水分吸附對尿素氮含量測定的干擾及吸濕性肥料一種可靠前處理方法的建立

肥料是作物的“糧食”，肥料養(yǎng)分含量是否準(zhǔn)確，將直接影響到施肥的效果，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，也關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境安全問題。但一些肥料樣品如尿素、硝酸銨、復(fù)合肥料等吸濕會使稱量值帶有水分，造成養(yǎng)分含量檢測結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)性偏小情況，需要減重或者相關(guān)規(guī)程規(guī)范前處理才能保證準(zhǔn)確。尿素作為含氮量最高（約46.6%），使用量最大的一種氮肥，在所有含氮量肥料中是吸濕性最強(qiáng)的一種肥料，其分子中含有酰胺鍵和強(qiáng)極性特點(diǎn)，使得尿素易與水分子結(jié)合成水合物，遇空氣極易吸濕潮解而結(jié)塊[[1]]。本文對不同實(shí)驗(yàn)條件下，尿素吸濕狀況以及對尿素進(jìn)行精準(zhǔn)檢測的影響進(jìn)行了研究分析。按照GB/T 2440—2017《尿素國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 2440-2017）》[[2]]要求用蒸餾后滴定法測定尿素總氮含量，樣品稱重未脫除水分會造成樣品的質(zhì)量高于理論干重，使測定的氮含量數(shù)值變小，有可能會把合格的產(chǎn)品判斷為不合格，或由于配方偏差造成復(fù)合肥養(yǎng)分失衡等不利影響[[3]]。基于此，制定了對于尿素等高吸濕性肥料樣品的規(guī)范前處理方案，利于更好地保障化肥產(chǎn)品的質(zhì)量，為維護(hù)市場公平，正確指導(dǎo)科學(xué)施肥提供依據(jù)。以尿素為模型樣品，系統(tǒng)研究吸濕性肥料樣品前處理技術(shù)要點(diǎn)；并采用與自建方法對比驗(yàn)證其合理性，旨在為肥料分析工作提供指導(dǎo)意義強(qiáng)的操作步驟。

一、核心處理原則與實(shí)驗(yàn)方法

（一）核心原則

環(huán)境隔離、工具干燥、操作迅速。所有步驟的設(shè)計(jì)均需圍繞最大限度縮短樣品與潮濕空氣的接觸時(shí)間及減少接觸面積展開。

（二）實(shí)驗(yàn)材料與儀器

樣品：農(nóng)業(yè)用尿素顆粒（理論氮含量≥46.0%）

設(shè)備：分析天平（感量：0.1 mg）、鼓風(fēng)干燥箱、真空干燥器、磨口塞稱量瓶、藥匙、卡爾·費(fèi)休水分測定儀、

試劑與干燥劑：無水甲醇（卡爾·費(fèi)休專用）、活化分子篩（3?或4?）

（三） 規(guī)范化前處理方法（以稱量0.5 g尿素用于氮含量測定為例）

1. 準(zhǔn)備工作    

環(huán)境準(zhǔn)備：將真空干燥器置于天平旁，內(nèi)部放置足量活化分子篩。提前30分鐘開啟實(shí)驗(yàn)室空調(diào)除濕功能，將環(huán)境濕度控制在50% RH以下。     

工具預(yù)處理：將稱量瓶（帶磨口塞）、藥匙等所有工具用清水沖洗干凈，置于105°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干至少2小時(shí)，取出后立即放入干燥器中冷卻至室溫備用。     

樣品預(yù)干燥：若尿素已嚴(yán)重結(jié)塊，可將其置于干燥的培養(yǎng)皿中攤開，在65°C（注意：溫度不宜過高，防止尿素分解）下干燥1小時(shí)，隨后移入干燥器中冷卻備用 [[2]]。

