王 磊 李艷紅＊ 袁 婕

（1新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊830054；2新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830054）

0 引言

土壤肥沃的重要評(píng)定指標(biāo)之一是土壤中氮的含量，氮在土壤中被認(rèn)為是限制植物生長(zhǎng)和最易耗竭的營(yíng)養(yǎng)元素之一，土壤氮含量的多寡直接影響土壤的肥力［1］。測(cè)定土壤中元素的方法很多［2－3］，但分析土壤中全氮的報(bào)道不多。隨著現(xiàn)代儀器的發(fā)展，凱氏定氮法在教學(xué)、科研和生產(chǎn)實(shí)踐中有著極為廣泛的應(yīng)用［4－5］。凱氏定氮儀普遍被各類實(shí)驗(yàn)室接受，用于土壤全氮，飼料粗蛋白等的測(cè)定［6］?，F(xiàn)在盡管有很多先進(jìn)的自動(dòng)或半自動(dòng)凱氏定氮儀，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蒸餾，自動(dòng)滴定，但由于干旱區(qū)土壤鹽漬比較嚴(yán)重、含氮量的匱乏導(dǎo)致操作方法以及各試劑的用量與一般的方法有所不同，基于此，對(duì)UDK159凱氏定氮儀測(cè)定干旱區(qū)土壤全氮含量的方法、實(shí)驗(yàn)中的影響因素進(jìn)行研究，為科研、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐提供一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和省時(shí)的氮含量測(cè)定方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

UDK159－全自動(dòng)型凱氏定氮儀（意大利VELP公司）；溫控消解器：DK8S消解爐（8孔）；萬分之一電子天平：檢定最大允許誤差±0.1mg；容量瓶（100mL，1L），移液管（10mL）。

1.2 試劑

實(shí)驗(yàn)所用水系二次蒸餾水，試劑均系分析純?；旌洗呋瘎↘2SO4∶CuSO4＝10∶1，磨碎混勻）、氫氧化鈉溶液（350～400g／L）、硼酸溶液（40g／L）、混合指示劑（甲基紅∶溴甲酚綠乙醇溶液＝0.7∶1）、鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.100 0和0.100 6mol／L）、硫酸銨（氮含量為21.19%）。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

在室溫下，土壤樣品與催化劑和濃硫酸一同加熱消解，使土壤中有機(jī)物質(zhì)的氮分解，分解成氨的形式與硫酸結(jié)合成硫酸銨分子。然后在堿性條件下蒸餾使氨游離，用硼酸吸收后再以鹽酸或硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，根據(jù)消耗的酸量，計(jì)算出氮的含量。

1.4 試樣采集與處理

實(shí)驗(yàn)所用樣品均來自于干旱區(qū)艾比湖濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，采集土壤樣品（500袋），將土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過篩（0.25mm）、標(biāo)記和裝袋密封處理。

1.5 實(shí)驗(yàn)步驟

1.5.1 樣品處理

準(zhǔn)確稱取樣品2.000 0g土壤樣品倒入消解管中，加入7.0g混合催化劑，用量筒量取20mL硫酸緩慢倒入消解管并混勻。將消解管置于溫控消解器上，起初應(yīng)先設(shè)置好溫控消解器程序。加熱過程：在150℃下加熱10min（去除樣品水分），350℃下加熱10min（接近硫酸沸點(diǎn)），420℃下加熱60min（充分消解樣品）。最后直至消解溶液呈清亮透明，此為CuSO4溶液的顏色。最后待樣品液冷卻后（50～60℃），可用全自動(dòng)凱氏定氮儀進(jìn)行蒸餾滴定（滴定時(shí)間一般為5min）。

1.5.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定

稱取0.200 0g于270～300℃灼燒至恒重的基準(zhǔn)無水碳酸鈉，溶于50mL水中，加10滴溴甲酚綠－甲基紅混合指示劑，用配好的鹽酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榛壹t色，煮沸2min，冷卻后繼續(xù)滴定至溶液再呈現(xiàn)灰紅色。終點(diǎn)記錄鹽酸溶液的用量，同時(shí)做一空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。鹽酸溶液的濃度計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：C（HCl）——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液之物質(zhì)的量的濃度，mol／L；

m——無水碳酸鈉之質(zhì)量，g；

V1——鹽酸溶液之用量，mL；

V2——空白實(shí)驗(yàn)鹽酸溶液之用量，mL；

1.5.3 測(cè)定土壤樣品

首先進(jìn)行儀器的檢查，再進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，其次檢查各容器中氫氧化鈉、硼酸、蒸餾水等表液是否足夠，打開冷凝水管，開啟電源開關(guān)，儀器預(yù)熱5min后，進(jìn)行自檢，設(shè)定空白、硫酸氨溶液及待測(cè)樣品的參數(shù)（重量、方法、組數(shù)、編號(hào)等），設(shè)定好后進(jìn)行空白溶液及硫酸氨溶液的測(cè)定，待硫酸氨校正值氮測(cè)定值為（21.19±0.2）%時(shí)，進(jìn)入樣品檢測(cè)。即放入冷卻并且消解好的樣品，即可自動(dòng)蒸餾、滴定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)酸消耗量進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，得出結(jié)果，導(dǎo)出數(shù)據(jù)。土壤中全氮計(jì)算公式如式（2）所示。

