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尿素硝铵溶液中硝态氮和铵态氮不同测定方法的研究

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2016年1月 化肥工业 5 尿素硝铵溶液中硝态氮和铵态氮 不同测定方法的研究 杨一.段路路 (上海4ks.r-研究院上海200062) 摘要尿素硝铵溶液是我国农业水肥一体化重点推广的新型肥料,其中硝态氮和铵态氮的含量是检测产 品质量的重要指标。采用高效液相色谱法和紫外分光光度法测定尿素硝铵溶液中的硝态氮含量,采用蒸馏后滴 定法和甲醛法测定铵态氮含量,探讨了尿素硝铵溶液中硝态氮和铵态氮不同测定方法的差异。试验结果表明: 采用高效液相色谱法和紫外分光光度法测定硝态氮含量均可获得较好的精密度。2种测定方法除对UAN一Ⅲ样 品的检测结果有显著性差异外,其余无显著性差异;采用蒸馏后滴定法测定铵态氮含量比理论值平均偏高 O.45%,采用甲醛法测定铵态氮含量的准确度更高。 关键词尿素硝铵溶液硝态氮铵态氮测定方法 中图分类号:TQ441.5 文献标识码:A 文章编号:1006.7779(2016)01.0005.05 Study of Different Methods for Determination of Nitrate Nitrogen and Ammonium Nitrogen in Urea Ammonium Nitrate Solution Yang Yi,Duan Lulu (Shanghai Research Institute of Chemical Industry Shanghai 200062) Abstract Urea ammonium nitrate solution iS a new kind of fertilizer。which is focused on promotion in agricultural integral control of water and fertilization in China,its content of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen is an important index of product quality inspection.The nitrate nitrogen content of urea ammonium nitrate solution is determined by high performance liquid chromatography method and ultraviolet spectrophotometry method,and the ammonium nitrogen content of urea ammonium nitrate solution iS determined by titrimetric method after distillation and ofrmaldehyde method,and the differences between different methods for determination of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen of urea ammonium nitrate solution are discussed.Experimental results show that better precision can be obtained in determination of the nitrate nitrogen content by both high performance liquid chromatography method and ultraviolet spectrophotometry method,except for UAN—III sample,there are not signiifcant differences between test results by 2 determination methods; by titrimetric method fater distillation to determine ammonium nitrogen content,the determined value is higher than the theoretical value,on average,by 0.45%,but more accurate results can be obtained to determine the content of ammonium nitrogen by formaldehyde method. Keywords urea ammonium nitrate solution nitrate nitrogen ammonium nitrogen determinati0n method 氮是组成植物体内蛋白质、核酸、叶绿素、酶、 缺氮不仅影响产量,而且使产品品质也明显下 维生素、生物碱和一些激素的重要组成部分,作物 降…。