FOSS官方资料 凯氏消化手册.docx

凯氏消化手册1目录1-前言2.标准凯氏程序3,*优化的凯氏消化3样品准备3.1.1 样品重量-固体3.1.2 样品体积-液体3.2消化过程3.2.1 酸的需要量3.2.1.1 样品的酸消耗量321.2试剂的酸消耗量3.2.13蒸发的酸消耗量3.2.1.4结论一酸消耗H3.2.2 盐的需要量3.2.2.1 酸、盐的比例3.2.3 结论-盐的需要量1.1.1 汞1.1.2 铜1.1.3 硒334混合催化剂1.1.5 结论1.4 还原剂1.5 氧化剂1.6 煮沸时间1.7 消化中的泡沫4 .凯氏消化的局限性5 .应用特卡托消化系统消化样品5概述5.1 组合消化炉5.2 控制器5.3 烟气排除系统5.3.1 抽气系统5.3.2 清洗器5.4 试剂加入552凯氏消化片25.5 简化的操作5.5.1 试管支架5.5.2 加热防护板563升降系统6 .凯氏过程中的质量控制6校骏蒸饱系统6.1 校脸消化系统6.2 设备7 .应用指南7前言7.1 食品7.1.1 蔬菜/水果7.1.2 肉，鱼7.1.3 牛奶7.1.4 精制食品7.2 饮料Z4农业1.1.1 油料种子1.1.2 土壤1.1.3 肥料1.5 饲料7-6水/万水/污泥1.7 工业1.7.1 石油化学1.7.2 糠胶/塑料，聚合物1.7.3 纺织品/皮革1.7.4 纸/纸浆1.7.5 结论8 .特卡托的应用简报系统9 .故障分析10 .问题与解答31 .前吉丹麦化学家JohanKje1.dah1.(1849-1900研制了今天人所共知的分析彳j机物中氮含量的凯氏法。他在Car1.sbcrg实验室工作。他的任务之一就是寻找一种快速而可靠的测定谷物中的氮白质含量的方法。以解决啤酒厂中所用谷物的氮白质含量不同而产生的不同的效果。麦芽汁中氮白质含量越低,啤酒的产量越高。Kje1.dah1.所提出的最初的方图I.约翰凯法已经得到了不断的改进和发展。这些发展使环境得到了改善.在人身安全方面得到了保证.加快了速度和方法的通用性.简化了整个的分析过程。凯氏法有三个步骤-消化.蒸镭和滴定。最重要的和最复杂的是第一步的消化过程。本手册主要论述这一步。由于凯氏法有广泛的应用范围.因此.希望用一套凯氏消化条件来最优化的处理各种类型的样品是不切实际的。然而从利用简单的虽非最佳的方法作为出发点,就比较容易进行调整和改进.从而得出一个基本方法以满足绝大多数（虽然不是所有的样品的分析要求。为方便起见,该基本方法将在本手册第二章中有专门的论述。各个实睑室都应该根据各自的实际需要对方法进行适当的改进。例如:许多实脸室要对范围广泛的不同类型的样品进行凯氏分析时,对每一类样品都有一种最佳的分析程序既非必要、也不可行。最经常的方法是实验室具备一种简单而灵活的、适用于所有样品的程序.使实睑室人员只需用一种方法,在较短的时间内就可以提出满意的精确的结果。42 .标准的凯氏程序特卡托公司已经把简化的凯氏分析过程发展的相当成熟,而且简单的消化方法也适用于几乎所有类型的样品。雷白质含量在90%以上和含氮量大于60%的各种类型的样品的分析都适用于这种方法。这种基本的方法并不是对每一种类型的样品都是痕快的方法.但作为一个简洁的选择.对大多数样品都可以得出精确的结果。这个方法是：称样量1克械酸12亳升盐/催化剂2片凯氏消化片每片含3.5gK2SO4+0.4gCuSO4*5H2O消化温度420摄氏度消化时间60分钟酸的实际需要后将取决于很多种因素.例如:排气系统的效率、样品中非蛋白含量和盐类的含量。在大多数实险室.上述程序不加任何限制可以直接使用。如果你希望优化你的应用.可和福斯特卡托公司的代表处及服务站联系。图2.凯氏消化过程53 .