有机肥料总氮含量的测定方法研究

王卓，郭全恩，展宗冰，曹诗瑜

摘要：氮作为有机肥料养分的重要来源，其含量是评价有机肥料质量的一项重要指标。为了给有机肥料总氮含量的测定提供快速且精确的测定方法。选择了6个有机肥料样品，用H2SO4-H2O2消煮，分别用连续流动注射分析仪和半自动凯氏定氮仪测定消煮液中的全氮含量，以探讨不同方法快速而精确地测定有机肥料总氮含量的可行性。结果表明，利用连续流动注射分析仪和半自动凯氏定氮仪测定方法的结果间没有显著性差异，相对标准偏差均在5%以下，且连续流动注射分析仪加标回收率为97.5%～102.0%。同时由于连续流动注射分析仪测定有机肥料总氮具有快速准确、试剂用量少的优点，适合大批量有机肥料总氮的测定分析。

关键词：连续流动注射分析仪；半自动凯氏定氮仪；有机肥料；总氮；含量；测定；比较

中图分类号：S14-33            文献标志码：A            文章编号：2097-2172（2023）04-0360-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.04.015

Study on Different Methods for Determining the Total

Nitrogen Content in Organic Fertilizers

WANG Zhuo 1， GUO Quanen 1， ZHAN Zongbing 2， CAO Shiyu 1

（1. Institute of Soil Fertilizer and Water Saving， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;

2. Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： As an important source of organic fertilizer nutrients， nitrogen content is an important index for evaluating the quality of organic fertilizers. In this paper， the purpose is to explore the feasibility of determining the total nitrogen content of organic fertilizers by continuous flow injection analyzer， 6 organic fertilizer samples were selected and digested with H2SO4-H2O2， the contents of total nitrogen in the digests were determined by continuous flow analyzer and semi-automatic kjeldahl nitrogen determination apparatus， respectively. The result showed that no significant difference between the continuous flow analyzer and the semi-automatic kjeldahl nitrogen determination apparatus was detected， relative standard deviation numbers were less than 5%， and the standard recovery rate of the continuous flow analyzer was 97.5% to 102.0%. The flow injection analyzer has the advantages of rapid determination of total nitrogen in organic fertilizer and less reagent consumption， which is suitable for the analysis of total nitrogen in large quantities of organic fertilizer.

Key words： Continuous flow injection analyzer; Semi-automatic kjeldahl nitrogen determination apparatus; Organic fertilizer; Total nitrogen; Content; Determination; Comparison

有機肥料是农业生产的重要肥料之一，其来源途径多样、组成复杂、功能全面，既能供给作物营养，又能补充土壤有机质，改良土壤，提高土壤总体肥力水平［1 ］。有机肥料包括人粪尿、厩肥、堆肥、绿肥、饼肥、沼液肥等。这些肥料主要是动物粪尿和植物残体等堆积发酵而成，成分比较复杂，含有植物所需的各种营养元素和丰富的有机质。有机肥料不仅能改善土壤结构，增进土壤微生物的活动，促进作物生长，而且对减少环境污染具有不可低估的作用。氮元素含量作为有机肥料养分的重要来源，研究如何快速精确测定有机肥料总氮含量具有十分重要的意义［2 ］。测定有机肥料中的含氮量不仅可以计算肥料的用量，而且能说明有机肥料在积制过程中养分的变化规律［3  ］。

有机肥料中全氮的测定一般采用凯氏消煮，消煮液可用常量蒸馏或半微量蒸馏滴定，也可以采用扩散法和比色法，以及氨电极来测定其中全氮含量［4 ］。目前农业农村部标准NY/T525 — 2021规定的有机肥料总氮检测方法是用硫酸-过氧化氢消煮，用硼酸溶液吸收，以标准溶液滴定来计算样品中总氮的含量［5 ］。而连续流动注射分析仪则是利用次氯酸-水杨酸比色法原理测定液体样品中氨［6 - 7 ］，将复杂的手工操作简化成仪器的自动化检测，连续测试批量样品，分析速度快，广泛应用于土壤、肥料、水环境、烟草等行业［6， 8 - 10 ］。我们采用H2SO4-H2O2消煮样品，用半自动凯氏定氮仪和连续流动注射仪测定有机肥料量中的总氮含量，分析比较2种方法的测定结果，并通过加标回收试验，确定2种方法的回收率，并对比2种方法的准确度及精密度，旨在为有机肥料总氮含量的测定提供可选择的快速且精确的方法。

1   材料和方法

1.1   供试材料

1.1.1    供试肥料    为动物粪便堆积发酵而成的腐熟肥，由甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所提供，对其自然风干后过1 mm筛备用。

