全自动定氮仪碱解蒸馏法测定植物营养液中硝态氮和铵态氮

高飞，陈素贤，李昌伟，刘瑜，张春红

（北京市土肥工作站，北京 100029）

设施蔬菜栽培中包括土壤栽培和无土壤栽培两种［1］，蔬菜在无土壤栽培条件下所需的大部分养分来自营养液。氮素作为植物生长的必需营养元素，能被作物直接吸收利用的氮素形态主要为铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)［2］。根据现阶段营养液配方研究显示，在营养液配制中，氮素的来源以硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢铵等专用化肥为主［3］，且氮素以硝态氮为主、铵态氮为辅（不超过总氮量的25%）［4］，营养液中氮素的含量即为铵态氮和硝态氮含量之和。目前营养液的研究多集中在配方、浓度、各种营养元素的比例等方面［5-9］，而且营养液养分多用离子选择电极检测系统进行快速检测［10-12］，只能测定营养液中的总氮素含量，而不能分别测定营养液中硝态氮和铵态氮含量。为准确测定营养液中硝态氮和铵态氮的具体含量，需对其进行实验室仪器检测。

营养液中的氮在一定程度上可以看作水解性氮，现阶段水解性氮的测定方法主要有生物培养法、酸水解法、碱解扩散法和碱解蒸馏法等［13］。现有的国家检测方法标准中，林业行业标准LY/T 1228—2015中水解性氮的测定［14］采用的碱解扩散法。采用碱解扩散法测定水解氮时，因为时间过程长、步骤繁琐且操作过程中极容易发生室内污染，导致结果重现性差，甚至出现错误结果。采用全自动定氮仪进行碱解蒸馏，并用电位滴定法进行测定，不仅缩短检测时间，还能提高检测结果的准确度［15］。

笔者尝试采用LY/T 1228—2015方法测定营养液中硝态氮和铵态氮含量。将营养液置于凯氏定氮管中，再加入氢氧化钠溶液，以锌-硫酸亚铁为还原剂，将营养液中硝态氮(NO3--N)转化为铵态氮(NH4+-N)，经蒸馏后被定量吸收在硼酸溶液中，用标准酸进行滴定，定氮仪自动计算营养液中总氮含量；在不加锌-硫酸亚铁还原剂时，只测定计算营养液中的NH4+-N含量；NO3--N含量通过差减法获得。该方法快速、准确，与离子选择电极快速检测法相比，可以由测定单一氮素总量扩展为测定不同形态氮素含量，为营养液中硝态氮和铵态氮保持合适比例提供便捷方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

全自动凯氏定氮仪：Kjeltec 8400型，瑞士FOSS公司。

电子天平：ME104型，感量为0.000 1 g，瑞士梅特勒公司。

凯氏定氮管：250 mL，瑞士FOSS公司。

移液枪：10 mL，德国艾本德公司。

实验所用试剂均为分析纯。

实验用水为去离子水。

数据采集系统选用华航天鸿TOYA-CY880红外球型摄像头，其外观如图2所示。它具有全球型金属室外防水外壳，水平清晰度高于420线，SONY CCD，内含全方位云台和解码器；360°左右连续旋转，90°上下自动翻转，红外阵列灯6颗+10颗多食人鱼红外灯；红外夜视距离可达80m，白天100m，在光线很暗的环境下依然能清晰地监视对象，具有断电自动记忆功能，其可以支持远程控制云台且可靠性高，可长期稳定运行，无需维护。

氢氧化钠溶液：4.5 mol／L，将180 g氢氧化钠溶于蒸馏水中，稀释至1 L。

1／2 H2SO4硫酸标准溶液：0.5 mol／L。

锌-硫酸亚铁混合还原剂：称取50.0 g硫酸亚铁磨细并过0.25 mm筛，另称取锌粉10.0 g，混匀，贮存于棕色玻璃瓶中。

混合指示剂：称取0.1 g溴甲酚绿和0.1 g甲基红溶解于100 mL的95%乙醇中。

硼酸-指示剂混合溶液：硼酸质量浓度为20 g／L，将20 g硼酸溶于950 mL蒸馏水中，加入20 mL的混合指示剂，充分混匀后，小心滴加氢氧化钠溶液［c(NaOH)=0.1 mol／L］，直至溶液呈紫红色（pH 4.5），稀释至 1 L。

