凯氏定氮法的基本原理范例(3篇)
凯氏定氮法的基本原理范文篇1
关键词：脐橙叶片；全自动定氮仪；氮含量；测定
中图分类号S66文献标识码A文章编号1007-7731（2016）24-0113-03
脐橙是多年生常绿木本植物，仅凭经验难以准确掌握植株的营养状况，必须同时进行树体营养诊断分析，才能做到准确判断树体营养水平，实现定量、高效、平衡施肥。氮是植物需求量最大的矿物质营养元素，同时也是植物个体乃至自然生态系统和人工生态系统（包括农业系统）生长最常见的限制因子。氮素是作物生长的重要营养元素之一，通过测定不同区域、不同部位和不同程度的脐橙叶片中氮的含量，可以监测土壤营养的动态变化，从而达到高效施肥与高效利用肥料的目的，也可以为研发推广植物易缺乏营养元素的高效增补措施和开发专用多元素平衡肥料提供实验依据。
1实验部分
1.1脐橙叶片氮含量的测定方法本实验采用国家标准方法开氏法，以硫酸铜和硫酸钾作为催化剂，加入浓硫酸消解脐橙叶片样品，用全自动定氮分析仪来测定氮的含量。通过国家标准柑橘叶样品有效态成分分析标准物质（GBW10020）中的营养元素氮的测定来验证方法的可靠性。
1.2实验原理全氮的测定采用凯氏消煮法，用硫酸铜和硫酸钾作为催化剂，加入浓硫酸消煮，在高温下将脐橙叶片中的含氮化合物转变为硫酸铵，然后用氢氧化钠碱化，加热蒸馏出氨，经硼酸吸收后，用盐酸标准溶液滴定而计算全氮量。反应原理如下：
（NH4）2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O+2NH3；
NH3+H3BO3NH4H2BO3；
NH4H2BO3+HClH3BO3+NH4Cl。
计算系统根据下列公式计算含氮量：
N（%）=14.01×C×（V-VO）/1000W
式中：C=标准酸浓度（mol/L）；
W=样品质量（g）；
VO=空白样滴定标准酸消耗量（mL）；
V=样品滴定标准酸消耗量（mL）。
1.3实验仪器及试剂
1.3.1仪器JENCO-6173pH计（上海任氏电子有限公司）；电子分析天平（AL204）（上海MettlerToledo仪器有限公司）；JC101型电热鼓风干燥箱（南通嘉程仪器有限公司）；HanonSH-220恒温石墨消解仪（海能仪器有限公司）；HanonK-9860凯氏定氮仪（海能仪器有限公司）。
1.3.2试剂柑橘叶样品有效态成分分析标准物质（GBW10020）（中国计量科学研究院）；硫酸钾与硫酸铜质量比为10∶1混合催化剂；浓硫酸（AR）；400g/LNaOH溶液；甲基红-溴甲酚绿混合指示剂；20g/L硼酸溶液；0.0400mol/L1/2NaB4O7标准溶液；1mol/L盐酸溶液；0.04mol/L盐酸标准溶液。
1.4样品处理
1.4.1脐橙叶片样品采摘在果树东南西北方向上的上中下各部位各摘取10～20叶片，混合装入保鲜袋中。
1.4.2脐橙叶片样品制备为了确保叶片营养不损失，采摘的叶片样品宜在24h内制备好或放在4℃左右的冰箱里存放。脐橙叶片制备分为清洗和烘干2个部分：（1）清洗：将叶片依次放在0.1%的洗洁剂溶液、自来水、0.2%盐酸溶液、自来水里清洗，最后用蒸馏水洗净，整个过程不宜超过2min；（2）烘干：将洗净的叶片平铺在托盘里，放进烘箱，在105℃杀青30min，之后在65℃连续烘24h。烘好的样品经粉碎机粉碎，装入密封样品袋里中备用。
1.4.3消解用减量法称取烘干后制备样品0.2g（精确到0.0001g），用纸槽送入到消解管底部，然后加1.0g混合加速剂，摇匀，再加入5mL浓硫酸，混匀。将消解管放在石墨消解槽中，开电源，打开冷凝水源，调温，一般150℃预热约1h，后调温至400℃消解1.5h（为不至让温度升值过快，过高，可以先调温到380℃左右，后再升至400℃保持1.5h），待消解管冷却后取出，以供氮的测定。
1.5全氮测定将各试剂分别装入凯氏定氮仪中相应的试剂桶中。测定过程为：打开仪器电源，开冷凝水，仪器初始化；测定前放一空定氮管在仪器置管架上，且应盛有少量的水。然后手动调试，依次进行加碱，加硼酸，蒸馏，滴定，排液。测样时，将消解好的空白样放于管架上先测空白样消耗的滴定酸（HCl）的体积，再进行相关数据的输入和设置。参数输入完后，按【确定】键，仪器进入自动测试操作。测试结束后，记录好结果。
