硫酸—过氧化氢法消化测定烟草中的总氮和钾含量

寇天舒 陈伟华 张艳芳等

摘要[目的]探索一种同时快速测定烟草中总氮和钾的方法，以提高烟草中总氮的消化速度，避免有毒氧化汞的使用。[方法]对连续流动法测定总氮的消解方法进行改进，选用5∶2（V∶V）的硫酸-过氧化氢混合液消解烟草样品，然后用连续流动分析仪同时测定总氮和钾，并与相关文献方法的测定结果进行数据比对。[结果] 选用5∶2（V∶V）的硫酸-过氧化氢混合液消解烟草样品，改进后此方法的消化时间相比原方法缩短约2 h，且可同时测定钾元素；方法的RSD小于3%，总氮和钾的平均加标回收率分别为98.2%、98.7%。[结论]采用改进的方法消解烟草样品，可减少消化时间，且重复性好、准确度高，可用于烟草中总氮和钾的快速批量测定。

关键词连续流动法；总氮；钾；硫酸-过氧化氢；消化

中图分类号S572文献标识码A文章编号0517-6611（2016）04-126-04

Determination of Total Nitrogen and Potassium in Tobacco by Sulfuric Acid–Hydrogen Peroxide Digestion Method

KOU Tianshu， CHEN Weihua*， ZHANG Yanfang et al （Technology Center of China Tobacco Hebei Industrial Co. Ltd.， Shijiazhuang， Hebei 050051）

Abstract[Objective] The aim was to explore a method for simultaneously and rapidly determining total nitrogen and potassium in tobacco， improve the digestion rate of TN， avoid the use of mercuric oxide. [Method] The digestion method of continuous flow to total nitrogen was improved.Sulfuric acidhydrogen peroxide with 5∶2（V∶V） was used to digest tobacco samples， TN and K was determined by continuous flow analyzer， the results were compared with literature method. [Result] The results showed that： The digestion time of improved method decreased two hours and could be used to determine K simultaneously； the RSD was lower than 3%， the average recoveries of TN and K were 98.2% and 98.7%， respectively. [Conclusion] Using the improved method for tobacco digestion is timesaving， accurate and repeatable， which can be applied for rapid determination of TN and K in tobacco.

Key wordsContinuous flow method； Total nitrogen； Potassium； Sulfuric acid–Hydrogen peroxide； Digestion

總氮和钾是各级烟草质检机构的日常检测项目之一，其含量是评价烟草及烟草制品品质的重要指标[1]。氮含量与卷烟烟气中主要有害成分的释放密切相关[2]，钾是烟草中主要的无机元素之一，也是评价烟叶燃烧性的重要指标。烟草中总氮的测定主要有连续流动法[3-6]、元素分析法[7]、化学发光法[8]和分光光度法[9]等，这些方法的前处理或简单或复杂，采用最多的是浓酸配合不同的催化剂消化，但相对都有一定的缺点。连续流动分析仪具有结构灵活、原理简单、速度快、成本低等优点，已成为烟草行业应用最普遍的分析仪器[10-11]。目前，烟草中总氮和钾的测定主要采用连续流动法[12-13]，总氮的测定采用浓硫酸配合催化剂氧化汞和硫酸钾消化烟草样品，氧化汞有毒，对人体和环境不利；钾采用水或5%的乙酸萃取，一些结合态的钾不能转变成钾离子，影响测定结果的准确度。在酸性条件下，过氧化氢的氧化性加强，且与酸混合后能降低酸的沸点，可迅速将样品中的有机质分解，配合硫酸等已广泛用于植物样品[14-15] 与水样[16]的消解中。李玲等[17]、汪长国等[18]用浓硫酸与过氧化氢混合消化液快速消解并测定了烟草中的蛋白质含量。

