元素分析法快速測定**總氮
**是我國重要的經濟作物,煙葉含碳量和含氮量是碳代謝和氮代謝產物的集中體現。總氮含量低的**吃味平淡,而含量高則有較大刺激性,燃燒時產生濃烈辛辣的煙氣。在合適的含氮比例下,煙葉不*香味和吸味*優,化學成分也比較協調。因此測定**中的總氮含量對監控**品質有重要意義。
目前測定**中含氮量的方法有克達爾法、凱氏定氮法、近紅外光譜(NIRS)、傅里葉變換近紅外光譜法(FT-NIR)、間接連續流動法、電感耦合等離子發射光譜法(ICP-AES)、納氏試劑分光光度法、連續流動分析法(CFA)、元素分析法(EA)等。常用的方法主要分兩類:干燒法和濕燒法,其**方法為杜馬法和凱氏法。
元素分析法測定總氮含量實用性高,具有推廣價值,在農業、食品業、礦業、煤炭、石油化工等行業已被廣泛應用,分析同一批**樣品采用元素分析法和連續流動分析法檢測出的總氮含量數據之間的關系,建立總氮含量關系的數學模型*終達到運用元素分析法替代連續流動分析法檢測總氮,進而符合國內**行業檢測標準。
樣品的采集
2016～2017年**樣品811個,其中含一類**數目占20.6%,二類**占12.7%,三類**占53.4%,四類**占5.7%,五類**占7.6%,700個**樣品作為建模樣品,111個**樣品作為驗證樣品。
對**制品進行處理及水分測定
按YC/T31-1996《**及煙制品試樣的制備和水分測定烘箱法》的方法將**樣品剖開,取出*絲制備成煙末試樣,并測定樣品中的水分含量。
元素分析法測定**樣品中的總氮含量
稱取50mg的待測樣品,**至0.01mg,用錫箔舟緊密包裹后放入自動進樣盤中進樣。
當每批樣品進行檢測前,準確稱取5.00～6.00mg磺胺4個,采用元素分析儀連續測定磺胺4次,獲得總氮日校正系數。每檢測20次樣品后應測定1～2次磺胺,用以檢測系統的穩定性,并及時調整日校正系數。
校準曲線的制作:用磺胺建立儀器總氮的校準曲線(20～25個點),該曲線通常3～6個月后需要重新繪制1次,保存于工作站中。
連續流動分析法測定**樣品中的總氮含量
稱取0.1g待測樣品煙末于消化管中,**至0.0001g,加入氧化汞0.1g,硫酸鉀1.0g,濃硫酸5.0mL。消化器條件為:150℃1h,370℃1h。消化后冷卻到一定溫度,加入少量的水,冷卻至室溫,用水定容至刻度,搖勻。采用連續流動分析儀對標準液和樣品液進行總氮含量的檢測。
元素分析法和連續流動分析法兩種方法測定總氮的比較
元素分析法測定總氮只需要把**樣品磨成一定目數的粉末,然后包裹在鋁箔舟中,放入元素分析儀的樣品盤中即可直接測定。檢測樣品時間遠高于稱取樣品的時間(樣品前處理),因此稱樣的時間和速度并不影響測樣效率,樣品按順序放進樣品孔后,把儀器設置自動運行,完成測試儀器將自動進入休眠狀態。連續流動分析法測總氮的前處理時間較長,其操作步驟包括稱取樣品、配制試劑、樣品消化和連續流動分析儀檢測等步驟,過程繁瑣,需要大量的酸堿、劇**和高溫下操作等條件,其中包括硫酸和氧化汞等,存在一定危險性。在樣品消化的過程中酸會揮發,具有一定刺激性氣味。元素分析法的前處理過程中無需配制試劑、樣品消化、樣品冷卻和定容等步驟,儀器分析時間明顯優于連續流動分析法。此外,元素分析法節約大量試劑和人力資源的成本,自動化程度高,檢測的**系數高,工作環境無污染,已被越來越多國家和專業組織機構所采用,適合大批樣品的測定,更能滿足測試高峰期的測樣需求。為此,元素分析法相對于連續流動分析,為一種更綠色環保高效的檢測方法。
連續流動分析法測定總氮并不包括硝態氮。**中硝態氮含量的差異與**類型、煙葉產地、調制過程、配方等有一定關系。研究發現在樣品硝態氮含量較高時,連續流動分析測氮法所測結果低于元素分析法,對硝態氮含量低的樣品,兩種方法測定結果沒有**差異。運用元素分析法測定再造煙葉中總氮含量結果應用比值系數K(K=DN/LN)進行換算即可代替連續流動分析法結果。國內**行業主要采用連續流動分析法測定**的總氮含量,原因有三點:
(1)部分**單位*擁有連續流動分析儀而沒有元素分析儀,因此沒有開展元素分析法的條件,只能采用連續流動分析法測總氮;
(2)連續流動分析法所測定的總氮指標已成為保障原料和成品煙質量穩定的重要參考;
