硒粉催化-连续流动分析法测定烟叶中总氮的含量

张志灵,陈庆文,林海滨,林祖斌,林 隆

(福建省烟草质量监督检测站,福州 350111)

总氮是衡量烟草质量的重要指标之一,烟草中的烟碱、蛋白质、氨基酸等含氮化合物燃烧时产生的碱性物质与糖类物质产生的酸性气体平衡,对烟草的抽吸口味和品质有很大影响[1-3]。因此,快速、准确测定烟草中总氮的含量对烟叶生产以及卷烟调制具有重要意义。

烟草中总氮的测定主要有连续流动法[4-5]、杜马斯燃烧法[6-7]、元素分析法[8]、傅里叶变换近红外光谱法[9-10]和分光光度法[11]等。连续流动分析仪具有原理和操作简单、批量检测快速、成本低等优点,是烟草行业最普遍的分析仪器。目前,烟草中总氮测定时采用经典凯氏定氮法消化、连续流动分析仪检测[12],使用硫酸配合催化剂氧化汞和硫酸钾对样品进行消化,氧化汞是剧毒物质,对人体和环境不利。为降低环境危害,许多研究人员进行了优化改进:文献[13-14]以硫酸铜替代氧化汞为催化剂测定烟草中的总氮;文献[15]采用过氧化氢替代氧化汞测定烟草中总氮,但试验对硫酸钾用量的要求较为严格,步骤较复杂;文献[16]采用硫酸-过氧化氢体系消化烟叶样品,进而快速测定烟草中总氮,但硫酸-过氧化氢消化液制备要求较高,试验存在一定安全隐患,且消化温度370 ℃超过了硫酸沸点,容易造成消化液损失。本工作通过优化总氮消解过程,提出了硒粉催化-连续流动分析法测定烟叶中总氮含量的方法,可为烟叶总氮含量的测定和评价提供支持。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

SAN++型流动化学分析仪及其消化器;AL204型电子天平;Milli-Q型超纯水仪。

氮标准储备溶液:2.05 g·L-1,取0.971 4 g硫酸铵,用水溶解后转移至100 mL容量瓶中,用水定容,混匀,备用。

硒/硫酸混合消化储备溶液:称取0.355 5 g的硒粉(Se)于烧杯中,加入100 mL硫酸后,缓慢加热,直至硒粉完全溶解,溶液由黑色转变成深蓝色,最终变成清澈的淡黄色,让溶液冷却后,置于磨口玻璃瓶中密闭保存,有效期1个月。

硫酸铵的纯度为99.5%;硫酸、氯化钠、氢氧化钠、水杨酸钠、次氯酸钠、酒石酸钾钠、亚硝基铁氰化钠、30%(质量分数,下同)过氧化氢溶液、聚乙氧基月桂醚(Brij35)均为分析纯;硒粉为化学纯;试验用水为超纯水。

烟草及烟草制品常规化学成分实验室控制样品A和B来自国家烟草质量监督检验中心;烟叶样品取自福建烟叶产区。

1.2 试验方法

称取约0.2 g(精确至0.1 mg)烟末样品置于消化管中,加入3 mL硒/硫酸混合消化储备溶液,轻轻摇晃消化管,使得烟末分散在硫酸中,加入3.0 mL的30%过氧化氢溶液后轻轻混匀。将消化管置于消化器加热座中,升温至330 ℃,保持1.0 h后冷却,用蒸馏水定容至75 mL,在连续流动分析仪上波长660 nm处比色测定,检测条件参照YC/T 161-2002《烟草及烟草制品 总氮的测定 连续流动法》[12]。

2 结果与讨论

2.1 硒粉与硫酸的物质的量比的选择

试验配制硒粉与硫酸的物质的量比分别为0.005%,0.01%,0.05%,0.1%,0.2%,0.5%,1.0%,2.0%的硒/硫酸混合消化储备溶液,然后称取约0.2 g实验室控制样品A进行测定,每组测定两个样品,考察了硒粉与硫酸的物质的量比对总氮测定结果的影响,结果见图1。