植物吸收利用的氮素主要是铵态氮和硝态 作者简介:杨一(1972一),女,硕士,高级工程师;yymsds@vip.163.com。 6 化肥工业 第43卷第1期 氮,也可以吸收有机氮,如尿素、氨基酸、酰胺酸等。 不同作物对氮的吸收形态不同,如水稻、甘薯、小 铵溶液产品质量检测提供测试方法,并为后续行 业标准的制定提供检测依据。 麦、玉米等作物是典型的喜铵态氮作物,而烟草施 用硝态氮肥可增强燃烧性和增加烟草的香味 J。 研究证明,不同形态氮的配合施用,对作物有较好 1 供试材料与试验方法 1.1供试材料 的增产效果,如果肥料中氮素形态及配比不合理, 会影响作物的产量和品质。因此,研究肥料中各种 形态氮的配合,是肥料的应用方向之一。目前,我 本试验共选用4个代表不同含氮量水平的尿 素硝铵溶液样品,编号分别为UAN-I,UAN—I1,UAN一 Ⅲ和UAN一1V。另用分析纯的尿素和硫酸铵配制不 国农用氮肥以尿素为主的产品结构不合理,品种过 于单一,肥料利用率低,且尿素产能已明显供大于 求,因此,尿素生产企业亟需调整产品结构,不断开 发氮肥新产品,以提升市场竞争力。 尿素硝铵溶液(UAN)是以尿素生产过程中尾 气中的氨与硝酸中和形成的硝酸铵溶液、尿素溶液 和水按比例加工而成,或以尿素生产过程中的尿 液、硝酸铵生产过程中的硝酸铵溶液为原料,按一 定比例混合加工而成,为稳定、无色、常压全水溶液 体氮肥,含氮质量分数一般为28%~32%,可用作 根施,也可叶面喷施,是农业水肥一体化重点推广 的新型肥料。尿素硝铵溶液同时含有硝态氮、铵态 氮及酰胺态氮,兼有速效肥及缓效肥的功效,易被 作物吸收,肥料的吸收利用率高于单一施用的尿素 或硝酸铵,同时降低了硝酸铵的危险』生。无论是从 肥效、节能、减少环境污染,还是从经济效益上看, 尿素硝铵溶液均优于常规的固体氮肥,在国内、外 市场上有着广阔的发展前景。 尿素硝铵溶液中硝态氮、铵态氮和酰胺态氮 的含量是检测其产品质量的重要指标。目前,常 用的硝态氮含量测定方法有比色法、还原蒸馏法、 电极法、酚二磺酸法、镉柱法等 J,但这些测定 方法操作繁琐、人为因素干扰大。近年来,流动注 射分析法以其具有的高准确度、高精密度、高效率 以及分析速度快等优点而得到广泛应用和推广, 但仪器价格昂贵 。 。汪继清等 采用高效液相 色谱法测定肥料中硝态氮的含量,取得了满意的 效果。对于铵态氮含量的测定,最常用的方法有 蒸馏后滴定法 和甲醛法 …。针对尿素硝铵溶 液中不同形态的氮,本研究采用紫外分光光度法 和高效液相色谱法进行硝态氮含量的测定并进行 对比,采用蒸馏后滴定法和甲醛法进行铵态氮含 量的测定并进行对比,从而找出尿素硝铵溶液中 硝态氮和氨态氮含量测定的适宜方法,为尿素硝 同比例的溶液以验证方法的可行 。 1.2试验方法 1.2.1 高效液相色谱法测定硝态氮含量 选用C18柱和紫外检测器,以0.04 mot/L磷 酸二氢钾水溶液为流动相,在230 nm波长下测定 硝态氮含量。 仪器和色谱条件:Waters 1525/2489高效液 相色谱仪;色谱柱Xbridge C18,5 m,4.6 mm× 250 mm;流动相为0.04 mol/L磷酸二氢钾水溶 液+甲醇=95%+5%;流速1 mL/L,检测器波长 230 nm,进样量10 L,检测器温度30℃。 标准溶液配制:称取0.105 4 g硝酸钾(分析 纯)于250 mL容量瓶中,加水溶解,定容,摇匀,该 溶液硝态氮含量为58.44 mg/L;将此溶液分别稀 释成5.84,14.61,29.22,43.83和58.44 mg/L硝态 氮标准工作曲线溶液,并用0.45 m滤膜过滤。 1.2.2紫外分光光度法测定硝态氮含量 用盐酸溶液从试样中提取硝酸根离子,利用硝 酸根发色团在紫外区210 nm附近有明显吸收且吸 光度与硝酸根离子浓度成正比的特性,测定硝态氮 含量,具体测定方法参见《肥料硝态氮、铵态氮、酰 胺态氮含量的测定》(NY/T 1116—l2014)。 1.2.3 甲醛法测定铵态氮含量 在中性溶液中,铵盐与甲醛作用生成六次甲 基四胺和相当于铵盐含量的酸,在指示剂存在下, 用氢氧化钠标准滴定溶液滴定,具体测定方法参 见《肥料中氨态氮含量的测定甲醛法》(GB/T 3600--2000)。 1.2.4蒸馏后滴定法测定铵态氮含量 在弱碱性条件下蒸馏,将氨吸收在过量硫酸 溶液中,在甲基红一亚甲基蓝混合指示剂存在下, 用氢氧化钠标准滴定溶液返滴定,具体测定方法 参见NY/T 1116--2014。 