微波消解-纳氏试剂比色-分光光度法测定烟叶中的总氮含量

郭 敬，杨小秋

（1.中国计量科学研究院，北京 100013；2.江汉大学光电化学材料与器件省部共建教育部重点实验室，湖北 武汉 430056）

0 引 言

烟草中总氮量和其中各种类型的氮化合物含量之间有着密切的相关性，总氮含量高的烟叶，往往其他的氮化合物含量亦高。各种氮化合物成分在烟草加工过程中也发生各种复杂的化学变化，直接影响到烟叶品质，因此，总氮量的测定对鉴别烟质好坏具有一定意义。经典的总氮测定方法是把样品放在凯氏烧瓶中，加入硫酸和催化剂消解，然后再加入强碱中和并释放出氨，蒸出的氨被稀硫酸溶液吸收，再反滴定测出总氮含量[1]。还有报道用硫酸和双氧水消解样品然后用氨气敏电极测定氨态氮[2]，近来也有应用近红外光谱法实时测定样品中的总氮含量的报道[3-4]。烟草行业测定总氮的传统方法是在线用催化剂把烟草中的有机氮转化为氨氮，然后用水杨酸显色，用流动分析仪来进行测定[5]，只是设备比较昂贵，一般的实验室条件不太具备。本文利用硫酸-双氧水微波消解样品，纳氏试剂显色在分光光度计上进行测定。

1 材料和方法

1.1 材料及试剂

紫外可见分光光度计UV240-1PC（岛津）；AutoAnalyzer 3流动分析仪（SEAL公司）；微波消解系统 MARS5（microwave accelerate reaction system 5，CEM公司）；氨氮标准溶液（N含量为1.000g/L，上海市计量测试技术研究院），使用时逐级稀释；国家标准物质GBW08514a（中国烟草总公司青州烟草研究所，中国计量科学研究院）；浓硫酸，30%的双氧水，50%的酒石酸钾钠溶液（称取50g的酒石酸钾钠，溶解于100mL水中煮沸以除去氨，放冷待用），氢氧化钠，碘化钾和碘化汞等。以上试剂均为分析纯。

1.2 实验方法

（1）样品的处理。准确称取干燥粉碎的烟叶粉末0.2 g于微波消解罐中，加入少量水润湿，分别加入6 mL浓硫酸，4 mL 30%的双氧水，按照以下步骤消解：（1）压力 30 Pa，温度 110℃，6 min；（2）压力 60 Pa，温度 150 ℃，8 min；（3）压力 90 Pa，温度170 ℃，6min；（4）压力 120Pa，温度 140℃，5min。消解结束后，消解液清亮无色，转移至100mL容量瓶，定容待测。

（2）纳氏试剂的配置。称取16g氢氧化钠，溶于50mL蒸馏水中，充分冷却至室温。另称取10g碘化汞和7g碘化钾溶于水，然后将该溶液在充分搅拌的条件下缓慢注入上述氢氧化钠溶液中，并用无氨水稀释至100 mL，贮于聚乙烯塑料瓶中，常温避光保存，此溶液保存时间不应超过3个星期。

（3）标准曲线的绘制。分别取 0，1，2，3，4mL 的10mg/L的氨氮标准溶液于5个25mL比色管中，加入2 mL的50%的酒石酸钾钠，1.5 mL的纳氏试剂，定容于25mL，摇匀，10min后于420nm波长处在紫外可见分光光度计上测定。以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，得到曲线方程y=0.2203x-0.0024，相关系数 r2=0.999。

（4）样品的测定。移取0.5mL（1）中消解后的溶液，放入25mL比色管中，加入2滴30%的NaOH溶液，中和溶液中的酸并且调节溶液的pH值为碱性，加入2 mL的50%的酒石酸钾钠，1.5 mL的纳氏试剂，定容于25 mL，摇匀反应10 min后于420 nm波长处在紫外可见分光光度计上测定吸光度，带入（3）中的标准曲线方程，换算出浓度。总氮的百分含量计算公式如式（1）：