2.減重稱量法（核心步驟）：a.將預(yù)處理好的帶蓋稱量瓶放入分析天平，關(guān)閉天平門，去皮歸零。b.快速打開天平門，取出稱量瓶，加入約1.0-1.5 g（過量）的預(yù)干燥尿素樣品。c.立即蓋緊瓶蓋，放回天平，關(guān)閉天平門，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄總重量為  W?。d.將稱量瓶轉(zhuǎn)移至接受容器（如錐形瓶）口上方，小心打開瓶蓋，用輕拍的方式將部分樣品（約0.5 g）振入容器中。e.迅速蓋回瓶蓋，再次將稱量瓶放回天平稱量，記錄剩余總重量為W?。f.計(jì)算實(shí)際稱樣量：m = W? - W?。

3.后續(xù)溶解：立即向接受容器中加入無二氧化碳水，并進(jìn)行后續(xù)的檢測分析。

二、結(jié)果與討論

通過方法驗(yàn)證進(jìn)行比較，在進(jìn)行量化分析不同的前處理方法引起的誤差大小時(shí)。

實(shí)驗(yàn)組：經(jīng)用上述“規(guī)范化減重法”處理后的尿素樣品。

對照組：用敞口稱量的方法（即“開放環(huán)境直接稱量法”）處理的“開放環(huán)境直接稱量法”尿素樣品。所需時(shí)間：2～3分鐘。

（一）熱重分析（TGA）驗(yàn)證  

 對兩組樣品進(jìn)行TGA掃描（從室溫至150°C，氮?dú)夥眨?。結(jié)果如圖1所示對照組曲線：在30-120°C之間出現(xiàn)一個明顯的失重臺階，失重率高達(dá)4.8%，此為吸附水分的揮發(fā)所致。     實(shí)驗(yàn)組曲線：失重臺階顯著減小，失重率僅為0.7% ，表明樣品在稱量過程中吸附的水分極少。   

對照組-淺藍(lán)色曲線 實(shí)驗(yàn)組-深藍(lán)色曲線

圖1: 尿素樣品TGA熱重曲線對比圖

（二）卡爾·費(fèi)休水分滴定（KF）驗(yàn)證  

直接測定兩組樣品的水分含量：對照組-水分含量為4.5% 。實(shí)驗(yàn)組-水分含量為0.8%(此部分主要來源于無法完全避免的微量吸附和樣品內(nèi)部的結(jié)晶水)。

（三）對氮含量測定的影響分析   

氮含量是指將測得的氮質(zhì)量與樣品質(zhì)量相比值而得，在水分可忽略時(shí)，其結(jié)果帶有負(fù)偏差；理論上來說，純干基氮含量為46.6%；對照組結(jié)果：表觀氮含量＝46.6%×(1－4.5%)≈44.5%，相對誤差為－4.5％；實(shí)驗(yàn)組表觀氮含量結(jié)果：46.6%×(1－0.8%)≈46.2%，相對誤差僅－0.9%?？梢?，正確減重可以大大降低水分對測定值的影響，在保證精度的同時(shí)將誤差控制在合理范圍內(nèi)。

三、結(jié)語

本文通過以尿素為例，對規(guī)范前處理的作用進(jìn)行理論闡述，利用“減重稱量法”為基礎(chǔ)，“工具干燥”、“環(huán)境控制”作為補(bǔ)充的方法，有效避免了尿素吸濕性肥料稱量時(shí)吸收的水分而引起的誤差，誤差可以從大于4%降低到小于1%，并具有良好重復(fù)性和準(zhǔn)確性，易操作，低成本，易普及?？蓱?yīng)用于化肥廠、第三方檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)、農(nóng)業(yè)科研院所實(shí)驗(yàn)室的尿素以及其他肥料產(chǎn)品的日常檢測工作中?？蔀榉柿袭a(chǎn)品質(zhì)量把控，規(guī)范市場秩序，促進(jìn)科學(xué)施肥提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》http://m.00559.cn/w/kj/32519.html