2016年1月 杨一等:尿素硝铵溶液中硝态氮和铵态氮不同测定方法的研究 7 1.3测定项目及分析方法 1.2.1的色谱条件下依次进样,以峰面积(y)对硝 (1)硝态氮:用高效液相色谱法和紫外分光 态氮浓度( )进行线性回归,得到的线性方程为 光度法分别进行测定。 Y=32 000X+40 600,相关系数为0.999 4。试验 (2)铵态氮:用甲醛法和蒸馏后滴定法分别 结果表明,硝态氮质量浓度在5.84~58.44 mg/L 进行测定。 范围内,线性良好。在此试验条件下,金属阳离 2试验结果与分析 子、尿素、铵态氮均不干扰硝态氮的测定。 将5.84,29.22和58.44 mg/L 3个不同浓度 2.1硝态氮含量测定的研究 的硝态氮标准工作曲线溶液平行测定6次,测定 2.1.1高效液相色谱法 数据(表1)的相对标准偏差在1.69%~2.79%, 将前述5个硝态氮标准工作曲线溶液在 表明该法精密度较好。 表1精密度测定结果 向UAN·I~UAN一1V 4个尿素硝铵溶液中加 表2加标回收率测定结果 入一定量的硝态氮标准溶液,测得4个样品的加 标回收率(表2)在89.7%~95.7%,表明该法准 确度较好。 采用上述方法对4个尿素硝铵溶液样品中 的硝态氮含量重复测定4次,测定数据如表3 所示。 用格拉布斯检验表3中数据,4个尿素硝铵 得的标准偏差在0.021—0.036,相对标准偏差在 溶液样品硝态氮含量测定结果的G 和G 均小于 0.27%~0.55%,表明本方法精密度较好,满足测 G0. ( )和Go. ( ),即数据均为非可疑值。样品测 试要求。 表3 4个尿素硝铵溶液样品硝态氮含量(高效液相色谱法)测定结果 8 化肥工业 第43卷第1期 2.1.2紫外分光光度法 光度法对4个尿素硝铵溶液样品的硝态氮含量重 按行业标准NY/T 1116_2O14中紫外分光 复测定4次,测定数据如表4所示。 表4 4个尿素硝铵溶液样品硝态氮含量(紫外分光光度法)测定结果 7.52 Gl=1.447 7.73 :1.653 7.70 Gn 9s(4)=1.463 7.67 Co 99(4 =1.492 用格拉布斯检验表4中数据,4个尿素硝铵 了测定,2种方法的绝对差值分别为0.02%, 溶液样品硝态氮含量测定结果的G 和G 均小于 0.O1%,0.04%和0.04%。为验证高效液相色谱 G0I95(4)和G0.99( ),即数据均为非可疑值。样品测 法和紫外分光光度法测定尿素硝铵溶液中硝态氮 得的标准偏差在0.046—0.093,相对标准偏差在 含量是否具有显著性差异,采用F检验法对2种 0.71%~1.22%,表明本方法精密度较好,满足测 方法进行了检验。由表5可知,UAN—I,UAN- 试要求。 II。UAN一11和UAN—IV 4个样品2种方法测定硝 2.1.3显著性检验 态氮含量的F值分别为1.69,4.62,20.23和 分别采用高效液相色谱法和紫外分光光度法 4.83,查得 。 (4,4):6.39,说明在测定UAN一 对4个尿素硝铵溶液样品中的硝态氮含量进行 Ⅲ中硝态氮含量时,2种测定方法差异显著。 表5 高效液相色谱法和紫外分光光度法测定硝态氮含量数据比对 2.2铵态氮含量测定的研究 氮化合物时,方可采用甲醛法测定铵态氮含量。 2.2.1 甲醛法 由于尿素硝铵溶液中含有一定量的尿素,为验证 根据GB/T 3600--2000中的说明,只有在试 尿素对甲醛法测定铵态氮含量是否有干扰,将硫 样中不含尿素或其衍生物、氰胺化物以及有机含 酸铵(分析纯)和尿素(分析纯)按质量IZ2:1,1:1 2016年1月 杨一等:尿素硝铵溶液中硝态氮和铵态氮不同测定方法的研究 9 和1:2的比例进行配制,然后测定铵态氮含量,试 验结果如表6所示。 表6尿素存在下甲醛法测定铵态氮含量试验结果 表6结果表明,在尿素存在条件下,采用GB/ T 3600--2000测定铵态氮含量能取得较好的回 收率,回收率在99.97%一100.45%。因此,尿素 对铵态氮的测定没有干扰,可用甲醛法测定尿素 硝铵溶液中铵态氮的含量。 采用甲醛法对4个尿素硝铵溶液样品的铵态氮 注:1)以氮(N)质量分数表示。 含量重复测定4次,试验结果如表7所示。 表7 4个尿素硝铵溶液样品铵态氮含量(甲醛法)测定结果 用格拉布斯检验表7中的数据,4个尿素硝 铵溶液样品铵态氮含量测定值的G 和G 均小于 G095(4)及G099(4),即数据均为非可疑值。样品测 ..采用行业标准NY/T 1116_20l4中的蒸馏 后滴定法对4个不同尿素硝铵溶液样品的铵态氮 含量进行测定,并与甲醛法测定的数据进行比对。 为验证蒸馏后滴定法和甲醛法测定尿素硝铵溶 得的标准偏差在0.026~0.048,相对标准偏差在 0.36%一0.67%,表明本方法精密度较好,满足测 试的要求。 