1.国际标准相关测定方法
《ISO 3188-1978 淀粉及其衍生物氮含量测定滴定法》详细测定实验过程如下:
1.1原理
在催化剂存在下,用硫酸裂解淀粉及其衍生物,然后碱化反应产物,并进行蒸馏使氨释放。同时用硼酸溶液收集,再用已标定的硫酸溶液滴定,得到硫酸体积耗用数即能转化成氮含量。
1.2试剂和材料
在测定过程中,只可使用分析纯的试剂和蒸馏水,或至少纯度相当的水。
1.2.1 浓硫酸:96%(m/m)、ρ20为1.84g/mL。
1.2.2氢氧化钠溶液:40%(m/m)、ρ20为1.43g/mL。
1.2.3 硼酸溶液:20g/L。
1.2.4催化剂:由97g硫酸钾和3g无水硫酸铜组成。
1.2.5 硫酸:约0.02mol/L或0.1mol/L的标准溶液。
1.2.6指示剂:由二份在50%(V/V)乙醇溶液中的中性甲基红、冷饱和溶液与一份在50%(V/V)乙醇溶液中浓度为0.25g/L亚甲蓝溶液混合而成。配制之后贮入棕色玻璃瓶内。
1.3仪器和设备
1.3.1 天平:感量为 1mg。
1.3.2 定氮蒸馏装置。
1.3.3 自动凯氏定氮仪。
1.4分析步骤
1.4.1试样处理:
所测样品应充分混合,放在密封干燥的容器内。对葡萄糖浆,在混合前应先除去表层约5mm。对块状样品必须研磨,使之全部过筛,不留下剩余样品。
1.4.2取样:
样品量称取至多为10g样品,精确至0.0001g,然后倒入干燥凯氏烧瓶内,注意不要将样品沾在瓶颈内壁上。对粘状或糊状样品,则可用一个小玻璃盛器或不产生氮的铝片纸或塑料上称重,或氮含量已知的盛器,盛品留在瓶内,如盛器产生氮的话,应做空白测定后折算。
1.4.3消煮:
加入催化剂10g,并用量筒加入体积为4倍样品重量计算的毫升浓硫酸。轻轻摆动烧瓶,混合瓶内样品,直至团块消失,样品完全湿透,加入防沸物(如玻璃珠)。烧瓶放到消化架上,装上排气装置,开始加热裂解。小心加热液体,使之逐渐沸腾,待液体澄清后继续加热1小时。
2.化验室试验方法(国标检测方法改善后测定方法)
2.1仪器设备
2.1.1分析天平
2.1.2 JKZ10-恒温加热消煮炉(济南精密)
2.1.3JK9870全自动凯氏定氮仪(济南精密)
2.2试样处理:
①、使用滴管称取约2g左右的淀粉样品,15ml浓硫酸,2g左右的催化剂(硫酸铜硫酸钾),静置半小时。
②、放置于消煮炉上,正常升温至100℃(开始变黑)。
③、100℃持续10分钟,升至150℃(完全变黑,并开始出现泡沫)。
④、升温至200℃过程中,同时加入10滴30%的过氧化氢溶液。
⑤、200℃稳定5分钟,加入10滴30%的过氧化氢溶液。
⑥、升至250℃,同时加入10滴30%的过氧化氢溶液。
⑦、稳定10分钟,升至300℃,同时加入5滴30%的过氧化氢溶液。
⑧、稳定10分钟,升至400℃,同时加入5滴30%的过氧化氢溶液。
⑨、间隔10分钟加入5滴30%的过氧化氢溶液,直至溶液中固体(黑色泡沫)完全溶解。
⑩、等待溶液变为透明的蓝绿色时继续加热1小时。
2.3测定:
消解完之后将样品冷却至室温,即可使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)测定凯氏氮含量,得到的氮含量乘以相对应的系数可得到蛋白质的含量。
3.本化验室实验方法与国标方法的改善之处
①. 消解过程使用消煮炉缓慢升温,控制消解过程炭化的黑色泡沫附着在管壁,以减小对测定结果的影响
②. 消解过程加入双氧水来减弱炭化产生的泡沫,以加快消煮的效率
4.改善方法的解释与方法的论证数据
4.1.消化过程控制升温速率以及加入双氧水加快消化速率
样品当中含有大量的含碳化合物,故在消化时候加入浓硫酸以后加热时产生碳化,会有黑色泡沫出现,由于消煮炉配套使用的消化管管径相比于标准方法中定氮烧瓶较细,极易出现黑色泡沫附着在消化管管壁,导致样品的消化不完全。降低升温速率会减弱浓硫酸碳化样品的程度,减少黑色泡沫的出现,进而降低消化时的误差出现。而双氧水时氧化性极强的强氧化剂,能加速样品中有机物的氧化,从而进一步减弱碳化过程黑色泡沫的产生,致使样品的消化速率进一步提升,加速样品的消解,缩短样品的消化时间。以下表格是针对加入双氧水消化和未加双氧水消化的样品消化时间、氮含量测定结果的比对:
序号 | 重量g | 双氧水加入 | 碳化黑色泡沫情况 | 消化耗时 | 氮含量% |
