CN103411965B - 一种方便快速测定植物物料含氮率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测定物质元素含量的方法，具体是一种方便快速测定植物物料含氮率的方法。针对植物物料有机碳含量高，氮元素主要以有机氮形式存在的特点，本发明联合浓硫酸消化-双氧水脱色-纳氏试剂显色-标准曲线对比的思想，本发明省去凯氏定氮法中碱化蒸馏、硼酸吸收、酸滴定三个步骤，结合纳氏试剂分光光度法测定植物物料含氮率，操作简单、仪器简单、试剂易得，使植物物料含氮率的测定变得方便快捷，另外，安全性高、结果准确、节约试剂、绿色环保，具有显著的社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于分析化学领域，涉及一种测定物质元素含量的方法，具体是一种方便快速测定植物物料含氮率的方法。
背景技术
传统的测定植物物料含氮率的方法是凯氏定氮法，该方法需要专门的凯氏定氮仪器，且步骤繁琐，耗时较长。现代化测定有机物料总氮含量的仪器设备价格昂贵，护养繁琐，存放条件要求高，难以在普通实验室和生产单位中广泛应用。古昌红在《微波消解-纳氏试剂分光光度法测定土壤中总氮》（重庆工商大学学报(自然科学版)2010年12月第27卷第6期，613-616页）一文中介绍了采用微波消解对土壤样品中的氮进行前处理，然后用纳氏试剂分光光度法测定总氮的方法。微波加热时样品是高压密闭容器内进行，强度过高，时间过长，会超出溶样杯的缓冲能力，发生危险；强度低了，消解不完全。因而消解强度及消解时间不易控制。袁静,张益民,陈蕾等在《修正的凯氏法-纳氏试剂光度法测定固体废物中总氮》（环境监测管理与技术，2007年12月，第19卷第6期，36-39页）一文中介绍了一种采用修正的凯氏法消解、凯氏定氮仪定氮、纳氏试剂分光光度法测定固体废物中的总氮的方法。该方法消解液配置繁琐，消解时间长，消耗大量碱液，需要专门的凯氏定氮仪的消解和蒸馏装置。这两种方法都直接采用铵离子做纳氏试剂的标准曲线，没有考虑到有机氮在测定过程中的的损耗以及消解液中其他成分对纳氏试剂显色效果的影响。于是研制一种方便快速测定植物物料含氮率的方法具有十分重要的意义。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种操作简单、仪器简单、安全性高、碱液用量少、排除其他成分干扰从而得出准确结果的用于测定植物物料含氮率的方法。
为实现此目的，本发明采用如下技术方案：
一种方便快速测定植物物料含氮率的方法包括浓硫酸消化、双氧水脱色、纳氏试剂显色、标准曲线对比；
（1）浓硫酸消化：植物物料在高温加热的浓硫酸的作用下进行消化，降解植物物料的有机物，使大量有机碳转化成CO2排出，同时使有机氮转化为无机的铵离子；
（2）双氧水脱色：滴加双氧水除去剩余的有机碳，使溶液脱色，同时缩短浓硫酸消化所需时间；
（3）纳氏试剂显色：消解结束后，消解液定容，然后取出定量的消解液用碱液中和，再用纳氏试剂与铵离子显色，在420nm处测吸光度；
（4）标准曲线对比：同时用尿素作为标准物质，按相同步骤，做出有机氮标准曲线，对照标准曲线计算得出待测植物物料中的总氮含量。
所述的方法的具体步骤如下：
（1）植物物料的预处理：植物物料在70~110℃烘干至恒重，测定干物质含量,记为c,用研钵将烘干的物料研磨成细粉末状，过0.25~0.5mm筛；再次烘干后用精密电子天平精确称取0.1~0.5g,记为W,烘干植物样品加入20mL刻度试管中；
（2）浓硫酸消化：加入5~10ml浓硫酸，用酒精灯加热刻度试管底部的浓硫酸到起泡冒烟，直到无明显颗粒，浓硫酸开始气泡冒烟时计时，消化3~5分钟；