式式：C样——样品的测定浓度；

m样——样品称样质量；

W水——样品含水率。

2 结果与讨论

2.1 样品消解方法的选择

总氮测定经典的消解方法是放在凯氏烧瓶中加酸消解，耗时长且不安全，也有放在石墨炉中用消化管来消解的，消解时间也比较长。用微波消解系统，在加压且密闭的环境中进行，可以减少外界污染的影响，且消解时间大大缩短，一般30min就可以消解完全。

2.2 样品测定的影响因素

2.2.1 pH值和温度

氨氮在强碱性条件下才能与纳氏试剂形成红棕色胶状化合物，本文的样品是用硫酸和双氧水消解的，所以加入纳氏试剂前要先用氢氧化钠来调节pH，加入35%的氢氧化钠溶液3滴，混匀反应，使样品的pH范围在11.8～12.8之间[6]。温度对反应有影响，温度太低，酒石酸钾钠溶液结晶现象严重，对标准系列的吸光度影响不大，但是样品吸光度与常温测定时比较则会下降50%左右。可能是酒石酸钾钠结晶后使之浓度降低，对样品溶液中的掩蔽作用减弱，使样品测定的结果有些异常，所以本实验最好是在常温20℃下进行。

2.2.2 纳氏试剂的显色时间

纳氏试剂显色时间对氨氮测定结果的影响是显色时间低于5min，反应不完全，吸光度偏低。10～30min显色比较稳定，大于30min溶液易生产沉淀，且会褪色，也会使吸光度降低。

2.2.3 酒石酸钾钠的掩蔽作用

消解后的样品在加入氢氧化钠中和掉多余的酸，加入适量的酒石酸钾钠来对样品中的其他杂质离子进行掩蔽，否则就会产生棕红色的沉淀，对样品测定的准确性有很大影响，0.5 mL的消解液加入2 mL的50%的酒石酸钾钠溶液可以有效防止沉淀的产生。

2.3 精密度

称取3个样品进行消解和测定，每个样品平行测定5次，测得5次试验的相对标准偏差分别为8.72%，3.62%，2.36%，说明本方法仪器测定的精密度比较好。

2.4 检出限

样品空白重复测定11次，得标准偏差SD为0.0049，试验方法（3）中测得标准曲线的斜率为0.2203，仪器的检出限为

仪器检出限=3×SD/标准曲线的斜率=

方法的检出限为

实验方法检出限=仪器检出限×

式中：50——稀释倍数；

10-6——单位换算系数。

方法的检出限低于烟草中总氮的平均含量2%。

2.5 与烟草行业标准方法测定结果对比

分别称取两种烟叶样品进行处理和测定，测定的平均值与烟草行业标准方法[7]使用AutoAnalyzer 3流动分析仪进行测定的结果相对比，对比结果如表1所示。

表1 与烟草行业测定标准结果对比

从表1可以看出，本文的方法与烟草行业标准推荐的方法测定结果相对误差小于10%，说明该方法测定的结果与烟草行业标准测定的结果比较相符。

2.6 样品分析

分别称取国家标准物质GBW08514a和5个取自全国几个省份的烟叶样品，并在样品中加入了一定量的氨氮标准溶液，做加标回收试验，结果见表2。

表2 样品测定结果

本方法应用于国家烟草标准物质GBW08514a中总氮的测定，测试结果在真实值的误差允许范围内，样品加标回收率在89%～115%之间，说明该方法的准确性较好。

3 结束语

本文将纳氏比色测定水中氨氮的方法应用于烟叶中总氮的测定，用硫酸和双氧水消解样品，使样品中的总氮转化为氨氮，并且把传统的用凯氏烧瓶消解的方式改进为微波消解。实验步骤简单，操作方便，RSD在2.36%～8.72%之间，准确度好，可用于大批样品的测定，还可以推广应用于其他植物样品中总氮含量的测定。

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