自动定氮仪是根据凯氏定氮原理自动分析试样中氮含量的仪器。主要由消解、蒸馏、滴定装置组成。具体工作流程如下:
在催化剂的作用下,利用硫酸将试样消化,使有氮分解为无机氮生产硫酸铵。在热蒸汽下,向消解后的硫酸铵溶解中加入碱液进行碱化蒸馏,自由用标准酸滴定溶液滴定,根据酸的消耗量来计算氮的含量。
自动凯氏定氮仪主要用于食品、粮油检测、饲料分析和土壤检测等领域中氮含量的检测分析。
1、自动定氮仪在食品、粮食、饲料中蛋白质检测中的应用
食品、粮油、饲料等中蛋白质的检测方法有:凯氏定氮法、酚试剂法、双缩脲法及紫外吸收法等。其中丹麦化学家JohanKjedhal研发的凯氏定氮法是为常用的方法。主要通过测定氮含量来确定蛋白质的含量,至今仍被作为标准检验方法。为了提高工作效率和准确度,卡特托公司开发了一套自动凯氏分析装置。
自动定氮仪测试过程如下图所示。
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1.1操作步骤
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1.1.1样品制备秤量固体样品粒度小于1mm;固液混合的样品,需用均质机搅拌均匀;液体样品,秤样前摇匀。根据样品蛋白质含量选择取样量:固体样品秤取0.2~2.0g; 半固体样品或者糊状样品,秤取0.5~2.0g;液体样品取1.0~10.0g或者mL。
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1.1.2 样品测定将样品置于消化管中,加入1片消化片(含4.5gK2SO4和CuSO4• 5H2O)和10mL 浓硫酸,慢慢摇动将样品浸润。把消化管放置到已预热到420度的消化炉上,消化60~90分钟,样品消化液呈现透明绿色液体。取出冷却至室温。然后将消化管置于FOSS自动蒸馏系统上,关上安全门,设定蒸馏蒸馏程序。蒸馏程序如下表:
稀释液
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50mL
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模式时间
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5s
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碱液
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50mL
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蒸馏时间
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6m0s
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接收液
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20mL
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消化管排空
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No
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模式
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安全
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蒸汽量
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80%
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全自动定氮系统,可以自动滴定和计算得到结果。也可以选择人工滴定,然后计算得到结果。同时采用1g蔗糖代替样品作为试验空白。消耗标准酸溶液不得超过0.2mL。回收率试验可以采用N-乙酰胺或者色氨酸作为标准样品来进行测定。并且回收率必须满足要求:N-乙酰胺的氮回收率至少为99.5%,色氨酸的氮回收率至少为99.0%。可以根据实验室的情况来确定回收率试验的频率。蒸馏系统的回收率可以用(NH4)2SO4来测定。
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1.2 讨论
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对于糖含量较高、水分较多的样品,可以先在120度时蒸近干后消化,以防止发泡、爬壁、黏贴等现象;固体样品也可用无氮滤纸或秤量纸包裹,一起放入消化管中;加少量水、轻轻摇动,待样品浸润后再加硫酸,混匀。液体样品采用减量法秤取,或者移取。当样品放入消化管时,不要粘附在管壁上以免出现碳粒。万一粘附在管壁上,可以在加硫酸时缓慢冲下,以免样品消化不完全,是得结果偏低。消化时,硫酸必须过量,以防止氨的损失。如果样品脂肪含量高,需要增加硫酸的使用量时,催化剂也必须同时增加,同时蒸馏时,也要考虑增加碱液的使用量。控制好消化炉的温度和导流管的速度。消化前期,导流管的流速要大一些;后期要将导流管的流速变慢,使得硫酸在消化管的1/3处冷凝回流。消化炉温度到达420度后,开始计时。消化时间要控制好。消化不完全,会导致结果偏低。利于批量处理,一次可以消化20个样品,消化温度容易控制,周期短。使用更少的酸和碱,减少环境污染;蒸馏时,自动样品稀释、自动添加碱液、自动蒸馏、自动排空、预先设定程序、避免出现错误。缩短蒸馏时间,更高效; 操作简便,硫酸铵的回收率能达到99.8%以上,准确度高。蛋白质在15%时,相对偏差在1%以内,精密度好。
2、在挥发性盐基氮检测中的应用
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挥发性盐基总氮系指肉、鱼类食品中的蛋白质在酶和细菌的作用下,发生分解而产生氨和胺等碱性含氮物。此类物质具有挥发性,具有一定的毒性。挥发性盐基总氮是评价肉、鱼类产品的新鲜度的指标之一。
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2.1基本原理
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蛋白质分解后产生的挥发性含氮物质,在氧化镁弱碱性条件下加热,以氨的形式被释放出来。挥发出来的含氮物质,用硼酸溶液吸收,生成硼生酸铵用盐酸溶液滴定以定量。
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2.2操作步骤
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2.2.1样品处理肉类或者鱼类产品:去骨、去脂肪后,将样品粉碎均匀。秤取10.00样品。加入100mL水,不时振摇,浸渍30min后过滤。取滤液备用。鱼粉等饲料类固体:粉碎过40目筛,混匀,秤取10g于锥形瓶中,准确加入100mL水。置于振荡器上振摇30min,过滤。取滤液备用。