图1 硒粉与硫酸的物质的量比对总氮测定结果的影响

结果表明:观察消化后液体外观,硒粉用量较低时,消化不完全,硒粉与硫酸的物质的量比在0.05%以上时消化液澄清;实验室控制样品A总氮的标称值为(1.60±0.08)%,硒粉与硫酸的物质的量比在0.1%以上时,消化结果趋于稳定且测定结果在标称值范围内。为确保各种烟叶样品消化完全,试验选择硒粉与硫酸的物质的量比为0.25%。

2.2 30%过氧化氢溶液用量的选择

称取约0.2 g的实验室控制样品B,加入3 mL硒/硫酸混合消化储备溶液和不同用量(1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0 mL各两组)的30%过氧化氢溶液进行消化,考察了30%过氧化氢溶液用量对总氮测定结果的影响,结果如表1所示。

表1 30%过氧化氢溶液用量对总氮测定结果的影响

实验室控制样品B总氮的标称值为(2.13±0.11)%,由表1可知,虽然30%过氧化氢溶液用量不同,但实验室控制样品B的总氮测定结果均在标称值范围内。结合消化后液体外观,30%过氧化氢溶液用量最好在2.0 mL以上。为确保各种烟叶样品消化完全,试验选择30%过氧化氢溶液为3.0 mL。

2.3 消化时间的选择

称取约0.2 g的烟末样品,分别加入3 mL硒/硫酸混合消化储备溶液和3.0 mL 30%过氧化氢溶液后进行消化。温度达到330 ℃后开始计时,每隔0.5 h取出一组样品,共计5组,每组测定两个样品,考察了消化时间(0,0.5,1.0,1.5,2.0 h)对总氮测定结果的影响,结果见表2。

表2 消化时间对总氮测定结果的影响

由表2可知,于330 ℃消化0.5 h后的液体还是亮黄色,消化1.0 h及以上时才稳定在微黄色。因此,试验选择在330 ℃保持1.0 h消化样品。

2.4 标准曲线、检出限和测定下限

用水对氮标准储备溶液进行逐级稀释,配制成含氮0.020 5,0.041 0,0.082 0,0.164 0,0.205 0 g·L-1的标准溶液系列,按照YC/T 161-2002中检测条件进行测定。以目标吸光度对氮质量浓度进行线性回归,绘制标准曲线。结果表明,总氮的质量浓度在0.020 5～0.205 0 g·L-1内与对应的吸光度呈线性关系,线性回归方程y=3.185x-6.600×10-3,相关系数为1.000。

将试剂空白液连续进样10次,得到总氮的空白值的标准偏差s,计算对应的检出限(3s)为2.364 mg·L-1,测定下限(10s)为7.801 mg·L-1。

2.5 精密度和准确度试验

按照试验方法对实验室控制样品A和B样品进行测定,每个样品平行测定6次,并计算测定值的相对标准偏差(RSD),结果如表3所示。

表3 精密度和准确度试验结果(n=6)

由表3可知,实验室控制样品A和B的测定结果均在标称值范围内,测定值的RSD分别为2.4%,1.3%,说明该方法准确度和日内精密度均良好。

同时对实验室控制样品B进行日间精密度试验(n=5),结果显示,日间RSD为0.91%,说明该方法的日间精密度良好。

2.6 回收试验

称取约0.2 g的实验室控制样品B,分别进行高、中、低等3个浓度水平的加标回收试验,按照试验方法进行消化分析,每个样品平行测定5次,计算回收率,结果见表4。

表4 回收试验结果

由表4可知,总氮的回收率为95.1%～102%,进一步说明方法准确度较高。

本工作提出了硒粉催化-连续流动分析法测定烟叶中总氮含量的方法。样品采用硫酸对烟末进行碳化,烟末在硒粉催化下,被过氧化氢和硫酸氧化分解,含氮物质转化为铵盐。相对于烟草行业标准,本方法无需使用剧毒物质氧化汞,同时减少硫酸的使用量,更加环保;消化过程无需加入硫酸钾,减少了试验步骤,提高试验效率;同时采用相对较低的温度330℃以减少消化液挥发并降低能耗;精密度好,准确度较高,较为环保,可对样品中的总氮进行批量测定,对烟草产品中总氮含量的测定有较好的适用性。