蓝混合指示剂，采用氢氧化钠标准滴定液实现返滴定。

2.1.2 测定方法

称取总氮含量不大于235 mg、硝酸态氮含量不大于60 mg的试料0.5～2.0 g。按照标准要求，根据样品中不同含氮形态选择适合的催化剂对样品进行处理。在完成消解的样品蒸馏瓶中加入一定量的水和防爆物，并将蒸馏装置进行科学连接，确保整个装置处于完好的密封状态。向接收器内加入0.5 mol/L硫酸溶液40 mL，再滴入混合指示剂4～5滴，并在滴液漏斗中加入规格为400 g/L氢氧化钠溶液20 mL，以及20～30 mL纯净水，在添加上述物料后，开始蒸馏操作。在完成蒸馏操作后，采用氢氧化钠溶液进行滴定，依据滴定体积对结果进行计算。

2.2 凯氏定氮仪法

2.2.1 方法原理

称取样品应考虑样品中的含氮量，样品含氮量高时，在尽量减小称量误差的前提下，应称取较少的样品，样品含氮量低时应称取较多样品，称取的样品中含氮量一般为15～50 mg氮最适宜。将取好的样品置于消化管内，根据氮形态的不同选择合适的催化剂。冷却至室温后，置于K1100全自动凯氏定氮仪中进行自动检测分析。

2.2.2 测定方法

将含氮量15～50 mg的样品消化后，置于定氮仪上，按照仪器操作规程规范操作。将反应过程中产生的氨气与水蒸气送至冷凝管中冷凝，然后将其收集到添加硼酸吸收液的接收杯中。最后采用自动滴定装置进行滴定，并对滴定酸消耗的体积进行计算，依据被消耗的体积计算出样品含氮量。

2.3 杜马斯燃烧法

2.3.1 方法原理

在富有氧气的环境中，样品在燃烧管中加热燃烧会生成杂质，可以采取合理的吸收剂进行吸收，进而将其去除。样品中的含氮物质会定量转变为分子氮，可采用热导检测器实现其含量的准确检测。

2.3.2 测定方法

称取质量为0、50、100、150、200、300、400 mg的天冬氨酸标准物质进行氮含量分析，每个重量称取至少3个(0除外)。用锡箔纸包裹密封后，置于进样盘，打开仪器运行稳定后，开始自动进样测试，绘制氮含量标准曲线，建立测试方法，重新开机后需使用已知氮含量的尿素标准物质对曲线进行校准，计算氮系数。称取氮含量150 mg左右的样品进行自动进样分析。

3 结果分析

3.1 不同方法测定肥料中氮含量的结果比较

在研究过程中，采用蒸馏后滴定法、凯氏定氮仪法、杜马斯燃烧法，测试6个复肥样品的氮含量，结果如表1所示。蒸馏滴定法是化肥中氮含量测试最经典，也是使用时间最久的化学分析法，但其过程复杂繁琐、需要大量化学试剂，不仅耗时费力，还可能带来一定危险。凯氏定氮仪法与蒸馏后滴定法的化学原理相同，但是其过程自动化、机械化，为实验室操作人员提供了极大便利，且安全高效、操作简单。杜马斯燃烧法整个操作过程更加便捷，在完成操作后无需对样品进行消化处理，在测试过程中不需要使用具有一定危险性的化学试剂，整个操作过程对设备和人员更加友好。杜马斯燃烧法自动化程度最高，不受氮形态的影响，氮转化效率更高。不同方法间测定结果的相对标准偏差在0.053%～0.269%之间，绝对差值在0.02%～0.06%之间，由于原理不同导致测定结果间略有差距，但符合要求、结果可靠。

表1 不同方法测试结果比较

3.2 不同方法测定肥料中氮含量的精密度和加标回收率

选择含氮量高低不同的复混肥料1、2、3号样品，采用不同方法开展加标回收实验和精密度实验，在实验过程中需要在相同条件下对每一种样品进行6次及以上的反复检测，并对检测结果进行计算。该检测结果如表2、表3所示。基于表2精密度检测结果可知，不同样品的氮含量其绝对差值处于0.05%～0.23%之间，符合标准方法中所要求的允许差0.30%，相对标准偏差(RSD)为0.149%～0.324%，加标回收率为97.28%～101.54%，表明三种方法都能够满足检验需求，精密度高且结果准确。