1 | 1.8882 | 否 | 严重 | 4h | 0.0363 |
2 | 2.0153 | 否 | 严重 | 4h | 0.0358 |
3 | 1.9067 | 否 | 严重 | 4h | 0.0358 |
4 | 1.8384 | 是 | 明显减弱 | 3.5h | 0.0363 |
5 | 1.7305 | 是 | 明显减弱 | 3.5h | 0.0373 |
6 | 1.8376 | 是 | 明显减弱 | 3.5h | 0.0372 |
备注:滴定稀硫酸浓度0.0678mol/L 消解催化剂:15ml浓硫酸硫酸铜硫酸钾(1:10)混合指示剂2g |
上述数据说明消化过程加入双氧水对测定结果没有影响,能明显加快消解的速率,减弱碳化过程黑色泡沫的产生,从而避免了黑色泡沫附着在消化管管壁,进而减少了消化过程的误差,增加了实验结果的稳定性。
5.改善方法实验数据的准确性论证
为了验证改善优化后方法的准确性,选取了不同凯氏氮含量的淀粉分别使用优化后的方法(使用济南精密JK9870)和国标方法进行对比,对比数据如下表所示:
样品名称 | 凯氏氮检测结果/% | 平均值偏差/% | |
国标方法 | 改善优化后方法 | ||
样品1 | 0.036 | 0.035 | 两种方法的平均值 偏差为0.42% |
样品2 | 0.029 | 0.028 | |
样品3 | 0.041 | 0.042 | |
样品4 | 0.050 | 0.051 | |
样品5 | 0.027 | 0.029 | |
样品6 | 0.024 | 0.024 | |
样品7 | 0.032 | 0.031 |
由以上表格数据可以整理归纳出,改善优化(使用JK9870凯氏定氮仪)后的实验方法与国标方法检测结果偏差在0.5%以内,检测结果没有明显差异。
6.使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)与传统手工滴定法的对比论证
使用凯氏定氮仪测定样品中蛋白质(凯氏氮)含量,更能与消煮炉的消化高效的结合起来,相比传统的手工滴定法结果更稳定,误差更小,尤其是待测样品数量较多时,凯氏定氮仪来测定更适合改善优化后实验方法。为了验证凯氏定氮仪的检测结果准确性,采用了同一样品相同的消解方法,消解完成后定容取等量体积的样品稀释液分别使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)和传统手工滴定法(国标方法)进行样品蛋白质含量的检测。检测数据如下表所示:
样品序号 | 蛋白质检测结果/% | |
JK9870法测试 | 手工滴定法测试 | |
1 | 0.1781 | 0.1794 |
2 | 0.1819 | 0.1813 |
3 | 0.1775 | 0.1769 |
4 | 0.1863 | 0.1838 |
5 | 0.1763 | 0.1769 |
6 | 0.1786 | 0.1816 |
上表数据可以看出使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)和传统手工滴定法(国标方法)进行淀粉样品蛋白质含量的检测时检测结果的偏差微乎其微,检测结果没有明显差异,并且使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)检测起来效率更高滴定更快,能够加快实验进程。
采用改善优化后的化验室实验方法进行氮含量、蛋白质含量的检测时,双氧水催化剂的使用更能加快消煮的速度,更能减弱碳化现象,有效的促进了消煮淀粉样品,消化后的样品不需要定容即可直接使用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)测定,并且检测结果和国标方法对比无差异,准确度高,改善优化后的实验方法可作为淀粉凯氏氮含量、蛋白质含量检测的通用方法。
7.改善优化后实验方法的要点
淀粉类样品的凯氏氮、蛋白质含量检测,最重要的环节是淀粉样品消化过程,消煮过程控制好升温速率,适量加入双氧水来加快消煮能更好更快速的完成消煮实验。选择采用凯氏定氮仪(济南精密 JK9870)测定相比传统的标准方法测定更方便,加快实验的效率。
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