式中：V—滴定試液時(shí)所用的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；

V0—滴定空白時(shí)所用的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；

C—鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度，mol／L；

14—氮原子的摩爾質(zhì)量，g／mol；

M—風(fēng)干試樣質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解時(shí)間的選擇

為考察混合法是否已把土壤中的有機(jī)物完全消解，首先對(duì)消解時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表1。由表1可以看出，消解時(shí)間過短（10～20min），則土壤樣品未完全消解，致使檢測(cè)結(jié)果偏低；時(shí)間過長(zhǎng)（40～60min），測(cè)定結(jié)果也會(huì)偏低，梁芳珍等［6］研究表明可能是因?yàn)樾〔糠值S水蒸汽一起逸出引起的。消

表1 消解時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響Table 1 Effect of digestion time on the determination of TN（n＝4） ／%

2.2 濃硫酸用量的選擇

準(zhǔn)確稱取2.000 0g的土壤樣品，加7.0g混合催化劑，改變濃硫酸的用量，按混合法消解30min，測(cè)土壤中全氮含量（表2）。結(jié)果表明：濃硫酸用量小于或等于5mL時(shí)，無法滿足消解過程中所需要的酸用量，硫酸燒干與消解管緊貼，消解管中土壤樣品發(fā)生碳化，最終造成測(cè)定結(jié)果偏低；當(dāng)硫酸用量大于或等于25mL時(shí)，由于硫酸過量，儀器自動(dòng)蒸餾時(shí)加入的氫氧化鈉溶液會(huì)引起劇烈的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中和反應(yīng)，導(dǎo)致大量放熱，瞬間產(chǎn)生大量氨氣無法完全冷凝吸收，導(dǎo)致裝置漏氣，以至于使結(jié)果偏低，甚至滴定不準(zhǔn)確。因此，對(duì)于干旱區(qū)凱式定氮儀對(duì)全氮測(cè)量中硫酸用量應(yīng)控制在10～15mL。解30min所測(cè)平均結(jié)果基本一致、平均偏差為0.001 0%、變異系數(shù)最為0.008 8，表明土壤中有機(jī)物在30min已完全消解，因此實(shí)驗(yàn)選擇消解時(shí)間為30min，所測(cè)干旱區(qū)土壤中氮含量為（0.260±0.003）%（P＝0.95）。

表2 濃硫酸用量不同對(duì)總氮測(cè)定結(jié)果的影響Table 2 Effect of the volume of concentrated sulfuric acid on the determination of TN ／%

2.3 精密度實(shí)驗(yàn)

精密度實(shí)驗(yàn)是以氮含量為21.19%的分析純硫酸銨為樣品，硫酸銨在105℃的烘箱中烘3h，冷卻后稱樣并直接蒸餾，測(cè)量其氮含量。分別測(cè)定6次，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表3。由表1～6樣品可知，測(cè)得的結(jié)果基本一致，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.092%～0.11%，說明儀器正常，并且本方法的準(zhǔn)確度符合GB／T 8572—2001中規(guī)定的同一實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不大于0.30%的要求。

表3 測(cè)定干旱區(qū)土壤全氮含量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3Analytical results of TN in soil samples in arid area（n＝6） ／%

3 結(jié)語

通過對(duì)混合法測(cè)定干旱區(qū)土壤中全氮含量條件的優(yōu)化，硫酸用量在10～15mL時(shí)為最佳酸用量，有機(jī)物在30min時(shí)已完全消解；NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗體積設(shè)定在50mL；干旱區(qū)土壤中氮一般含量為（0.260±0.003）%。

采用改進(jìn)凱氏定氮法，消解裝置可以縮短消解時(shí)間，節(jié)約試劑的使用，明顯減少了CO2，SO2，SO3等氣體的排放量，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

［1］方萬東 .氮元素在生物－地球－化學(xué)循環(huán)過程中的生態(tài)環(huán)境問題［J］.陜西教育學(xué)院學(xué)報(bào)，1999（2）：85－87.

［2］徐子優(yōu) .固體直接進(jìn)樣石墨爐原子吸收法測(cè)定土壤中鎘元素［J］.中國(guó)無機(jī)分析化學(xué)，2013，3（3）：8－12.

［3］趙春燕 .離子色譜法測(cè)定東下馮遺址土壤中的無機(jī)陰離子［J］.中國(guó)無機(jī)分析化學(xué)，2012，2（3）：22－23，34.

［4］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 5009.5—2003食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［5］王雅 .蛋白質(zhì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)的研究［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，24（4）：58－59.

［6］梁芳珍 .無腺體棉仁蛋白粉kjeldahl定氮法的有效消解劑［J］.中國(guó)油酯，1999，22（5）：36.