（3）双氧水脱色：趁热缓慢滴加0.5~1.0ml双氧水，用酒精灯稍微加热使其冒泡反应，再次滴加双氧水，重复以上步骤，直到硫酸消化液无色，再将消化液加热，无细密气泡后继续加热2~5分钟，使双氧水完全分解；
（4）浓硫酸中和：加入蒸馏水并加到刻度试管的满刻度稀释消解液，再用移液枪精确吸取0.5~1ml稀释后的消解液于另一刻度试管中,并加5~10mL蒸馏水稀释，滴加氢氧化钠溶液，直至将消化液滴定至中性，（可用pH试纸、pH计、定量计算或其他方法检测）；
（5）纳氏试剂显色：加入蒸馏水并加到刻度试管的满刻度,加入0.1~0.2ml酒石酸钾钠溶液，摇匀，再加入1~2ml纳氏试剂，再次摇匀，显色10min～15min，420nm处测吸光度；
（6）标准曲线对比：同时用尿素作为标准物质，按相同步骤，绘制尿素有机氮标准曲线,把样品吸光度值代入吸光度与有机氮含量之间的直线方程，即有机氮标准方程,求出对应有机氮含量,记为X,按下式求出原植物样品的含氮率Y：
Y=cXt/W*100%
其中Y——所求原植物样品的含氮率
c——原植物样品的干物质含量
X——样品吸光度值代入有机氮标准方程求出的有机氮含量
W——精确称取的烘干植物样品的质量。
所述绘制尿素有机氮标准曲线的具体步骤如下：
a用烘干的高纯度尿素配置成有机氮标准溶液，记录其有机氮浓度。用移液枪精确吸取一定梯度体积的有机氮标准溶液分别加入不同的刻度试管中，记录所加标准溶液体积。计算各试管中有机氮质量。
b~e同权利要求2中步骤（2）~（5）；
f以步骤a各试管有机氮质量为横坐标，步骤e相应吸光度为纵坐标绘制有机氮标准曲线，得出吸光度与有机氮含量之间的直线方程，即有机氮标准方程。
本发明用到的药品试剂有：浓硫酸、双氧水、蒸馏水，需配制的试剂有尿素标准溶液、5%~20%氢氧化钠溶液、酒石酸钾钠溶液、纳氏试剂。所述的双氧水浓度为30%，浓硫酸浓度高于95%，氢氧化钠溶液浓度为5%~20%，酒石酸钾钠溶液浓度为500g/l，所述的纳氏试剂为碘化汞钾溶液，所述酒石酸钾钠溶液、纳氏试剂根据DZ/T0064.57-1993配制。。
本发明用到的仪器设备有：精密电子天平（精确到0.0001g）、烘箱、研钵、刻度试管、试管夹、酒精灯、胶头滴管、移液枪和分光光度计（测量波长范围包括420nm），所述的刻度试管刻度值为20ml。
本发明的原理是：用加热的浓硫酸降解植物物料的有机物，使大量有机碳转化成CO2排出，同时使有机氮转化为无机的铵离子，再用双氧水除去剩余的有机碳，使溶液脱色。消解结束后，消解液定容，然后取出定量的消解液用碱液中和，再与纳氏试剂显色，在420nm处测吸光度。同时用尿素作为标准物质，按相同步骤，做出有机氮标准曲线。对照标准曲线即可求出待测植物物料中的总氮含量。
本发明方法步骤设计的优点是：
针对植物物料有机碳含量高，氮元素主要以有机氮形式存在的特点，本发明联合浓硫酸消化-双氧水脱色-纳氏试剂显色-标准曲线对比的思想，省去凯氏定氮法中碱化蒸馏、硼酸吸收、酸滴定三个步骤，结合纳氏试剂分光光度法测定植物物料含氮率。
双氧水脱色能够缩短浓硫酸消化所需时间，酒石酸钾钠的加入可以使其和样品里的金属离子作用,将其掩蔽,防止金属离子和纳氏试剂络合而干扰测定。纳氏试剂在pH7左右时吸光值较高，因此浓硫酸消解双氧水脱色后，在样品显色之前要将其pH调至中性。显色的稳定情况对测定结果影响较大。经实验测定，在室温20℃下，显色时间不足10min,溶液显色不完全，吸光度随显色时间的增加而增大；显色时间在10min～30min时吸光度几乎无变化，显色较稳定；显色时间超过30nin后，吸光度总体呈增大趋势。因此本发明选定显色时间10min~15min.采用尿素作为标准物质做纳氏试剂的标准曲线，避免了采用铵离子做纳氏试剂的标准曲线测定过程中的有机氮的损耗以及消解液中其他成分对纳氏试剂显色效果的影响。
