土壤全氮量的测定

发布时间：2017-05-31浏览次数：979返回列表

测定土壤全氮量的方法主要可分为干烧法和湿烧法两类。

干烧法是杜马斯（Dumas）于1831年创立的，又称为杜氏法。其基本过程是把样品放在燃烧管中，以600℃以上的高温与氧化铜一起燃烧，燃烧时通以净化的CO2气，燃烧过程中产生的氧化亚氮（主要是N2O）气体通过灼热的铜还原为氮气（N2），产生的CO则通过氧化铜转化为CO2，使N2和CO2的混合气体通过浓的氢氧化钾溶液，以除去CO2，然后在氮素计中测定氮气体积。

杜氏法不仅费时，而且操作复杂，需要专门的仪器，但是一般认为与湿烧法比较，干烧法测定的氮较为完全。

湿烧法就是常用的开氏法。这个方法是丹麦人开道尔(J.Kjeldahl)于1883年用于研究蛋白质变化的,后来被用来测定各种形态的有机氮.由于设备比较简单易得,结果可靠,为一般实验室所采用.此方法的主要原理是用浓硫酸消煮,借催化剂和增温剂等加速有机质的分解,并使有机氮转化为氨进入溶液,后用标准酸滴定蒸馏出的氨。

此方法进行了许多改进，一是用有效的加速剂缩短消化时间；二是改进了氨的蒸馏和测定方法，以提高测定效率。

在开氏法中，通常都用加速剂来加速消煮过程。加速剂的成分按其效用的不同，可分为增温剂、催化剂和氧化剂等三类。

常用的增温剂主要是硫酸钾和硫酸钠。在消煮过程中温度起着重要作用。消煮时的温度要求控制在360～410℃之间，低于360℃，消化不容易完全，特别是杂环氮化合物不易分解，使结果偏低，高于410℃则容易引起氨的损失。温度的高低受加入硫酸钾的量所控制，如果加入的硫酸钾较少（每毫克硫酸加硫酸钾0.3g），则需要较长时间才能消化完全。如果加入的硫酸钾较多，则消化时间可以大大缩短，但是当盐的质量浓度超过0.8g·mL-1时，则消化完毕后，内容物冷却结块，给操作带来一些困难。因此，消煮过程中盐的浓度应控制在0.35～0.45g·mL-1,在消煮过程中如果硫酸消耗过多，则将影响盐的浓度，一般在开氏瓶口插入一小漏斗，以减少硫酸的损失。

开氏法中应用的催化剂种类很多。事实上多年来人们致力于开氏法的改进，多数集中在催化剂的研究上。目前应用的催化剂主要有Hg、HgO、CuSO4、FeSO4、Se、TiO2等，其中以CuSO4和Se混合使用普遍。

Hg和Se的催化能力都很强，但在测定过程中，Se会带来一些操作上的困难。因为HgO能与铵结合生成汞—铵复合物。这些包含在复合物中的铵，加碱蒸馏不出来，因此，在蒸馏之前，必须加硫代硫酸钠将汞沉淀出来。

HgO+(NH4)2SO4=[Hg(NH3)2]SO4+H2O

[Hg(NH3)2]SO4+Na2S2O3+ H2O=HgS+Na2SO4+(NH4)2SO4

产生的黑色沉淀（HgS）会使蒸馏器不易保持清洁，且汞有毒，污染环境，因此在开氏法中，人们不喜欢用汞作催化剂。

硒的催化作用强，但必须注意，用硒粉作催化剂时，开氏瓶中溶液刚刚清澈并不表示所有的氮均已转化为铵。由于硒也有毒性，标准（ISO11261：1995）改用氧化钛（TiO2）代替硒，其加速剂的组成和比例为K2 SO4:Cu SO4·5H2O:TiO2=100:3:3。