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2.2.2样品测定首先设置仪器条件
稀释液
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50mL
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模式时间
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5s
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碱液
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0mL
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蒸馏时间
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5m
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接收液
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30mL
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消化管排空
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No
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模式
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安全
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蒸汽量
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80%
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其次,取5.00mL滤液至消化管中,再加5mL氧化镁悬浊液,立即蒸馏。滴定。同时做空白试验。
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2.3讨论
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在测试发性盐基氮TVBN之前,需要多次清洗整个系统,避免测试完蛋白质时,会有部分氮的残留导致挥发性盐基氮结果偏高。挥发性盐基氮是新鲜度的指标,因此新鲜鱼、肉制品,收到后应尽快处理分析。避免存放时间长后导致结果偏高。加碱量要足,加碱后氨已经开始形成,因此需立即将蒸馏管接到仪器上。蒸馏是否完全,可在冷凝管末端用精密pH试纸检验。固体样品也可以直接秤样至750mL的消化管中进行蒸馏测试。仪器蒸馏时间为5min时,硫酸铵的回收率能达到95.5以上,因此准确度能满足要求。同时相对偏差在0.4%以内,所以该方法又着较好的精密度。所以该方法缩短了蒸馏时间,更高效;仪器自动完成蒸馏过程,减少人为误差,更为准确。
3、在酱油中铵盐测定的应用
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生产酱油是以大豆、面粉为原料,经过多种微生物和酶的左右,而得到的汁液。这种汁液经过加热灭菌消毒,加入核苷酸、焦糖色等配兑后达到专业标准后,经过沉淀过滤得到成品酱油。酱油的鲜味来自于蛋白质的分解产物氨基酸,氨基酸的含量以氨基酸态氮来表示。氨基酸态氮含量越高,酱油的品质越好。而铵盐是酱油中存在的非营养的成分。主要来源有3种途径,一是大豆蛋白质被过度分解的产物;二是配兑酱油使用的添加剂带入,例如焦糖色和糖蜜;三十厂家为提高酱油的全氮和氨基酸态氮含量而违规加入的。铵盐的含量增高,对酱油的风味造成影响,因此酱油国家标准规定铵盐含量,不得超高氨基酸态氮的30%,并且作为强制性指标。测定酱油中的铵盐有两方面的意义,一是判断酱油是否符合酿造酱油的国家标准,二是真实反映酱油中全氮和氨基酸态氮的含量,正确评价酱油的质量。目前铵盐的检测方法为GB/T 5009.39-2003 中规定的半微量定氮法。但是该方法的耗时比较长,1份样品需要30分钟以上。而采用自动定氮仪检测简单,快速,适合批量检测。
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3.1 操作过程
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吸取2.0mL 样品,置于250mL 消化管中,加入0.5g氧化镁,将消化管放入自动凯氏定氮仪蒸馏器,关上安全门,仪器进行自动蒸馏、滴定。同时加水和0.5g氧化镁按照同样的条件做空白试验。
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3.2 仪器操作参数
稀释液
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50mL
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模式时间
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5s
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碱液
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0mL
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蒸馏时间
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5m
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接收液(1%硼酸吸收液)
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30mL
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消化管排空
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No
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模式
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安全
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蒸汽量
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80%
