探究消化时长对肥料总氮的影响

陈梅梅，陈洪声，代应会

（贵州省化工研究院，贵州  贵阳  550002）

摘  要：随着农业的不断发展进步，人们对肥料的检测要求也越来越高，关于肥料中总氮含量的检测也十分重视，本文用尿素样品测试氮含量，探究红外智能消化炉对肥料总氮含量测定的消煮时长进行实验分析研究，同温度下，分不同时间段开展实验，检测数据结果得出，消煮时长达到 3h-3.5h，各种形式的氮全部转化为铵态氮，即氮消化过程全部转化完成。其中详细描述实验过程中出现的各种问题以及实验过程中应该注意事项进行了阐述。本文对肥料、植株、土壤测定氮含量相关检测提供参考，使总氮含量的检测数据更加准确。

 关键词：红外智能消化炉、尿素、注意事项

基金项目1：贵州省科技计划项目 蛋鸡规模养殖粪污生物发酵技术研究 （黔科合支撑[2023]一般017）

基金项目2：玉米秸秆高温发酵过程中氮损失关键影响因素研究  黔科院J字 (2023) 10号

作者：陈梅梅（1997-），女，贵州遵义人，本科，助理工程师，主要研究方向：新型绿色肥料与环境保护。

通讯作者：陈洪声（1999-），男，贵州贵阳人，本科，助理工程师。

Abstract: With the development of agriculture, the requirement of fertilizer detection is more and more high, and the detection of total nitrogen content in fertilizer is also very important, in order to study the digestion time of the determination of total nitrogen content in fertilizer by infrared intelligent digester, the experiment was carried out at the same temperature and in different time periods, all forms of nitrogen are converted into ammonium nitrogen, that is, nitrogen digestion process is completed. It describes in detail the various problems in the experimental process and the matters needing attention in the experimental process. This paper provides a reference for the determination of nitrogen content in fertilizer, plant and soil, and makes the determination data of total nitrogen content more accurate

Keywords: infrared intelligent digestion furnace, urea, notes

随着我国农业迅速发展，其中农业生产中，对肥料总氮含量的检测越来越重视。肥料总氮检验过程比较复杂，时间较长。实际操作过程中也会出现各种问题，对原理不清楚，异常的数据无从判断错误根源，操作过程不规范，对检测数据造成误差。以下根据实验室测定肥料氮含量过程中的一些经验，进行详细描述，与大家共同参考，一起学习。

1 采用方法和基本原理

标准 GB/T 8572-2010 中肥料总氮测定方法是蒸馏滴定法，原理：在碱性介质中用定氮合金将硝酸根还原,直接蒸馏出氨或在酸性介质中还原硝酸盐成铵盐,在混合催化剂存在下，用浓硫酸消化，将有机态氮或酰胺态氮和氰氨态氮转化为铵盐，从碱性溶液中蒸馏氨。将氨吸收在过量硫酸溶液中，在硫酸钾和硫酸铜混合指示剂存在下，用氢氧化钠标准溶液返滴定。

肥料中氮存在的形式一般以硝态氮、有机氮、酰胺态氮等存在。对于含有机氮的肥料，如尿素等有机肥，采用的是红外智能消化炉高温消煮，凯氏定氮仪蒸馏。原理是：在硫酸铜和硫酸钾的混合催化剂作用下，用浓硫酸破坏试样中的含氮物质，使含氮物质转化成硫酸铵，然后通过加碱液蒸馏测定总氮含量。对于只有铵态氮的不需消煮，可以直接蒸馏。

2 实验步骤

 3 实验过程

采用标准 GB/T 8572-2010 中进行实验验证，以尿素为已知含量试样。在消煮管中加入称好的尿素，加入 10g 硫酸铜和硫酸钾混合催化剂，依次加入 20mL 浓硫酸，放入红外智能消化炉进行消煮，将消煮管进行编号（1-18号），温度恒定 350℃ 之后，1-3号消煮管消煮2h后取出冷却，4-6号消煮管消煮2.5h后取出冷却，7-9号消煮管消煮3h后取出冷却，10-12号消煮管消煮3.5h后取出冷却，13-15号消煮管消煮4h后取出冷却，16-18号消煮管消煮5h后取出冷却，三个实验室空白（不加尿素），实验开始之前必须提前打开冷却水，在通风橱内进行。