笔者参考前人研究，用浓硫酸-过氧化氢混合液对文献[12]的消化条件进行试验和改进，其原理是在浓硫酸及氧化剂过氧化氢的作用下，烟草中的有机含氮物质经过强热消化分解，氮被转化为氨，在碱性条件下，氨被次氯酸钠氧化为氯化铵，进而与水杨酸钠反应生成靛蓝染料并于波长660 nm处比色测定。该方法避免了剧毒氧化汞和干扰钾测定的硫酸钾的使用，并将整个消化过程缩短至1 h左右，消化液无需过滤，待测液同时可测定钾，方法准确、快速、环保。笔者采用浓硫酸-过氧化氢消化烟叶样品，同时结合连续流动分析法，旨在探索一种能同时快速测定烟草中总氮和钾的方法。

1材料与方法

1.1材料供试原料：国家标准物质烤烟标样GBW0862，青州烟草研究院；烟叶样品，河北中烟工业有限责任公司技术中心。

主要试剂：硫酸铵、硫酸钾、酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、氢氧化钠、水杨酸钠、亚硝基铁氰化钠、氯化纳、次氯酸钠（AR），国药集团；浓硫酸（AR），北京试剂厂；30%过氧化氢（AR），德国莫克；30%Brij35水溶液，德国布朗卢比公司。

主要仪器：AA3型连续流动分析仪，德国布朗卢比公司；控温消化器（DigiBlock EHD36），莱伯泰科（Lab Tech）；410 型火焰光度计，Sherwood 公司；AB204S电子天平（感量0.000 1 g），瑞士梅特勒公司；MilliQ Element纯水机，美国Millipore公司。

1.2方法

1.2.1浓硫酸-过氧化氢消化液的制备、消化与分析。量取200 mL 30%过氧化氢于1 000 mL烧杯中，将烧杯置于流动冷水浴中，缓慢加入500 mL浓硫酸，边加入边缓慢摇动，尽量控制溶液温度在50 ℃之内，以防止过氧化氢分解。

准确称取0.1 g烟末样品于50 mL消化管内，加入1 mL蒸馏水浸润样品，用定量加液器加入5 mL消化液，与样品同时做空白试验，置入控温消解仪上按以下程序消解：室温→250 ℃（保持10 min，取出冷却5 min，缓慢滴入0.5 mL 过氧化氢）→370 ℃（保持30 min）。完成消化后，取出稍冷后定容至50 mL，取适量样品进行连续流动分析，检测条件参照文献[12-13]。

1.2.2消解剂比例的优化。配制5∶1、5∶2、5∶3（V/V）的浓硫酸-过氧化氢混合液，称取0.1 g烤烟标样GBW0862烟草样品，分别加入5 mL不同体积比的消化液，置于消化器消化至溶液无色透明，定容后进行连续流动测定。

1.2.3消解过程的优化。选用烤烟标样GBW0862烟草样品，准确称取0.1 g样品于消化管内，用滴管加1 mL蒸馏水使样品湿润，用定量加液器加入5 mL消化液，置于消化炉上加热，约2～3 min后消化液沸腾，产生大量白色气体，固体颗粒很快分解溶化，管内液体呈无色。约10 min，消化炉温度升至约100 ℃时，反应趋于缓和且不再有气泡产生，继续升温至250 ℃并消煮10 min至管内硫酸回流，溶液呈浅黄色或褐色，取下稍冷，分别缓慢滴入0.5 mL 30% 的过氧化氢，接着升温至370 ℃后消煮30 min即可结束，消解液澄清透明，整个操作过程约1 h。

2结果与分析

2.1消解剂的选择 YC/T161-2002的消鲜方法用催化剂氧化汞和增温剂硫酸钾与浓硫酸混合消解烟末样品，消解前一次性加入，以提高消化液的沸点，加速有机物质分解。然后采取程序升温法：150 ℃保温1 h，370 ℃保持1 h，但是试验过程中发现，低温时浓硫酸使样品和加入物钝化，不能充分碳化，高温1 h回流时不能充分消解，试管壁上容易黏附黑色丝状的残留物，需要过滤方能测定。因此，该试验对YC/T 161-2002的消解方法进行了探索改进。

由于浓硫酸沸点较高，单纯用来消化样品颇为费时，为了避开可引入钾离子干扰的硫酸钾和有剧毒的氧化汞的使用，选用浓硫酸配合氧化剂消解烟末样品。常用的氧化剂有H2O2和高氯酸，浓硫酸-高氯酸法消解时间短但不稳定，氮易损失，因此该试验选择浓硫酸和氧化剂H2O2混合配比的消解剂。

