導(dǎo)語(yǔ)

     煙草中含氮物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿等含氮雜環(huán)化合物，適宜的含氮量有利于保證卷煙煙氣的口味醇和，減少吸后辣、刺、苦等不適感 。該指標(biāo)的準(zhǔn)確測(cè)定，對(duì)于煙草品質(zhì)好壞的評(píng)價(jià)，及其煙草生產(chǎn)質(zhì)量的控制意義重大。

      目前煙草中總氮含量的測(cè)定方法較多，包括紫外吸收光譜法、杜馬斯定氮法、近紅外分光光譜法等，然而上述方法均有一定的缺陷，如操作繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，影響結(jié)果準(zhǔn)確度的干擾因素較多。特別是煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 161—2002《煙草及煙草制品 總氮的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》仍首先通過凱氏定氮法消解煙草樣品，使其含氮化合物轉(zhuǎn)化為氨后，在堿性條件下與水楊酸鈉發(fā)生顯色反應(yīng)，在特定波長(zhǎng)下測(cè)得結(jié)果，操作復(fù)雜且預(yù)備試劑較多。庫(kù)侖滴定法是以控制電解電流為基礎(chǔ)的分析方法，已被廣泛用于化工、食品、冶金等行業(yè)的生產(chǎn)檢測(cè)。本文借鑒庫(kù)侖滴定法測(cè)定含氮化合物的原理，優(yōu)化測(cè)定煙草總氮含量的條件，可為煙草及其相關(guān)制品的質(zhì)量評(píng)價(jià)提供參考。

1、 試驗(yàn)方法

1. 1 方法原理

    首先，煙草樣品采用凱氏定氮法消解，使其含氮化合物轉(zhuǎn)化為NH4+；然后，利用電解池陽(yáng)極生成的Br2在堿性溶液中發(fā)生歧化反應(yīng)生成BrO−，再氧化還原滴定 NH4+，通過電位法指示滴定終點(diǎn)并記錄電解時(shí)間，依據(jù)法拉第定律計(jì)算樣品中 NH4+的含量，進(jìn)而測(cè)得煙草中總氮含量。反應(yīng)方程式如式（1）~（3）所示。

1. 2 樣品處理

      將煙草樣品置于烘箱內(nèi)干燥后，粉碎，過篩網(wǎng)。準(zhǔn)確稱取0.20g樣品，放入消解罐內(nèi)，加入0.2g硫酸銅、0.3g硫酸鉀和6mL硫酸，于170℃消解1h后，再升溫至370℃繼續(xù)消解2h。待消解液冷卻至室溫后，滴加8mol·L−1氫氧化鉀溶液，調(diào)節(jié)消解液pH至 4.0~5.0后，轉(zhuǎn)移至容量瓶?jī)?nèi)，加水定容，即得樣品溶液。

1.3 樣品測(cè)定

     在電解池中加入四硼酸鈉-溴化鉀溶液 50mL，插入電極后，連接庫(kù)侖滴定儀，設(shè)定電解電流（20~50 mA），滴加0.1mL樣品溶液預(yù)滴定至終點(diǎn)后，繼續(xù)向電解池中滴加1mL樣品溶液，滴定至電位突躍結(jié)束，將電解時(shí)間代入式（4）計(jì)算樣品中總氮含量。

2、 結(jié)果與討論

2.1 消解劑用量的選擇

       以煙草樣品1為研究對(duì)象，硫酸銅、硫酸鉀和硫酸為消解劑，按照操作步驟消解樣品，通過單因素試驗(yàn)，分別考察了不同消解劑用量對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果表明，隨著各消解劑用量的增大，樣品中總氮的測(cè)定結(jié)果不斷增大，當(dāng)硫酸銅用量為 0.2g、硫酸鉀用量為0.3g、硫酸用量為6mL時(shí)，測(cè)定結(jié)果趨于穩(wěn)定，同時(shí)采用 YC/T 161—2022中連續(xù)流動(dòng)法測(cè)得的結(jié)果為2. 47%，與各單因素試驗(yàn)結(jié)果的最大值相近。考慮消解劑用量對(duì)處理總氮含量較高樣品的適用性，試驗(yàn)選擇硫酸銅用量為0.2g、硫酸鉀用量為0.3g、硫 酸用量為6mL。

2. 2 樣品溶液酸度的選擇

     消解后的樣品溶液中H+濃度較高，若直接滴加至電解池中，可能使得局部溶液酸性過高，難以生成BrO−，結(jié)果出現(xiàn)正誤差，因此需控制預(yù)處理后樣品溶液的酸度。以煙草樣品1為研究對(duì)象，按照操作步驟消解，考察了樣品溶液的酸度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，并計(jì)算測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表1。

表1 樣品溶液酸度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響（n=5）

     由表1可知，當(dāng)樣品溶液pH控制在4. 0~5.0時(shí)，測(cè)定結(jié)果與YC/T 161—2022 中連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定結(jié)果（2.47%）相近，表明樣品溶液控制在該酸度范圍內(nèi)可保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。因此，試驗(yàn)選擇樣品溶液酸度為pH4.0~5.0。

2.3 電解質(zhì)溶液中溴化鉀濃度的選擇

      電解質(zhì)溶液濃度既影響電解過程中電流效率，也可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)生其他副反應(yīng)。由于L-天冬氨酸屬于煙草中含量較高的氨基酸之一，因此以其為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，通過向煙草樣品1中加入已知量的L-天冬氨酸來考察不同濃度溴化鉀溶液對(duì)L-天冬氨酸回收率的影響，結(jié)果見表2。