2结果与分析
2.1实验条件的优化探索
2.1.1硫酸使用量实验硫酸的使用量决定了样品的消解程度。按实验方法加入不同的硫酸使用量，按国家标准柑橘叶片（GBW10020）中的N标准植进行测试，结果见表1。由实验结果可知，硫酸的使用量在5mL以上时，N的检测结果与国家标准柑橘叶片标准值结果相符，说明5mL硫酸使用量样品能完全消解，所以实验所用硫酸的量为5mL。
2.1.2消解时间实验样品中N的结合形态不同，消解所需时间不同。按实验方法，采用国家标准柑橘叶片（GBW10020）进行消解时间实验，结果见表2。实验结果表明，当其他条件不变，消解时间为1.5h、2.0h时，所测得标准叶片含氮量结果与标准值相符，说明样品消解完全。因此消解时间取1.5h。
2.1.3测氮加碱时间实验在自动定氮蒸馏过程中，仪器通过加碱时间来控制加减的量，加减的量足够才能使消解液中的铵盐完全转化成NH3的形式。按实验方法，采用国家标准柑橘叶片（GBW10020）实验测氮加碱时间，结果见表3。由表3可知，加碱时间为5.0s时，可满足实验要求。所以加碱时间选择5.0s。
2.2国家标准柑橘叶片（GBW10020）中氮元素的分析结果按照实验方法，称取0.2000g左右的标准样品，加5mL硫酸，400℃下消煮1.5h，测氮时加碱时间5.0s测定其含氮量。实验结果见表4。从表4可知，实验结果与标准值相符。说明所优化的实验条件能够满足实验要求，实验方法准确、可靠。
2.3赣南脐橙果园脐橙叶片样品中全氮量的测定应用实验方法，对分别采自赣南脐橙果园不同果园叶样测定其中的全氮的含量，测定结果见表5。样品分别采于不同的果树部位、不同的脐橙果园，按美国甜橙叶片营养诊断标准[1]中的适宜指标来比较，结果表明氮的含量都明显偏高。
3讨论
本实验对全自动定氮方法进行了条件优化，采用标准物质验证了方法的可靠性，实验结果与标准柑橘叶片（GBW10020）的分析结果相符，该方法操作简便快速，稳定性和可靠性均较好。但是由于SH220型石墨消解仪消煮时，硫酸蒸汽会充满整个消化管，温度高时管内液体易暴沸，造成测得的含氮量降低。因此，实验过程中前消煮温度先低温预消解，使测得值更准确。应用方法测定赣南脐橙果园脐橙叶片中的全氮含量，结果发现所测样品按美国甜橙叶片营养诊断标准中的适宜指标来比较，氮的含量都明显偏高。
凯氏定氮法的基本原理范文
关键词：分析化学案例教学
中图分类号：G633文献标识码：A文章编号：1009-5349（2016）11-0151-01
分析化学中仪器分析课程的学习不仅注重理论讲授，还要引导学生正确掌握有关学科的实验技能，提高学生用分析化学中“量”的概念和创造性思维方法去分析、解决实际问题的能力。但仪器分析的理论知识比较抽象，知识点的连贯性差，学生很难理解。因此，在教学中引入案例教学法，对于提高教学质量非常重要。
一、案例教学法的实施过程
1.展示案例
2008年3月，在我国很多地区出现了婴儿食用三鹿奶粉后出现尿结晶和肾结石现象。9月，经国家有关部门的调查，发现三鹿奶粉中含有三聚氰胺，而三聚氰胺就是婴儿出现尿结晶和肾结石的主要原因。截止到当年11月为止，因食用三氯奶粉和个别问题奶粉导致泌尿系统异常的患儿达到29万人次左右，因此三鹿奶粉在全国各大超市陆续下架，最终导致公司破产。
2.提出问题
根据以上案例，教师可以提出以下几个问题，将学生分组进行讨论，让各组阐述自己的看法，提出解决问题的途径。
问题一：三鹿厂家为什么在奶粉中加入三聚氰胺？
问题二：食品中蛋白质含量的检测方法有哪些？
问题三：如何检测食品中的三聚氰胺？
3.教师引导学生讨论并解析
学生通过讨论得知食品中蛋白质含量的检测方法主要有凯氏定氮法和分光光度法。教师可以引导学生分析婴幼儿奶粉中主要的营养素，指出蛋白质是婴幼儿奶粉中非常重要的一种营养物质，而目前奶粉中蛋白质的检测，主要采用凯氏定氮法，它是通过测定样品的总含氮量来计算奶粉的蛋白质含量，以确定该奶粉是否达到国家标准。然后教师给出三聚氰胺的结构，引导学生分析三聚氰胺含氮量达到了666%，含氮量非常高，这样问题一的答案就显而易见了，三氯厂家在奶粉中加入三聚氰胺的目的就是为了提高奶粉中的蛋白质含量。通过这个例子也说明了凯氏定氮法测定蛋白质含量是有缺陷的，它只能测定样品的总含氮量，而不是蛋白质的含氮量，并且该方法的分析时间长，灵敏度较低，但干扰小。