1.1.2    供试设备及试剂    供试仪器和设备为半自动凯氏定氮仪［仪器型号：KDY-9820，回收率（100±1）%］［11 ］、50 mL酸式滴定管、连续流动注射分析仪（仪器型号san++，精度值：R > 0.999 1，RSD%优于1.0%）［6 ］。供试试剂为浓硫酸（ρ=1.84 g/mL）、30%过氧化氢溶液、40%氢氧化钠溶液、2%硼酸、溴甲酚绿、甲基红、缓冲溶液［酒石酸钾钠33 g、柠檬酸三钠24 g、蒸馏水1 000 mL、Brij35（30%）3 mL］、水杨酸钠溶液（氢氧化钠25 g、水杨酸钠80 g、蒸馏水1 000 mL）、硝普钠溶液（硝普钠1 g、蒸馏水1 000 mL）、二氯异氰尿酸钠溶液（二氯异氰尿酸钠2 g、蒸馏水1 000 mL）、取样器冲洗液（4%硫酸溶液）、1 000 mg/L N標准储备液（氯化氨3.819 0 g、蒸馏水1 000 mL）、100 mg/L N标准使用溶液（移取10 mL N标准储备液至100 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至容器标线）。

1.2   样品消煮

按照NY/T525—2021标准，称取0.500 0 g干燥样品，送入消煮管中。用少量水润洗样品，加入5 mL浓硫酸，摇动使硫酸与样品混匀，瓶口加1个弯颈小漏斗，静置过夜。 第2天用可控温消煮炉加热，温度升至210 ℃，保持40 min；升至280 ℃，保持40 min；继续升至300 ℃瓶内硫酸开始冒白烟后 15 min取下消煮管，稍冷却。滴加 30% 过氧化氢溶液10～15滴， 不断摇动消煮管， 继续加热10 min， 取下消煮管，稍冷却。滴加 30% 过氧化氢溶液5～10滴，分次加入，直至溶液呈无色或淡黄色清液，继续加热10 min，除尽多余的过氧化氢。消煮完毕后冷却，用UP水定容到100 mL。

1.3   半自动凯氏定氮仪蒸馏滴定测定总氮

1.3.1    蒸馏滴定操作    吸取定容后的消煮液10.0 mL注入定氮仪消化管，将消化管正确放置在蒸馏架上，加入40%氢氧化钠溶液15 mL，蒸馏时长5 min，在加入2%硼酸-指示剂混合溶液15 mL的三角瓶中收集馏出液。仪器开始蒸馏，蒸馏结束后取下三角瓶，用0.01 mol/L硫酸标准溶液滴定至馏出液由蓝绿色至刚变为紫红色，记录所用酸标准溶液的体积［5 ］。

1.3.2    计算公式

N=■×100%

式中 ，N为有机肥料的总氮含量；V1为样品测定值消耗标准酸的体积数（mL） ；V0为空白试验所消耗标准酸的体积数（mL ）；c为标准酸（H+）的浓度（mol/L ）；14为氮原子的原子质量（g/mol）；D为分取倍数；100为消化液定容体积（mL ）；m为样品质量 （g） ；x0为风干试样含水量的数值［5 ］。

1.4   连续流动注射仪测定有机肥料量中的总氮

1.4.1    参数设置    样品时间40 s，冲洗时间40 s，空气时间1 s。系统稳定时间需要20 min。仪器默认设置基线和漂移校正，自动基线参比为 5%；比色滤光片波长660 nm， 灯强度大于1 000 mV。

1.4.2    标准曲线制作    分别精密吸取0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 1 000 mg/L N标准储备液于100 mL取样器冲洗液中，然后摇匀，分别测定其氮浓度，以等量蒸馏水为空白试样，以氮实测浓度为纵坐标，氮理论浓度为横坐标，绘制氮标准曲线。

按照参数设置对仪器进行设置，测得真实值与N标准溶液浓度之间进行线性回归，方程为y=1.004x-0.001 6，相关系数R2=0.999 2，在0～10 mg/L范围内具有良好的线性关系。其标准曲线如图1。

1.4.3    计算公式

N=■×100%

式中，N为有机肥料的总氮含量；C为标准曲线上查得样品浓度（mg/L）；C0为标准曲线上查得空白试样浓度（mg/L）；50为样品定容体积（mL）；t为分取倍数；100为消化液定容体积（mL）；10-6为将mg换算成g；m为样品质量（g）；x0为风干试样含水量的数值。