表2 電解質(zhì)溶液中溴化鉀濃度對(duì)L-天冬氨酸回收率的影響（n=5）

    由表2可知：當(dāng)溴化鉀濃度為0.1mol·L−1時(shí)，輸出的電流無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使得檢測(cè)過程未能正常進(jìn)行；當(dāng)溴化鉀濃度為1.2mol·L−1時(shí)，L-天冬氨酸的回收率接近100%，且RSD小于2.0%，這與文獻(xiàn)中采用庫(kù)侖滴定法考察電解質(zhì)溶液濃度對(duì)含氮標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定影響的結(jié)果相近。因此，試驗(yàn)選擇電解質(zhì)溶液中溴化鉀濃度為1.2mol·L−1。

2.4 電解質(zhì)溶液酸度的選擇

      當(dāng)電解質(zhì)溶液pH過低時(shí)，電解生成的Br2難以發(fā)生歧化反應(yīng)生成滴定劑BrO−，同時(shí)滴定過程中生成的H+會(huì)影響溶液pH，結(jié)果出現(xiàn)正誤差。為此，向煙草樣品1中加入已知量的L-天冬氨酸后，通過四硼酸鈉緩沖鹽溶液調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液至不同酸度，考察了電解質(zhì)溶液酸度對(duì)L-天冬氨酸回收率的影響，結(jié)果見表3。

表3 電解質(zhì)溶液酸度對(duì)L-天冬氨酸回收率的影響（n=5）

     由表3可知，當(dāng)電解質(zhì)溶液pH控制在 8.6~8.9時(shí)，L-天冬氨酸的回收率接近 100%，且精密度較好。因此，試驗(yàn)選擇電解質(zhì)溶液的酸度為 pH8. 6~8.9，在此酸度范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液不會(huì)影響滴定結(jié)果。

2.5 電解電流的選擇

      合適的電解電流不僅節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，同時(shí)可保證電流效率達(dá)到100%，避免其他副反應(yīng)產(chǎn)生。為此，向煙草樣品1中加入已知量的L-天冬氨酸后，考察了電解電流對(duì)L-天冬氨酸回收率的影響，結(jié)果見表4。

表4 電解電流對(duì)L-天冬氨酸回收率的影響（n=5）

     由表4可知：當(dāng)電解電流過高時(shí)，L-天冬氨酸回收率偏低，雖然可縮短檢測(cè)時(shí)間，但測(cè)定結(jié)果相對(duì)誤差較大；而采用低電解電流時(shí)，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度更好。因此，建議同步考慮檢測(cè)時(shí)間與結(jié)果的準(zhǔn)確度，當(dāng)煙草樣品的總氮測(cè)定結(jié)果在 1%~3%內(nèi)時(shí)，試驗(yàn)選擇20~50mA的電解電流進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果更為理想。

2.6 共存物質(zhì)的影響

      煙草中除含氮化合物外，另有碳水化合物、有機(jī)酸、多酚類和脂質(zhì)類化合物及鉀、鎂等其他灰分元素，分別取50mg葡萄糖、20mg檸檬酸、20mg硬脂酸及20mg溴化鎂加至煙草樣品1后進(jìn)行總氮含量的測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)上述物質(zhì)對(duì)測(cè)定結(jié)果均無影響，表明該方法中共存物質(zhì)不會(huì)影響樣品中總氮含量的測(cè)定。

2.7 精密度和回收試驗(yàn)

     向煙草樣品1中加入不同濃度水平的 L-天冬氨酸進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表 5。

表5 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果（n=5）

     由表5可知，不同濃度水平加標(biāo)樣品中總氮的回收率為95.1%~109%，測(cè)定結(jié)果的RSD均小于2. 0%，說明該方法準(zhǔn)確度和精密度良好，有利于推廣至相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量控制研究中。

2.8 方法比對(duì)

     采用本方法、YC/T 161—2022中連續(xù)流動(dòng)法和杜馬斯燃燒法分別測(cè)定實(shí)際煙草樣品中總氮含量，結(jié)果見表6。

表6 不同方法測(cè)定結(jié)果的比較（n=5）

     在95%置信度下，對(duì)本方法與YC/T 161—2022中連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定結(jié)果進(jìn)行t檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析得到的t值均低于臨界值（2.78），表明兩種方法的檢測(cè)結(jié)果不存在顯著性差異。與杜馬斯燃燒法的測(cè)定結(jié)果相比較，二者在不同樣品的測(cè)定結(jié)果最大差值為0.15%，較為相近。但本方法無需提前準(zhǔn)備大量試劑，且不必繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，檢測(cè)時(shí)間較短，因此操作更為簡(jiǎn)便、檢測(cè)效率更高。

3、 論文總結(jié)

      本文以煙草為研究對(duì)象，提出了庫(kù)侖滴定法測(cè)定煙草中總氮含量的分析方法。以鉑電極-鉑絲對(duì)電極作電解電極對(duì)，鉑電極作指示電極對(duì)，在適當(dāng)?shù)碾娏飨码娊馑呐鹚徕c-溴化鉀溶液生成 BrO−后，定量滴定預(yù)處理后樣品溶液中NH4+，通過溶液中電位變化指示滴定終點(diǎn)。該方法精密度與準(zhǔn)確度均較好，與其他分析方法相比，操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)較短，因而有利于在煙草及其制品的質(zhì)量研究中推廣應(yīng)用。

作者：張繼東1，劉偉2，王珺1，蔡保國(guó)1，劉丹丹1，楊棟1

單位：1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司安陽(yáng)卷煙廠；

2. 南華大學(xué) 土木工程學(xué)院

來源：《理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)》2024年第5期