本发明具有以下突出优点：
（1）仪器简单。本发明仅使用了分析天平、烘箱，刻度试管、试管夹，酒精灯，移液枪，分光光度计等仪器，均为普通实验室或生产单位常见仪器，不需要购买昂贵设备。
（2）安全方便。本发明的操作方法有称量、加热、稀释、测吸光度等，均为简易操作，无危险性，操作方便，容易熟练掌握。
（3）结果准确。本发明利用纳氏试剂显色后用分光光度计测吸光度，不仅快速而且数据精确可靠。
（4）快速高效。本发明熟练掌握后单个样品可在30分钟内测定完毕，而且多个样品可以同时测定。效率远远超过了传统的凯氏定氮法。
（5）节约试剂。本发明在样品经浓硫酸消化后，仅取用少量消解液用于后续步骤的碱液中和。凯氏定氮法使用大量高浓度碱液中和浓硫酸，而本发明碱液使用量不足传统方法的1/40。
具体实施方法
本发明以巨菌草样品为例进一步阐述本发明的一种具体实施方法，本发明包括但不限于以下实施例。以下实施例为本发明较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应本发明的涵盖范围。
仪器设备：精密电子天平（精确到0.0001g）、烘箱、研钵、刻度试管、试管夹、酒精灯、胶头滴管、移液枪、分光光度计（测量波长范围包括420nm）和pH试纸，所述的刻度试管刻度值为20ml。
药品试剂（百分数均指质量分数）：95%以上浓硫酸、30%双氧水、蒸馏水，需配制的试剂有尿素有机氮标准溶液、20%氢氧化钠溶液、酒石酸钾钠溶液、纳氏试剂。
试剂配制：
（1）纳氏试剂和酒石酸钾钠溶液(500g/l)：根据DZ/T0064.57-1993配制,所述的纳氏试剂为碘化汞钾溶液；
（2）尿素有机氮标准溶液：用精密电子天平（精确到0.0001g）称取0.4~0.6g烘干的尿素，加蒸馏水水溶解，定容到100mL；
（3）氢氧化钠溶液（20%）：称取20g氢氧化钠固体加蒸馏水溶解，定容到100mL；
尿素有机氮标准曲线的绘制：
（1）用移液枪吸取有机氮标准溶液0,00，0.04，0.08，0.12，0.16，0.20，0.24mL于20mL刻度试管中。
（2）向试管中加入5mL浓硫酸，用酒精灯加热刻度试管底部的浓硫酸到起泡冒烟，直到无明显颗粒，浓硫酸开始气泡冒烟时计时，消化5分钟；
（3）趁热缓慢滴加0.5ml双氧水，用酒精灯稍微加热使其冒泡反应，再次滴加双氧水，重复以上步骤，直到硫酸消化液无色，再将消化液加热，无细密气泡后继续加热2分钟，使双氧水完全分解；
（4）加水定容到满刻度，用移液枪吸取0.5mL打入另一20mL刻度试管，并加5mL蒸馏水稀释。
（5）滴加20%氢氧化钠溶液中和步骤（4）中刻度试管中的消解液，以pH试纸检测，直至将消化液滴定至中性。
（6）加入蒸馏水并加到刻度试管的满刻度，加入0.1mL酒石酸钾钠溶液，摇匀，再加入1mL纳氏试剂，再次摇匀。用1cm比色皿，显色12min，在420nm处测吸光度。
（7）以步骤（1）各试管有机氮质量为横坐标，步骤（6）相应吸光度为纵坐标绘制有机氮标准曲线，得出吸光度与有机氮含量之间的直线方程，即有机氮标准方程。
植物样品含氮率的测定：
（1）巨菌草样品在80℃烘干至恒重，测定干物质含量，记为c,用研钵将烘干的物料研磨成细粉末状，过0.25~0.5mm筛；再次烘干后用用精密电子天平精确称取0.1~0.5g,记为W,烘干植物样品于刻度试管中；
（2）加入5mL浓硫酸，用酒精灯加热刻度试管底部的浓硫酸到起泡冒烟，直到无明显颗粒，浓硫酸开始气泡冒烟时计时，消化5分钟，此时溶液为棕褐色。
