FOSS凯氏定氮消化管的操作原理基于凯氏定氮法,通过消化、蒸馏、滴定三步反应,将有机物中的氮转化为氨,进而测定样品中的氮含量,具体如下:
消化阶段
原理:样品与浓硫酸及催化剂(如硫酸钾、硫酸铜)共热,有机氮转化为硫酸铵。硫酸钾作为增温剂,可提高溶液沸点(纯硫酸沸点340°C,加入硫酸钾后沸点可提高至400°C以上),加速反应;硫酸铜作为催化剂,可加快反应速度,同时还可作为消化终点指示剂。
操作:将精确称取的样品放入FOSS凯氏定氮消化管中,加入浓硫酸和催化剂,随后进行高温加热。加热过程中,样品中的有机氮在浓硫酸的强氧化性作用下,逐步被氧化并转化为铵盐。
注意事项:
消化时不要用强火,应保持和缓沸腾,以免粘贴在消化管内壁上的含氮化合物在无硫酸存在的情况下消化不完全而造成氮损失。
消化时应注意不时转动消化管,以便利用冷凝酸液将附在瓶壁上的固体残渣洗下,并促进其消化完全。
样品中若含脂肪较多时,消化过程中易产生大量泡沫,为防止泡沫溢出管外,在开始消化时应用小火加热,并时时摇动;或者加入少量辛醇或液体石蜡或硅油消泡剂,并同时注意控制热源强度。
当样品消化液不易澄清透明时,可将消化管冷却,加入30%过氧化氢2~3mL再继续加热消化。
若取样量较大,如干试样超过5g,可按每克试样5mL的比例增加硫酸用量。
一般消化至呈透明后,继续消化30min即可,但对于含有特别难以氨化的氮化合物的样品,如含赖氨酸、组氨酸、色氨酸、酪氨酸或脯氨酸等时,需适当延长消化时间。有机物如分解完全,消化液呈蓝色或浅绿色,但含铁量多时,呈较深绿色。
蒸馏阶段
原理:消化液加碱(如NaOH)释放氨气,通过蒸汽蒸馏将氨导入硼酸吸收液,形成硼酸铵。
操作:消化完成后,向消化液中加入过量的氢氧化钠溶液,使溶液呈强碱性。随后加热混合物,使氨气从溶液中逸出。氨气通过蒸馏装置(通常是一个冷凝器)被引导至接收瓶中,并与硼酸溶液反应形成硼酸铵。
注意事项:
蒸馏装置不能漏气,否则会影响氨气的收集和测定结果。
蒸馏前若加碱量不足,消化液呈蓝色不生成氢氧化铜沉淀,此时需再增加氢氧化钠用量。氢氧化铜在70~90°C时发黑,因此需控制好加热温度。
蒸馏完毕后,应先将冷凝管下端提离液面清洗管口,再蒸1min后关掉热源,否则可能造成吸收液倒吸。
滴定阶段
原理:用标准滴定溶液滴定硼酸铵,通过指示剂判定终点,由消耗的滴定溶液体积计算总氮量。
操作:使用标准盐酸溶液对含有硼酸铵的接收液进行滴定。当所有的氨都被中和后,溶液中的pH值会发生变化,通过指示剂的颜色变化来判断滴定终点。常用的指示剂有甲基红或溴甲酚绿等。
注意事项:
滴定过程中需精准控制滴定速度,并仔细观察指示剂颜色变化,以确保滴定终点的准确性。
根据消耗的标准盐酸体积,结合已知的标准盐酸浓度和样品质量,可以计算出样品中的总氮含量。结果通常以百分比或毫克/升的形式表示。