水分吸附对尿素氮含量测定的干扰及吸湿性肥料一种可靠前处理方法的建立

肥料是作物的“粮食”，肥料养分含量是否准确，将直接影响到施肥的效果，影响农业生产效益，也关系到农业生产的环境安全问题。但一些肥料样品如尿素、硝酸铵、复合肥料等吸湿会使称量值带有水分，造成养分含量检测结果产生系统性偏小情况，需要减重或者相关规程规范前处理才能保证准确。尿素作为含氮量最高（约46.6%），使用量最大的一种氮肥，在所有含氮量肥料中是吸湿性最强的一种肥料，其分子中含有酰胺键和强极性特点，使得尿素易与水分子结合成水合物，遇空气极易吸湿潮解而结块[[1]]。本文对不同实验条件下，尿素吸湿状况以及对尿素进行精准检测的影响进行了研究分析。按照GB/T 2440—2017《尿素国家标准（GB/T 2440-2017）》[[2]]要求用蒸馏后滴定法测定尿素总氮含量，样品称重未脱除水分会造成样品的质量高于理论干重，使测定的氮含量数值变小，有可能会把合格的产品判断为不合格，或由于配方偏差造成复合肥养分失衡等不利影响[[3]]。基于此，制定了对于尿素等高吸湿性肥料样品的规范前处理方案，利于更好地保障化肥产品的质量，为维护市场公平，正确指导科学施肥提供依据。以尿素为模型样品，系统研究吸湿性肥料样品前处理技术要点；并采用与自建方法对比验证其合理性，旨在为肥料分析工作提供指导意义强的操作步骤。

一、核心处理原则与实验方法

（一）核心原则

环境隔离、工具干燥、操作迅速。所有步骤的设计均需围绕最大限度缩短样品与潮湿空气的接触时间及减少接触面积展开。

（二）实验材料与仪器

样品：农业用尿素颗粒（理论氮含量≥46.0%）

设备：分析天平（感量：0.1 mg）、鼓风干燥箱、真空干燥器、磨口塞称量瓶、药匙、卡尔·费休水分测定仪、

试剂与干燥剂：无水甲醇（卡尔·费休专用）、活化分子筛（3Å或4Å）

（三） 规范化前处理方法（以称量0.5 g尿素用于氮含量测定为例）

1. 准备工作    

环境准备：将真空干燥器置于天平旁，内部放置足量活化分子筛。提前30分钟开启实验室空调除湿功能，将环境湿度控制在50% RH以下。     

工具预处理：将称量瓶（带磨口塞）、药匙等所有工具用清水冲洗干净，置于105°C鼓风干燥箱中烘干至少2小时，取出后立即放入干燥器中冷却至室温备用。     

样品预干燥：若尿素已严重结块，可将其置于干燥的培养皿中摊开，在65°C（注意：温度不宜过高，防止尿素分解）下干燥1小时，随后移入干燥器中冷却备用 [[2]]。

2.减重称量法（核心步骤）：a.将预处理好的带盖称量瓶放入分析天平，关闭天平门，去皮归零。b.快速打开天平门，取出称量瓶，加入约1.0-1.5 g（过量）的预干燥尿素样品。c.立即盖紧瓶盖，放回天平，关闭天平门，待读数稳定后记录总重量为  W₁。d.将称量瓶转移至接受容器（如锥形瓶）口上方，小心打开瓶盖，用轻拍的方式将部分样品（约0.5 g）振入容器中。e.迅速盖回瓶盖，再次将称量瓶放回天平称量，记录剩余总重量为W₂。f.计算实际称样量：m = W₁ - W₂。

3.后续溶解：立即向接受容器中加入无二氧化碳水，并进行后续的检测分析。

二、结果与讨论

通过方法验证进行比较，在进行量化分析不同的前处理方法引起的误差大小时。

实验组：经用上述“规范化减重法”处理后的尿素样品。

对照组：用敞口称量的方法（即“开放环境直接称量法”）处理的“开放环境直接称量法”尿素样品。所需时间：2～3分钟。

（一）热重分析（TGA）验证  

 对两组样品进行TGA扫描（从室温至150°C，氮气氛）。结果如图1所示对照组曲线：在30-120°C之间出现一个明显的失重台阶，失重率高达4.8%，此为吸附水分的挥发所致。     实验组曲线：失重台阶显著减小，失重率仅为0.7% ，表明样品在称量过程中吸附的水分极少。   

对照组-浅蓝色曲线 实验组-深蓝色曲线

图1: 尿素样品TGA热重曲线对比图

（二）卡尔·费休水分滴定（KF）验证  

直接测定两组样品的水分含量：对照组-水分含量为4.5% 。实验组-水分含量为0.8%(此部分主要来源于无法完全避免的微量吸附和样品内部的结晶水)。

（三）对氮含量测定的影响分析   

氮含量是指将测得的氮质量与样品质量相比值而得，在水分可忽略时，其结果带有负偏差；理论上来说，纯干基氮含量为46.6%；对照组结果：表观氮含量＝46.6%×(1－4.5%)≈44.5%，相对误差为－4.5％；实验组表观氮含量结果：46.6%×(1－0.8%)≈46.2%，相对误差仅－0.9%。可见，正确减重可以大大降低水分对测定值的影响，在保证精度的同时将误差控制在合理范围内。

三、结语

本文通过以尿素为例，对规范前处理的作用进行理论阐述，利用“减重称量法”为基础，“工具干燥”、“环境控制”作为补充的方法，有效避免了尿素吸湿性肥料称量时吸收的水分而引起的误差，误差可以从大于4%降低到小于1%，并具有良好重复性和准确性，易操作，低成本，易普及。可应用于化肥厂、第三方检验检疫机构、农业科研院所实验室的尿素以及其他肥料产品的日常检测工作中。可为肥料产品质量把控，规范市场秩序，促进科学施肥提供可靠的数据支持。

文章来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html