(3)在年度**行業能力驗證等共同實驗中,各單位需要在同一個水平,用同一種方法測定總氮含量數據,通過比對實驗數據掌握各實驗室對該方法的測試分析技術水平。
兩種趨勢預測方法的比較,建立相關性較好的模型
回歸分析是一種統計分析方法,它可以對具有相互聯系的數據,根據其關系形態,研究變量之間相關關系,建立一個合適的數學模型,用于預測和控制的作用。本實驗所用的兩種不同的測氮法所得的數據間雖然不能找到它們之間的**表達式,但是通過大量的總氮含量數據,可以發現它們之間存在著一定的統計規律性,建立線性回歸一次表達方程為:y=0.8489x2+0.1659,R2=0.8215,而多項式二次擬合表達方程為:y=0.2369x2-0.3988x+1.7971,R2=0.8292;兩種方式的表達所建立模型的相關性較為接近,采用元素分析法檢測111個**的總氮數據代入模型,結果(表1)顯示,線性回歸一次模型總氮預測值與連續流動法總氮測定值**值之差在5%以內的**樣品有69個,而二次擬合模型的數量為75個。說明二次擬合模型(圖1)中元素分析法所預測的總氮值能較好地表示連續流動分析法所測的總氮指標化學值。
表1 線性一次方程和二次擬合方程兩種趨勢預測方法的比較
圖1 元素分析法和連續流動分析法兩者之間測總氮含量的相關曲線圖
模型預測的準確性
為了檢驗所建模型預測值的準確性,通過111個**對模型進行驗證實驗,將**樣品用元素分析法測出總氮數據代入模型,預測連續流動分析法測出總氮的含量,并與連續流動分析法總氮測定值進行對比。結果(表2)顯示,模型總氮預測值與連續流動分析法總氮測定值基本一致,兩者相對偏差在4%以內,利用同一牌號不同批次生產的**為驗證樣品,通過SPSS19.0統計分析軟件配對樣品T檢驗進一步驗證,由(表3)數據計算求得t值,在**性水平大于0.05時,兩種方法不存在**性差異(查ta,f值表,當**水平a=0.05時,自由度f=6,t0.05,6=2.45),即沒有系統誤差,說明所建模型的預測準確性較高,適合用于**樣品中連續流動分析法總氮含量的預測。
表2 111個**樣品中部分樣品連續流動分析法總氮預測值與其化學測定值的比較
表3 不同價類**樣品連續流動分析法總氮含量與模型預測值的比較
模型預測的重復性和靈敏度的比較
隨機抽取5個**樣品,每個樣品分別用兩種方法各進行6次檢測,結果(表4)得出通過模型算出總氮值標準偏差小于2.2%;而連續流動法測出總氮值標準偏差小于4.9%。數據表示,兩種方法測定**總氮的精密度高,穩定性好。相比之下,前者具有更好的穩定性。可能由于連續流動分析法在消化過程中氮元素轉化成氨氣造成流失,導致連續流動分析法測定總氮結果的標準偏差較大。
檢出限是評價分析方法的重要指標,可用于評估檢測方法的優劣。采用不同含量標準物質多次檢測結果,以標準偏差對含量作關系曲線,通過該曲線外推計算出方法的檢出限。利用元素分析法測定5mg的磺胺(*低標準含量)10次,用3倍測量值標準偏差對應的濃度作為檢出限,用10倍測量值標準偏差對應的濃度作為定量限,得出元素分析法測總氮的檢出限和定量限分別是19.14μg和63.81μg;采用連續流動分析法對含氮量為0.8mg的硫酸銨溶液(*低標準濃度)檢出10次,用3倍測量值標準偏差對應的濃度作為檢出限,用10倍測量值標準偏差對應的濃度作為定量限,得出連續流動法測總氮的檢出限為228.99μg,定量限為763.32μg,數據表明,元素分析法具有更好的靈敏度。
表4 連續流動分析法與模型預測值重復性數據的比較
元素分析法是一種相對簡便、快速、穩定性好、靈敏度高、試劑用量少、綠色環保的檢測方法,還能通過觀察儀器軟件的相關參數判斷吸收劑或其它耗材的使用情況并及時更換相應的填充物質,避免資源浪費,適用于快速批量測定**中總氮含量。
將元素分析法與連續流動分析法測定**樣品中總氮含量數據進行比較,建立兩種方法的關聯,得到多項式二次擬合表達方程:y=0.2369x2-0.3988x+1.7971,R2=0.8292的模型公式,并對模型進行驗證實驗,結果表示,利用所建模型得出連續流動分析法總氮的預測結果與**行業標準方法的檢測結果較為接近,準確度高、重復性好,該預測模型可以快速檢測**中的總氮含量,提高檢測效率,為**品質的評價提供一種新的方法,對于元素分析法廣泛應用于**中總氮含量的檢測分析提供重要的技術依據。