1.2 营养液试剂的配制

以营养液配制专用氮肥硝酸钾和磷酸二氢铵为硝态氮和铵态氮的原材料，配制成不同硝态氮和铵态氮比例的营养液，定容于1 L容量瓶中，各营养液样品中的氮含量参考值见表1。

表1 系列营养液样品中硝态氮、铵态氮及总氮的质量浓度参考值 mg／L

1.3 仪器工作参数

蒸馏时间：5 min；硼酸-指示剂混合溶液加入体积：10 mL；4.5 mol／L氢氧化钠溶液加入体积：10 mL；营养液加入体积：10 mL；蒸馏水：10 mL；在滴定剂桶中加入已经标定的0.5 mol／L的1／2 H2SO4标准溶液，进入样品分析栏开始对样品进行分析。

1.4 样品分析

根据式(1)计算营养液中铵态氮的质量浓度w：

式中：w——营养液中铵态氮的质量浓度，mg／L；

c1——1／2 H2SO4标准液的浓度，mol／L ；

V——测定样品时用去1／2 H2SO4标准液的体积，mL；

V0——测定空白时用去1／2 H2SO4标准液的体积，mL；

Vy——营养液体积，mL。

平行B测定的铵态氮质量浓度即为营养液中铵态氮的质量浓度；平行A测定的铵态氮质量浓度减去平行B测定的铵态氮质量浓度即为营养液中硝态氮的质量浓度。

2 结果与讨论

2.1 氢氧化钠溶液浓度的确定

在碱解蒸馏法中，由于蒸馏过程靠热蒸汽驱赶氨，蒸馏管中不断有蒸馏水进入，氢氧化钠溶液不断的被稀释［9］。为保证碱解蒸馏法中适宜的氢氧化钠溶液的浓度，分别用浓度为 3.5、4、4.5、5、5.5 mol／L的氢氧化钠溶液对营养液进行蒸馏试验，测定营养液中的总氮含量，结果见表2。由表2可知，在氢氧化钠溶液浓度为4.5～5.5 mol／L时，测定结果与营养液中总氮的质量浓度参考值有较好的一致性，为保证测定数据准确性和节约的原则，实验选择氢氧化钠溶液的浓度为4.5 mol／L。

表2 氢氧化钠溶液浓度选择试验结果

2.2 方法检出限与定量限

采用4.5 mol／L的氢氧化钠溶液对10个空白样品蒸馏10 min后进行测量，计算方法检出限。方法检出限Ld=3.143s［10］，式中s为 10 个平行样测定结果的标准偏差，结果见表3，硝态氮、铵态氮的检出限为0.15 mg／L。以4倍的检出限作为定量限［7］，则该方法测试营养液中铵态氮的定量限为0.6 mg／L。

表3 空白样品中铵态氮测定结果 mg／L

2.3 精密度试验

对配制的6组不同硝态氮和铵态氮比例的营养液样品进行测定，进行精密度试验，结果见表4、表5。由表4、表5可知，测定结果的相对标准偏差均小于5%，说明在已知养分含量的营养液氮含量的检测中，碱解蒸馏法精密度良好。

表4 营养液中硝态氮精密度试验结果

表5 营养液中铵态氮精密度试验结果

2.4 加标回收试验

在已知总氮含量的营养液中加入一定量的硫酸铵进行加标回收试验，每个样品在还原后稀释10倍进行测定，结果见表6。由表6可知，总氮的回收率为98.7%～100.8%，回收率结果达到分析准确度要求。

表6 加标回收试验结果

2.5 准确度试验

表7为LY／T 1228—2015 《森林土壤氮的测定》标准中硝态氮和铵态氮测定结果的允许偏差范围。用碱解蒸馏法测定6组营养液中硝态氮和铵态氮含量，结果见表8、表9。

表7 LY／T 1228—2015标准规定氮测定值允许偏差

表8 营养液中硝态氮准确度试验结果

表9 营养液中铵态氮准确度试验结果

由表8、表9可知，硝态氮和铵态氮含量测定结果均在LY／T 1228—2015规定的允许误差范围内，说明该方法的准确度较好，能够满足标准的要求。

3 结语

采用凯氏定氮法测定植物营养液中的硝态氮和铵态氮含量，考察了碱解蒸馏中适宜的氢氧化钠溶液浓度和营养液检出限，确定了最优的分析条件。与离子选择电极快速检测方法不同，该方法将营养液作为水溶性肥料，采用肥料标准方法测定营养液中硝态氮和铵态氮含量。该方法操作简捷、高效，环境友好，且精密度和准确度满足LY／T 1228—2015和统计学数据的要求。