（3）趁热缓慢滴加0.5ml双氧水，用酒精灯稍微加热使其冒泡反应，再次滴加双氧水，重复以上步骤，直到硫酸消化液无色，再将消化液加热，无细密气泡后继续加热2分钟，使双氧水完全分解；
（4）~（6）同尿素有机氮标准曲线的绘制的步骤（4）~（6）。
（7）把样品吸光度值代入吸光度与有机氮含量之间的直线方程可得步骤（1）样品的含氮质量。
按本发明内容测出出原巨菌草样品的含氮率0.98%。相同巨菌草样品用经典的凯氏定氮法测得值为1.00%，误差小于统计学上规定的5%。因此本发明的方法可用于植物样品含氮率的测定。
本发明创造性地采用浓硫酸消化-双氧水脱色-纳氏试剂显色-标准曲线对比相结合的方法测定植物物料中的含氮率（检出率较高，96%~98%），所用仪器设备简单，药品试剂常见，碱液使用量不足传统方法的1/40，所需时间30分钟以内，可实现多个样品同时测量，相对标准偏差小，结果准确率高，稳定性高，使普通实验室或生产单位无需购买凯氏定氮法专用仪器或其他测定含氮量的仪器设备，即可用本方法方便快捷地测定植物物料中的含氮率。
Claims (3)
1.一种方便快速测定植物物料含氮率的方法，其特征在于：所述的方法的具体步骤如下：
（1）植物物料的预处理：植物物料在70~110℃烘干至恒重，测定干物质含量,记为c,用研钵将烘干的物料研磨成细粉末状，过0.25~0.5mm筛；再次烘干后用精密电子天平精确称取0.1~0.5g,记为W,烘干植物样品加入20mL刻度试管中；
（2）浓硫酸消化：加入5~10ml浓硫酸，用酒精灯加热刻度试管底部的浓硫酸到起泡冒烟，直到无明显颗粒，浓硫酸开始气泡冒烟时计时，消化3~5分钟；
（3）双氧水脱色：趁热缓慢滴加0.5~1.0ml双氧水，用酒精灯稍微加热使其冒泡反应，再次滴加双氧水，重复以上步骤，直到硫酸消化液无色，再将消化液加热，无细密气泡后继续加热2~5分钟，使双氧水完全分解；
（4）浓硫酸中和：加入蒸馏水并加到刻度试管的满刻度稀释消解液，再用移液枪精确吸取0.5~1ml稀释后的消解液于另一刻度试管中，并加5~10mL蒸馏水稀释，滴加氢氧化钠溶液，直至将消化液滴定至中性；
（5）纳氏试剂显色：加入蒸馏水并加到刻度试管的满刻度,加入0.1~0.2ml酒石酸钾钠溶液，摇匀，再加入1~2ml纳氏试剂，再次摇匀，显色10min～15min，420nm处测吸光度；
（6）标准曲线对比：同时用尿素作为标准物质，按相同步骤，绘制尿素有机氮标准曲线，把样品吸光度值代入吸光度与有机氮含量之间的直线方程，即有机氮标准方程,求出对应有机氮含量，记为X，按下式求出原植物样品的含氮率Y：
Y=cX/W×100%
其中Y——所求原植物样品的含氮率
c——原植物样品的干物质含量
X——样品吸光度值代入有机氮标准方程求出的有机氮含量
W——精确称取的烘干植物样品的质量。
2.根据权利要求1所述的方便快速测定植物物料含氮率的方法，其特征在于：所述步骤（6）中绘制尿素有机氮标准曲线的具体步骤如下：
a用烘干的高纯度尿素配置成有机氮标准溶液，记录其有机氮浓度，用移液枪精确吸取一定梯度体积的有机氮标准溶液分别加入不同的刻度试管中，记录所加标准溶液体积，计算各试管中有机氮质量；
b~e同权利要求1中步骤（2）~（5）；
f以步骤a各试管有机氮质量为横坐标，步骤e相应吸光度为纵坐标绘制有机氮标准曲线，得出吸光度与有机氮含量之间的直线方程，即有机氮标准方程。
3.根据权利要求1所述的方便快速测定植物物料含氮率的方法，其特征在于：所述的双氧水浓度为30%，浓硫酸浓度高于95%，氢氧化钠溶液浓度为5%~20%，酒石酸钾钠溶液浓度为500g/l。
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