近年来氧化剂的使用特别是高氯酸又引起人们的重视。因为HClO4—H2SO4的消煮液可以同时测定氮、磷等多种元素，有利于自动化装置的使用。但是，由于氧化剂的作用过于激烈，容易造成氮的损失，使测定结果很不稳定，所以，它不是测定全氮的可靠方法。

目前在土壤全氮测定中，一般认为标准的开氏法为：称1.0～10.0g土样（常用量），加混合加速剂K2SO410g，CuSO41.0g，Se0.1g，再加浓硫酸30mL，消煮5h。为了缩短消煮时间和节省试剂，自20世纪60年代至今广泛采用半微量开氏法（0.2～1.0g土样）。

开氏法测定的土壤全氮并不完全包括NO3-—N和NO2—N，由于它们含量一般都比较低，对土壤全氮量的测定影响也小，因此可以忽略。但是，如果土壤中含有显著数量的NO3-—N和NO2—N，则须用改进的开氏法。

消煮液中的氮以铵的形态存在，可以用蒸馏滴定法、扩散法或比色法等测定。常用的是蒸馏滴定法，即加碱蒸馏，使氨释放出来，用硼酸溶液吸收，而后用标准酸滴定之。蒸馏设备用半微量蒸馏器，对于半微量蒸馏器，近年来也有不少研究和改进，现在除了用电炉加热和蒸汽加热各种单套半微量蒸馏器外，还有多套半微量蒸馏器联合装置，即一个蒸汽发生器可同时带四套定氮装置，既省电，又提高了功效，颇受科研工作者的欢迎。

扩散法是用扩散皿（即Conway皿）进行的。皿分为内外两定（如图4-1），外室盛有消化液，内室盛硼酸溶液，加碱液于外室后，立即密封，使氨扩散到内室被硼酸溶液吸收，后用标准酸滴定之。有人认为扩散法的准确度和度大致和蒸馏法相似，但扩散法设备简单，试剂用量少，操作简单，时间短，适于大批样品的分析。

比色法适用于自动装置，但自动比色分析应有一个比较灵活的显色反应。县在显色反应中不应有沉淀、过滤等步骤。氨的比色分析，以靛酚蓝比色法灵敏，干扰也较少。连续流动分析（CFA）中铵的分析采用靛酚蓝比色法。

土壤氮的测定是重要的常规测试项目之一。因此，许多都致力于研制氮素测定的自动、半自动分析仪。目前外已有不少型号的定氮仪。

利用干烧法原理研制的自动定氮仪，有的可进行许多样品的连续燃烧，使各样品的氮全部还原成氮气，彻底清除废气后，使氮气进入的注射管，自动测定其容（μL），例如Cole-man29-29A氮素自动分析仪以及德国的N-A型快速定氮仪；有的则不清除CO2，而同时将N2和CO2送入热导池探测器，利用N2和CO2的导热系数不同，而同时测定N2和CO2（例如Leco Corporation, CR-412, CHN600, CHN1000型等）。

利用湿烧法的自动定氮仪，实际上是开氏法的组装，所用试剂药品也同开氏法。它可同时进行多个样品消煮，它的蒸馏、滴定及结果的计算等步骤均系自动快速进行。分析结果能同时数字显示并打印出来。例如近几年来进口的丹麦福斯-特卡托1035/1038型和德国GERHARDT的VAP5/6型自动定氮仪，能同时在密闭吸收系统里迅速消煮几十个样品，既快速又避免了环境污染。它的蒸馏、滴定虽然也是逐个进行，但每个样品从开始蒸馏到结果计算均自动显示并打印出来，用时只需2 min，而且样品送入可连续进行，大大提高了开氏法的分析速度。我国北京、上海、武汉等已有多个仪器厂家生产自动和半自动定氮仪并在常规实验室中广泛应用，如北京真空仪表厂生产的DDY1-5系列和北京思贝得机电技术研究所生产的KDY-9810/30系列的自动、半自动定氮仪等。自动定氮仪的应用，可使实验室的分析向快速、准确、简便的自动化方向发展，适合现代分析工作的要求。

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