4 实验操作过程中注意事项

4.1 消煮

在消煮过程中，刚开始温度不宜过高，未知样品中可能含有大量糖分，高温过程中产生大量气泡溢出。加热时先加热到 200℃ 及以下，使泡沫逐渐消失，在调温到 250℃、300℃ 逐渐升温到 350℃ 左右即可，温度也不宜过高，过高会使部分氮挥发丢失，导致数据偏低，加热至冒硫酸白烟，呈回旋状。一个小时之后管内颜色变成蓝色溶液且透亮，消煮时间在2h、2.5h、3h、3.5h、4h、5h 依次取出。注意，取出消煮管时注意安全，先关火，带口罩，防烫手套，取出后换上加少量的 2-4mL 浓硫酸的消煮管，谨防消煮炉有空位受热不均炸裂，也保护空管在高温下不会炸裂，继续消煮，直到最一根消煮完。取出消煮管放置时间不宜过长，时间过长里面的液体会粘稠在一起，在凯氏蒸馏装置上不好插管消煮，如果温度过高就放置于定氮仪上会烫化定氮仪底部，使消煮管冷却至不烫手即可进行蒸馏。

4.2 蒸馏

先打开水源，开启凯氏定氮仪先进行预热大概半小时，装了少量水的消煮管进行蒸馏两到三次，使仪器处于碱性环境下，逐渐趋于稳定，这样操作的目的，才能将样品中的铵态氮全部转化为氨气，更有效的被硫酸溶液吸收，转化为硫酸铵，数据更加准确有效。随后在编号的消煮管中加入体积为 80mL，浓度为 400g/ L氢氧化钠溶液，在碱性环境下对样品进行蒸馏。如果反应过程中消煮管内溶液呈蓝色，即碱性条件不够，继续添加碱液，每次 10mL，重新调整仪器蒸馏时间。直到消煮管内溶液变黑才能满足反应条件。（原理：硫酸铜中的铜离子在过量氢氧化钠溶液的条件下，生成一种溶液中存在着由二价铜离子作中心原子羟基作配体的四羟基合铜配合离子。加碱增强溶液的碱性能增强溶液的稳定性，但即使是四羟基合铜酸钠的高浓度碱溶液，其久置数周至数月仍能见到部分黑色氧化铜沉淀。目前尚未确定四羟基合铜酸钠是否有固体盐存在形式。反应方程式如下：

CuSO4+2NaOH==Cu(OH)2+Na2SO4 ，进一步发生络合反应：
Cu(OH)2+2NaOH==Na2[Cu(OH)4]，Na2[Cu(OH)4] 称为四羟基合铜（Ⅱ）酸钠），则其调整适当加碱，蒸馏时间设置 5min 就能把氮全部蒸出来，使吸收液全部吸收。此过程，比搭建原始的蒸馏装置更节省时间，消煮时长也大大缩短。但根据测定样品的氮含量不同，在吸收液末端可以用pH试纸进行测试，到 4min 时拿出蒸馏胶管滴上一滴在pH试纸上（注意操作过程中不要沾吸收瓶中的酸溶液），滴完之后迅速放回吸收液中，防止氨的流失，如果试纸变蓝显碱性，证明还有氨蒸出，继续蒸馏；显中性，说明试样氮含量蒸馏完毕，剩下蒸馏出来的都是水分，即可停止蒸馏，吸收液为180mL左右即可。取下消煮瓶时戴上防烫手套，防止手烫伤，用蒸馏水冲洗管道，取出吸收液也用蒸馏水冲洗管道，防止污染下一个消煮管和吸收瓶。