图1三聚氰胺的结构
分光光度法测定三聚氰胺的原理是：在催化加热的条件下使食品中的蛋白质分解，产生的氨可以与硫酸结合生成硫酸铵盐，在pH=48的乙酸-乙酸纳缓冲溶液中，铵盐与乙酰丙酮和甲醛反应生成黄色的3，5-二乙酰-2，6-二甲基-1，4二氢化吡啶化合物。该化合物在400nm波长下具有最大吸收，通过测量400nm波长下的吸光度，并和蛋白质标准系列进行比较，再乘以换算系数，可以测出食品中蛋白质的含量。这种方法分析速度较快，但干扰较大。通过教师的解析，加深了学生对这两种方法的原理及应用的理解，拓宽了学生的知识面。
接下来教师可以继续引导学生，既然三聚氰胺对人体有如此大的危害，我们如何检测食品中的三聚氰胺？这样就回到了我们提到的问题三，学生继续讨论可以得知食品中三聚氰胺的测定方法主要有高效液相色谱法和气相色谱-质谱联用法。然后教师仪进一步解析色谱法和质谱法。色谱法是一种非常好的分离和分析方法，可以对复杂混合中的物质进行有效的分离；而质谱法则是利用离子化技术将化合物转变为离子，通过测定不同离子的质荷比，对物质进行定性和结构分析。将气相色谱和质谱联用，可以同时具有气相色谱的高分辨率和质谱的高灵敏度，是目前应用非常广泛的一种方法。气相色谱-质谱联用法和高效液相色谱法相比较，定性的可靠性变高，但成本较高。这样就加深了学生对这两种方法的原理和应用的理解。
二、案例教学的教学效果
在课程教学中选择合适的案例，从学生感兴趣的案例出发，进行案例式教学，可以使抽象、枯燥的仪器分析的理论知识具体化、生动化，将教学内容化繁为简，让学生对凯氏定氮法、分光光度法、色谱法和质谱法的理论有了更加深刻的理解，同时教学方式生动活泼，深受学生欢迎，使学生学习的的积极性和主动性得到了明显的提高。学生从原来课堂上的默不作声，转变为在课堂上积极参与讨论，课堂气氛非常活跃，大家踊跃发言，积极发表自己的见解。当他们对同一问题持有不同的观点时，就会进行相互交锋和互动，从而激发了学生的创造性思维，提高学生的创新能力和灵活运用知识的能力，培养了学生观察问题、独立思考、独立分析问题和解决问题的能力，实现了从理论到实践的转化，极大地提高了仪器分析课程的教学效果。
参考文献：
凯氏定氮法的基本原理范文
本书共8章：1.引言：介绍了分析化学的历史以及它在当今社会中的作用；2.质量管理导论：论述了质量管理的历史背景，容差、标准、控制过程、指导方针以及质量管理的系统要求等；3.统计学基础：论述了统计学的基本概念，重要术语及各种测量偏差的计算法，分析结果的准确度和精确度，以及回归分析等；4.分析过程：介绍了分析过程的整体范围，设计、取样、分析、评估及验证等过程及方法；5.验证策略的实例：以测定工业废水中苯酚为例，讲述了验证分析方法的途径，包括对精确度、准确度、校正函数、测量的不准确性、耐用性等的测量；6.教学实验室章程中的组织实用规则：论述了建立这些章程及规则的目的及内容，包括实验室的安全性、实验项目的工作流程、准备工作、实验室纪录本及报告等；7.文献：讲述了引用的文献、推荐的标准、校正、内部测试及质量管理等；8.课题：以工业生产或生活中的实际问题为分析课题，系统地讲解了色谱、光谱、电泳分离、流动注射分析、质谱、凯氏氮测定法、溶解氧测定法以及场流分级等分析方法。每章的结尾有参考书目，本书的结尾有6个附录，最后是主题索引。
本书著者KelingLiu是瑞士苏黎世应用科学大学的副教授，是该校化学和生物化学研究所分析化学实验室导师。他长期在实验室从事教学和实验工作，在很多国际杂志上发表过大量论文。
本书在向学生系统地讲授各种仪器分析方法的同时，通过一些分析实例向学生灌输了以下思想：分析方法是学习化学和物理学的基础；分析过程从订单的输入开始，到分析报告的打出结束；分析工作就是一种服务。本书可作为化学系大学生实验课的教科书、研究生或分析化学领域工作者的实验室参考书。