2.2.2 甲醛法和蒸馏后滴定法的比对 液中铵态氮含量是否具有显著性差异,采用F检 验法对2种方法进行了检验。由表8可知:UAN- I,UAN.Ⅱ,UAN一Ⅲ和UAN—IV 4个样品2种 表8 甲醛法和蒸馏后滴定法测定铵态氮含量数据比对 (下转第38页) 38 化肥工业 第43卷第1期 和挡板均开孔,同时减少上层催化剂的装填量,另 判断为铂网脱边所致。停车后打开氨氧化炉,发 外在催化剂上部装填 25 mm和 10 mm瓷球 现其压条比第1套稀硝酸装置的Babcock氧化炉 各0.8 in 。改造后,设备运行情况较好。 压条相对较窄且轻,更为重要的是压条与压条之 (3)试生产期间,四合一机组氧化氮压缩机 间固定不牢靠,从而引起铂网脱边。将压条重新 密封面处出现酸液,系漂白塔出口气体夹带酸液 固定后,情况得以改善。后再次出现铵盐含量升 所致。为此,减少二次空气量,情况有所好转,但 高的现象,打开氨氧化炉发现压条固定情况完好, 未能从根本上解决问题,需对漂白塔降液管进行 铂网并未脱边,于是对铂网清扫后重新开车,运行 改造。漂白塔共有4层塔板,每层塔板有3根 情况正常。 76.1 mm×3.2 mm降液管,设计院建议将3根 降液管改为 89.9 mm×3.2 mm,但改造工作量 5 结语 大且设备内空间有限,只能将每层塔板中间的 由于借鉴了业内同类装置及陕西兴化公司的 1根降液管由 76.1 mm改造为 119.0 mm。 第1套稀硝酸装置多年生产和运行经验,并充分 改造后运行至今,再未发生漂白塔带液现象,但漂 利用已有公用设施,才使得新建的2套稀硝酸装 白效果并不很理想。 置的连续运行周期、负荷、消耗达到或优于设计指 (4)南套装置在试生产过程中曾出现过氧化 标,同时实现了节能效果明显的目标。 氮分离器稀硝酸中铵盐含量突然增大的现象,经 (收到修改稿日期2015.08—14) (上接第9页) 测定UAN—I和UAN.111样品中铵态氮含量时,2 方法测定铵态氮含量的F值分别为15.79,4.26, 种测定方法差异显著。采用甲醛法测定尿素硝 12.57和5.42,查得Fo.。 (4,4)=6.36,说明在测 铵溶液中铵态氮的含量,其测定结果的准确度更 定UAN—I和UAN-11中铵态氮含量时,2种测定 加高。 方法差异显著;在测定样品的铵态氮含量时,蒸馏 后滴定法的测定结果比理论值平均偏高0.45%, 参考文献 甲醛法的测定结果比理论值平均偏低0.09%,因 [1]陆景陵.植物营养学[M].北京:中国农业大学出版社, 此,采用甲醛法测定尿素硝酸铵溶液铵态氮含量 2003:23-35. 的测定结果准确度更高。 [2] 马晓君.肥料中各种形态氮的测定方法及其应注意的问题 [J].甘肃科技,2014(1):72—75. 3 结语 [3] 中国土壤学会农业化学专业委员会.农业化学常规分析法 [M].北京:科学出版社,1989:91—93. 采用高效液相色谱法测定尿素硝铵溶液的硝 [4]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技 态氮含量时,硝态氮含量在5.84~58.44 mg/L 出版社,1999:156.162. 范围内线性良好,同时获得了较好的精密度和准 [5] Urs Schmidhaher,胡云才.田间土壤硝态氮快速测定方法的 确度,故方法可行。高效液相色谱法和紫外分光 研究与应用前景[J].磷肥与复肥,2006(3):7—1O. 光度法都能测定尿素硝铵溶液的硝态氮含量,用 [6] 李建民,刘胜玉,刘珩.流动注射分析仪及总氮的流动注射 分析法简介[J].人民珠江,2006(6):65.67. 格拉布斯检验,表明方法精密度较好,满足测试要 [7] 陈明昌,张强,杨晋玲.土壤硝态氮含量测定方法的选择和 求;用F检验法检验,发现测定UAN一1I样品中硝 验证[J].山西农业科学,1995(1):31—36. 态氮含量时,2种测定方法差异显著,即2种方法 [8] 汪继清,桂素萍.高效液相色谱法测定肥料中硝态氮含量 测定的精密度不一致。 [J].磷肥与复肥,2005,20(4):68-69. 在尿素存在的条件下,采用甲醛法测定铵态 [9] 国家质量监督检验检疫总局.GB/T 3595--2000肥料中氨 氮含量时,能获得较好的回收率;用格拉布斯检 态氮的测定蒸馏后滴定法[s].北京:中国标准出版 社。2000. 验,表明该方法精密度较好,能够满足测试要求。 [1O] 国家质量监督检验检疫总局.GB/T 3600--2000肥料中氨 采用蒸馏后滴定法测定铵态氮含量时,测定值比 态氮的测定甲醛法[s].北京:中国标准出版社,2000. 理论值平均偏高0.45%;用F检验法检验,发现 (收稿日期2015.09.24) 

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