4.3 滴定

本实验室是一个返滴定的过程，所以空白滴定消耗标准溶液的量比样品消耗标准溶液的量要多，标准溶液使用前要进行标定，保留四位小数点；每滴定完一个样品，重新校零，避免读数误差对数据造成影响。（注意：具塞滴定管调零，排气泡，遵循 GB/T 601-2016 滴定速度（6mL-8mL）/min 即可）

5 数据结论及经验总结

根据公式，计算结果如下：

表5-1温度恒定在350℃左右按不同时间段取出

5.1 数据结论

表5-2消煮时长对应氮含量数据图

根据表5-2中实验数据结果规律与尿素理论氮含量 45-46% 可推断出，温度达到稳定后，尿素的消煮过程在 3h 后就趋于平衡，此时消解基本完成，但出于对尿素中含有少量杂质，氮含量会比理论值小。对于实际样品来说，有些氮的形态比较难转化成铵态氮，所以消煮通常时间会比较久。3h-3.5h 的消煮就能把氮含量全部转化成铵态氮。

5.2 经验总结

5.2.1 称取试样

称取试样合理，0.5g 左右即可。如果称样量过多，对于氮含量高的样品，可能会导致在蒸馏过程中，蒸馏出的氮含量过多，吸收液不足，吸收不完全，造成氮含量的损失，使结果偏低；如果称样量少，对于氮含量少的样品，可能会导致滴定过程中，标准溶液浓度偏高，造成浓度误差。

5.2.2 消煮要彻底缓慢升温

在消煮过程中，样品与加入的试剂要混合均匀，过程中缓慢升温，温度过高可能有大量气泡溢出，可能会导致样品随着气泡跑出，样品流失，使氮含量偏低等。消煮过程中注意观察颜色变化，确保将全部氮含量转化为铵态氮的形式，否则会造成结果偏低[1]。

5.2.3 实验空白要检测

在实验过程中，空白值要在标准要求范围内是保证检测结果准确性的前提。空白偏高，是什么原因受到什么污染导致偏高，应及时查找原因解决问题来源，探究是不是试剂纯度不够，是否实验室水不纯净，在实验过程中是否有其他杂质介入导致污染，使用玻璃仪器是否没有冲洗干净等原因进行及时分析处理[2-3]。

5.2.4 做好平行样品检测

实验过程中采取平行样控制手段，应从称样开始，平行样称样量不宜相差太大，尽量保持一致。确保检测结果是否合理，平行测定结果应满足标准平行偏差范围之内，检测结果方可合格。检测样品过多可多做几组平行样。

5.2.5 滴定用的标准溶液要标定

对于滴定环节，任何标液在使用之前都要对该溶液的浓度进行标定，并且标定浓度与配置的实际浓度相对误差不能超出 ±5%，反之，该浓度应重新配置，使用前将溶液瓶上下摇动几次，使溶液充分混匀，浓度均匀保持一致。滴定时注意排除滴定管底部的气泡，确保滴定结果准确[4-5]。

6 注意

标准 GB/T 8572-2010 中规定混合指示剂为 22g，浓硫酸为 30mL，氢氧化钠溶液为120mL，但在本文中混合指示剂使用量为 10g，浓硫酸 20mL，氢氧化钠溶液为 80mL即可，与标准中相比大大的减少原本药品试剂的使用量。

参考文献：

[1] 牛兆红.如何提高肥料中总氮测定的准确度[J].现代化农业,2007(03):25-26.

[2] 张飞龙. .红外智能消化炉的优越性[J].大众标准化,2022,No.377(17):121-123.

[3] 薛敏,但仕勇.凯氏蒸馏法测定土壤全氮应注意的事项及经验总结[J].农技服务,2017,34(09):58+57.

[4] 周燕,张愚,谭茜等.标准滴定溶液储存有效期研究[J].四川化工,2023,26(02):37-39.

[5] 陈凤霞,周晓敏,刘苗苗等.盐酸滴定液配制标定的方法[J].中国药物经济学,2023,18(03):92-94+100.