1.5   统计分析

1.5.1    回收率    实验采用标准加入法，分别称取0.500 0 g干燥有机肥料样品， 送入消煮管中， 在其中1份加入已知氮浓度的 N标准液， 按照 1.2 设定条件进行消煮。分别利用半自动凯氏定氮仪和连续流动注射分析仪测消煮液氮浓度， 得到样品氮浓度和检测氮浓度， 计算仪器测定的氮回收率。

氮回收率=■×100%

1.5.2    重复性实验    在相同测量条件下， 利用半自动凯氏定氮仪和连续流动注射分析仪对 4个有机肥料样品消煮液中全氮含量分别进行6次重复测量，计算相对偏差和标准相对偏差。

1.5.3    实际样品数据    差异显著性检验用半自动凯氏定氮仪和连续流动注射分析仪测定6个有机肥料样品消煮液测定总氮浓度，利用Excel 软件进行成对双样本均值分析及t检验。

2   结果与分析

2.1   回收率实验

在3个已知浓度的样品中分别加入3、4、5 mL浓度为100 mg/L的N标准溶液，进行標准加入回收实验。结果表明，半自动凯氏定氮仪测定3个样品回收率分别为103.3%、102.5%、104.0%，流动注射分析仪测定3个样品回收率分别为100.0%、97.5%、102.0%，回收率结果满意（表1）。

2.2   重复性实验

用半自动凯氏定氮仪和连续流动注射分析仪对4个有机肥料料样品进行6次重复测定，并计算相对偏差和标准相对偏差［12 - 13 ］。结果（表2）表明，半自动凯氏定氮仪测定标准偏差值为0.011～0.024，相对标准偏差为2.83%～4.28%，连续流动注射分析仪测定标准偏差值为0.012～0.017，相对标准偏差为2.16%～4.71%。由此可见，半自动凯氏定氮仪和连续流动注射分析仪对4个有机肥料料样品测定结果的相对标准偏差均小于5%，均在合理范围内。

2.3   2种方法的差异显著性实验

采用半自动凯氏定氮仪和连续流动注射分析仪对6个有机肥料样品进行总氮含量的测定结果见图2。半自动凯氏定氮仪测定数据为0.25%～1.56%，流动注射分析仪测定数据为0.25%～1.50%，平均值分别为0.48%和0.46%。

采用Excel 软件中分析工具库 t-检验， 进行成对双样本均值分析（表3），连续流动注射分析仪和半自动凯氏定氮仪测定的有机肥料全氮均值分别为0.80%和0.82%，t检验的双尾P值为0.160（P > 0.05），表明2种方法的测定结果无显著性差异。

3   讨论与结论

通过对连续流动注射分析仪和半自动凯氏定氮仪测定有机肥料全氮方法比较，表明使用连续流动注射分析仪测定有机肥料总氮含量的结果线性稳定，准确度和精密度均可以满足分析要求，检验结果与行标凯氏定氮仪的方法无显著差异。

凯氏定氮仪测定有机肥料中的总氮含量是行标方法［5 ］，被广泛使用。半自动凯氏定氮仪对试剂要求不高，每个样品需要15 mL氢氧化钠、15 mL硼酸溶液，总体试剂用量大。使用半自动凯氏定氮仪测定有机肥料总氮时每个样品在定氮仪上蒸馏时间需要5 min，加之人工加样和滴定的时间，1个样品的测定时间最少需要7 min，且由于人工滴定操作容易产生误差，按8 h/d的工作时间计，1 d最多测定70个样品，这还不包括药品的配制、溶液的标定、仪器的清洗时间。

连续流动注射分析仪测定有机肥料总氮1个样品需要测定的时间为81 s，按8 h/d的工作时间计，1 d最多测定356个样品，在工作效率方面优于半自动凯氏定氮仪法。连续流动注射分析仪的测定通过预设仪器程序操作，减少人为操作的误差。虽然连续流动注射分析仪对试剂要求较高，但试剂用量较半自动凯氏定氮仪法少。由于连续流动注射分析仪测定氮的总量时采用水杨酸比色法，pH直接影响到测定结果，故测定中酸度的控制很重要。

连续流动注射分析仪和凯氏定氮法测定有机肥料总氮结果无显著差异，且相对标准偏差均在5%以下。同时进行的回收实验表明，连续流动注射分析仪加标回收率为97.5%～102.0%，表明测定的数据准确性高。由于连续流动注射分析技术具有适应性广泛、灵敏度高、检测限低，装置小型、简单、操作可靠，自动化程度高、分析速度快、分析效率高，试样和试剂消耗量少等众多优点，目前已在环境分析、工业、医药、食品、农业等领域得到广泛的应用。因此认为，连续流动注射分析仪测定有机肥料总氮具有快速准确、试剂用量少的优点，非常适合大批量有机肥料总氮含量的测定分析，适宜现代农业高质量发展的要求。

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