用凯氏法和杜马斯法测定植物样品中的全氮

氮是植物需求量最大的矿物质营养元素，同时也是植物个体仍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。在植物体中含有的氮，大部分是作为蛋白质、氨基酸、酰胺及其它与蛋白质有关的物质的组成而存在的，此外少部分作为硝酸态存在。

全氮是植物成分分析中非常重要的项目之一。全氮的测定方法有很多种，最经典的方法为凯氏定氮法，但是普通的凯氏法不便定量硝态氮，而其含量可能相当高。此外，对－Ｎ＝Ｎ－，－Ｎ－Ｎ－，－ＣＮ，－Ｎ＝Ｏ，－ＮＯ_２等的定量也是困难的。对于大量含Ｏ，这些形态氮的样品，应采用各自的定量方法进行检测。但通常用能定量植物样品中大部分氮素的凯氏法所定量的氮作为全氮。若样品中含有较多硝态氮时，可用水杨酸硫酸分解法还原硝酸，这种方法比较烦琐。目前在欧美等发达国家广泛采用杜马斯燃烧法取代凯氏法。这种方法是使样品在高温纯氧环境中燃烧后，分离出氮气，并被热导检测器检测，检测出的结果包含了硝态氮。此法也因其快速，精确，无污染等优点而得到了广泛的认可。对两种定氮方法做一比较是非常必要的。

以下简介杜马斯燃烧定氮法，并对两法方法测定几种植物样品中的全氮进行了对比。

1．杜马斯燃烧定氮法

早在1833年，Jean Baptiste Dumas就开发出燃烧定氮法，后人定名为杜马斯（Dumas）法。该方法的发明比凯氏法还早50年，但是由于早期的杜马斯法只能检测几个毫克的样品，使它的实际应用受到了极大的限制，在随后的岁月里这种方法没有被广泛的应用开来。近十年来，随着可以检测克级样品的杜马斯法快速定氮仪问世，才拉开了其在食品、饲料、肥料、植物、土壤及临床等领域上广泛应用的序幕。目前，在西方国家的很多实验室都已用杜马斯法代替凯氏法检测全氮。

凯氏定氮法需要较大的劳动强度和分析时间，且操作过程较为危险，产生化学废物污染环境。相比之下，杜马斯法有很大的优势：它不需要对样品做复杂的前处理，只要适当的粉碎；单个样品分析只要3-5分钟，可用自动进样器连续进样，不需要人看守；它不用有害试剂，不产生污染物质，对操作人员和环境都是安全的。表1中归纳了两种方法的特点。

表1  两种方法的特点比较^[1]

注：*危险程度划分为10个等级（1-10），10为极端危险，1为完全安全。

2 实验部分

1.1 凯氏定氮法（参考AOAC，1990）

1.1.1原理：利用浓酸溶液将有机物中的氮分解出来。均匀的样品在沸腾的浓硫酸中作用，形成硫酸铵。加入过量的碱于硫酸消解液中，将NH⁴⁺ 转变成NH₃，然后蒸馏出NH₃，用接受液吸收。通过测定接受液中氨离子的量来计算样品中氮的含量。

1.1.2 仪器：全自动凯氏定氮仪

1.2 杜马斯燃烧定氮法（参考AOAC Official Method 990.03）

1.2.1 原理：样品在900℃~1200℃高温下燃烧，燃烧过程中产生混合气体，其中的干扰成分被一系列适当的吸收剂所吸收，混合气体中的氮氧化物被全部还原成分子氮，随后氮的含量被热导检测器检测。

1.2.2 仪器：Rapid NIII氮/蛋白质分析仪（德国Elementar公司）

1.2.3 反应过程（基于Rapid NIII氮/蛋白质分析仪）：样品在高温下燃烧，燃烧生成的气体被载气 CO₂携带直接通过氧化铜（作为催化剂）而被完全氧化。此外，化合物中一定量的难氧化部分会被载气携带通过作为催化剂的氧化铜和铂混合物进一步氧化。燃烧生成的氮氧化物在钨上还原为分子氮，同时过量的氧被结合。用传感器控制最佳燃烧所需的氧气量，以保证氧气和钨的消耗量最少。用一系列的吸收剂将干扰成分如H₂O、SO₂、HX从被检测气流中除去。用TCD热导检测器来检测 CO₂ 载气流中的氮。用标准物质独立校正，被测样品中含氮量自动计算、打印和存储。

3        结果与讨论

表2    杜马斯法与凯式法所测草样中全氮含量（%）的比较

注：表中K表示为凯氏定氮法，D表示为杜马斯定氮法，D/K为杜马斯法测量平均值与凯式法测量平均值的比值。

凯氏法一个公认的局限性是它不能定量NO₃-N (植物样品全氮的重要组成部分)( Silvertooth和Westerman,1988)。Sader等人（2004）发现NO₃-N的存在会影响全氮含量。Simonne et al.（1995）和Etheridge et al.（1998）也证实，在分析植物样品时，杜马斯法得到的全氮值总是略微高于凯氏法的测定值。本实验也得到了同样的结果。由表2可以看出，凯氏氮总是低于杜马斯氮，D/K的值均大于1。Sader等（2004）认为，凯氏氮与杜马斯氮在同类样品中呈线性相关，通过校正因子对硝态氮进行校正后，两种结果差异不显著^[2]。对于草类样品，凯氏氮低于杜马斯氮的程度是否与样品中硝态氮的含量有关及其相关性尚需进一步研究。

4 结论

   由于植物样品中多含有硝态氮，某些样品硝态氮的含量占全氮的10%以上^[3]，所以杜马斯法测定结果往往高于凯氏法的结果。可见杜马斯定氮法所得到的全氮结果更接近真值。此外，杜马斯法不需要消煮，大大缩短了工作时间，减少了实验的危险性，对环境没有任何污染。作者认为可以用杜马斯燃烧法进行植物样品中全氮的测定。

参考文献：

1.范志影，周陈维.杜马斯燃烧定氮法在农产品品质检测中的应用，现代科学仪器，2006，（1），45-46。

2.Sader,A.P.O.,Oliveira,S.G.. Application of Kjeldahl and Dumas Combustion methods for nitrogen analysis[J]. Archives veterinary science, 2004,9(2), 73-79.

3.吕伟仙，葛滢等.植物中硝态氮氨态氮总氮测定方法的比较研究,光谱学与光谱分析，2004，24（2），204-206。

Comparison of the Kjeldahl method and the Dumas method for total nitrogen determination in grasses

Fan Zhiying  Liu Qingsheng  Zhang Ping

（Feed Research Institute The Chinese Academy of Agricultural sciences  Beijing  100081  China）

Abstract  The features of the Dumas combustion method and those of the Kjeldahl method were compared as they apply to total nitrogen determination in grasses. We concluded that results of N content by Dumas method were higher than by Kjeldahl. These results show that the Dumas method is suitable for the analysis of total nitrogen in grasses.

Key words  Dumas  Kjeldahl  Total nitrogen  grass

作者简介：范志影，（1973-），主要从事动物营养与饲料科学及饲料检测技术的研究。