2.2消解剂比例的确定通过连续流动法，测定不同消解剂比例的消化液中总氮和钾的含量。由表1可以看出，消解剂比例5∶2和5∶3的消化液均能使0.1 g烟末样品消解完全，但当比例为5∶1时需要加入2次过氧化氢才能消解完全，且高温保持时间较长（2 h）；比例为5∶2和5∶3时在高温阶段1次加入过氧化氢，只需保持约30 min消化液即变无色澄清，由于消解液需保持一定的酸度形成NH4+，最终选择5∶2（V/V）的浓硫酸-过氧化氢作为消化液。

2.3消解过程的优化以往报道中[14-15]，采用浓硫酸-过氧化氢法消解植株中总氮主要是将适量样品和浓硫酸加于消化管中放置过夜（或直接消化），先于消煮炉上加热至开始冒出大量白烟时，冷却并滴加数滴过氧化氢，振荡后继续放于消煮炉上加热至冒白烟沸腾，待白烟减少取出稍冷却，再滴加数滴过氧化氢继续消煮，如此反复，每次滴加的过氧化氢量均要比前次减少2滴，直至最后溶液澄清无色。此法消解过程每个样品需要加3～5 次过氧化氢才能使消化液清澈，繁琐费时，不适合批量样品的同时消解。目前，许多实验室使用远红外消化炉及其配套的消化管，采用程序升温，可克服浓硫酸-过氧化氢消化法的不足，因此该试验考察了预先加入浓硫酸和过氧化氢的混合液对消解过程和测定结果的影响。

采用过氧化氢和浓硫酸在低温下同时加入样品，这不仅减少了高温时加过氧化氢的次数，可使操作简便、节省时间，而且因为温度低而有效地防止了消化物溢出。由于开始消化时，管内硫酸浓度低，液体温度不高，虽然管内仍有较多过氧化氢存在，也不会造成氮素损失。

2.4工作曲线、重复性及回收率称取适量烘干的硫酸铵、硫酸钾配制成1 000 mg/L的含氮和钾的储备液，分别准确移取0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mL的储备液置于50 mL消化管中按文献[12]所述方法同样品一起消解定容，得到浓度为5、10、20、30、40 mg/L含氮、钾标准溶液。上机运行标准样品，得到标准工作曲线方程和相关系数分别为：y=1.006 3x-0.119 6（R2=0.999 8）、y=1.001 5x-0.186 5（R2=0.999 7）。

稱取烤烟标样，消化后重复检测6次，由表2可知方法的重复性与精密度。选取有代表性的烤烟、白肋烟和香料烟样品，分别在已知总氮和钾含量的样品中加入高、中、低浓度的氮、钾储备液，分别检测其含量，计算回收率。由表2和表3可以看出，改进的方法的相对标准偏差均小于3%，与标准值的相对偏差均为0.99%，平均回收率分别为98.2%和98.7%，说明方法的重复性好，准确度较高。

2.5改进的方法与文献法检测结果的比对选用几种不同类型、等级和部位的烟草样品，分别采用行业标准和改进的前处理方法及测定方法进行对比测定，测定结果见表4。将表4中的测定数据进行配对t测验，由表5可知，用改进的浓硫酸-过氧化氢消化法处理样品，在0.05的显著水平下，总氮和钾的测定结果与文献法比较无显著差别，即说明方法间无显著差异。

3结论

浓硫酸-过氧化氢混合液消解烟草样品时，过氧化氢和浓硫酸在低温下同时加入样品，这不仅减少了高温时加过氧化氢的次数，使操作简便、节省时间，而且因为温度低而有效地防止了消化物溢出。相比文献[12]，改进的方法减少了消化时间，同时避免了氧化汞、硫酸钾的使用，消化液可同时测定烟草中的钾素。改进的方法重复性好，准确度较高，快速环保，可对批量样品中的总氮和钾连续测定。

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