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3.3讨论
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检测结果与传统的玻璃器皿蒸馏的结果基本无差异。蒸馏时间为5min即可达到较好的回收率,因此大大的缩短了检测时间,利于批量检测;如果是全自动的蒸馏仪,因为没有相应的转换系数,因此也采用固定的系数,然后人工计算的方法。
4、在二氧化硫检测中的应用
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在生产加工果脯、蜜饯、干果、葡萄酒、干制蔬菜、粉丝等产品中经常添加亚硫酸盐类作为漂白剂。亚硫酸盐类除了漂白的作用外,还可以对食品起到杀菌、防腐、防虫、防霉等作用。因此二氧化硫或者亚硫酸盐类添加剂经常被滥用。今年来国家质检机构在对生产、流通等环节的食品进行监督检查时,二氧化硫超标的现象时有发生。而且二氧化硫进入人体后,会刺激呼吸道、气管等呼吸系统。经常食用会损伤消化系统、严重的会危害人的肝脏、肾脏。目前二氧化硫常见的检测方法为蒸馏法和分光光度法。两种方法的步骤都非常繁琐。蒸馏法目前都是采用玻璃蒸馏仪,通常一份二氧化硫的蒸馏需要半小时以上,遇到容易起泡的样品,至少需要50分钟以上。而采用自动定氮仪的蒸馏系统,一份样品只需要几分钟即可。根据不同的产品,蒸馏法一般有两种不同的原理。
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4.1 普通食品
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4.1.1基本原理样品被酸化后,通过加热,可将样品中的二氧化硫蒸馏出来。二氧化硫被乙酸铅吸收。吸收后被浓酸酸化。再用碘标液滴定,根据碘被消耗的量来计算试样中的二氧化硫。
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4.1.2 样品处理
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4.1.3 样品测定秤取5.0g左右的样品(液体样品可以取5~10.0mL)于750mL的整流管中,加入蒸馏水250mL,10mL 1+1 盐酸溶液,立即将整流管与仪器连接,用25mL乙酸铅溶液做吸收液,然后进行蒸馏。当蒸馏液体积为200mL 左右时,接收管离开液面,再蒸馏1分钟。用少量的蒸馏水冲洗接收管。同时做空白试验。向蒸馏液中加10mL 浓盐酸,1mL淀粉指示剂,用碘标准溶液滴定至变为蓝色30s不褪色。计算结果。
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4.2 脱水蔬菜、香辛料等样品
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4.2.1 基本原理(参考AOAC962.16)样品中亚硫酸盐与磷酸反应生成二氧化硫,通过加热,使得二氧化硫被蒸馏出来,被含有H2O2的吸收液吸收,并被氧化生成H2SO4。通过与NaOH标准溶液发生中和反应,测定其含量。
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4.2.2 操作过程(参考AOAC962.16):秤取样品10左右样品到750mL的蒸馏管中;在蒸馏管中加入150mL蒸馏水到蒸馏管中;在接收瓶中加入25mL接收液(50mLH2O2到200mL蒸馏水中,然后加2.5mL甲基红指示剂);然后在蒸馏管中加入25mL30%的磷酸,立即连接到仪器上,开始蒸馏10min;用0.05mol/L的氢氧化钠溶液滴定。同时做空白试验。
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4.3 蒸馏程序
稀释液
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0mL
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模式时间
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5s
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碱液
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0mL
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蒸馏时间
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10m
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模式
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安全
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消化管排空
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No
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蒸汽量
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80%
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4.4 讨论
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根据试验显示,自动定氮仪得到的二氧化硫结果的标准偏差在5%以内,满足标准方法精密度的要求。根据对比结果显示,该方法得到的结果与传统玻璃装置测定的结果没有显著差异。自动定氮仪蒸馏时间短,只需10分钟即可蒸馏1份样品。因此检测快速,适合批量检测。操作相对比较简单,开机后只需要选择好程序,即可开始蒸馏,整个蒸馏过程自动完成,安全可靠。采用不同的处理,可以检测不同的样品,所以应用广泛。在实际检测中也有一些需要特别注意的方面:接收液现配现用(针对AOAC的方法);如果含量高于1000mg/Kg,减少秤样量;每次都应做空白;定期检测回收率。因为需要与蛋白质等检测同时使用,所以仪器需要做简单的改装,例如连接管的材质需要更换。检测蛋白质,或者挥发性氨基氮等项目都是碱性的环境,而二氧化硫是酸性环境,因此在两个环境却换时,需要反复清洗多次,并需要检查系统是否已经达到要求。
5、结论
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自动定氮仪在检测蛋白质、挥发性盐基氮、铵盐和二氧化硫的检测中都能得到满意的结果。而且操作简单方便,整流速度快,省时省力,适合各种批量检测。所以在检测上诉项目时,是可以代替传统的玻璃蒸馏装置。根据该仪器的原理,我们应该可以开发更多的应用,例如甲醛,氰化物等的应用。
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