最优化的凯氏消化过程3样品制备用于凯氏分析的样品的制备必须十分小，A以避免引起最终结果的误差;>必须把样品处理的很均匀,而且颗粒大小粒度要小于1亳升。提高分析样品的均匀度将提高方法的重现性,并可减少样品的用量而不影晌最终结果的质量.，使用小颗粒的样品.消化速度也将加快.在样品制备过程中.使用好的样品粉碎机也是非常重要的。在7.1节中特卡托公司给出了粉碎机的类型供参考。1090旋风磨（CyC1.oteC适用于干馍的样品,例如谷物和饲料1093磨（CCmOtb适用于准确测定水分的样品（该磨能保湿o刀式磨（Knifctcc适用于高水分或高油脂含量的样品。总的来说,样品制备的目的是获得直径小于I亳米的样品粒度。图3.凯氏法能分析的样品63.1.1 样品的称重-固态在凯氏法分析中要使用万分之一分析天平。分析中样品的实际称重主要取决于样品的均匀度.对于不均匀的样品,若使用的样品量太少,将不能获得高的精度，而对于均匀的样品,称样没有严格要求。只要正确的选择称样量和滴定酸浓度,斌终得出一个合适的滴定体积(大约2-20克升使用O1M)2N的滴定酸可以参考下表选择称样量.蛋白质含量样品量(毫克<5%以下1(XM)-5(XX)5-30%5001500>30%200100O另一个选择称样量的参考方法是:称样量中应含有IO-I(X)毫克的氮含厘较为理想，为了和其他实验室的结果相比较.掌握样品中的水分含量是很重要的“这样不但可以用来修正枪测结果,而且可以得出在干基基础上的分析结果。当水分含量知道以后,可以使用以下方程计算干基的结果:干基的结果=A*100(100-BA:样品的氮白质百分比含量B：样品的水分百分比含量3.1.2样品的体积-液态对于大多数需要检测氮的食物和饲料液态样品来说,其称重的规则和固态样品相同。当在水或废水中检测总的凯氏赳时.由于氮的含量非常低.因此需要较大量的样品。若使用凯氏系统来分析.可以参考下表来选择称样量：氮含量(mgN/1样品量(m1.<2010020-505050-125为了获得精确的检测数据.要使用OQ1.N的滴定液。若使7用流动分析技术,可以使用较少的样品量。3.2 消化过程消化过程的目的是要打破所有样品中的氮的有机结合.并使所有类型的氮都找换成铁离子,为此JohanKje1.dah1.先生最初选用了硫酸并沿用至今。当单独使用硫酸时.消化速度很慢。因为消化速度（打破样品的化学结构不仅取决于酸的性能,而且要取决于消化期间消化液的温度,温度越高,消化越快。若单独使用硫酸.消化温度将受硫酸的沸点（摄氏338度所限制,而氮的临界分解温度是摄氏373度。加入一些盐类和催化剂可以使消化速度得到很大的改善。8图4.传统凯氏定氮装置3.2.1 酸的需要量在常规凯氏系统中,通常每克样品使用25克升硫酸,而在特卡托的消化系统中最适用的酸量是12毫升。在消化过程中使用硫酸的身.对某个特定的样品类型可作适当的调整，为了作到这一点.必须了解在消化期间酸的作用。即注意由于蒸发、和其他试剂以及样品反应而消耗的酸量。事实上我们可以很容易的控制消化过程中酸的蒸发损失.也可以计算出化学反应需要的酸量。这样,由于考虑的主要因素仅仅是样品的特性.这样就简化了我们的选择。在样品消化期间需要酸的总量依样品种类的不同.将有很大的变化。如和一个小麦样品相比较,一个高脂肪含量的样品将多消耗4毫升的酸量，注意:如果在消化期间增加了酸的使用量,则在蒸储期间也要按比率(酸:碱=上4增加碱的使用量。3.2.1.1 样品消耗的酸量为了弄清样品消耗的酸尾.我们必须了解每种样品的组成.在表I中给出了不同样品成份所需酸的消耗量：表I样品成分所消耗的酸量：样品的成分消耗的酸量样品的成分消耗的酸量(m1.硫酸,g(m1.硫酸/g土壤、有机碳100碳水化合物4.0脂肪9.7±0.6蛋白质4.9沙子0.0水杨酸6.8从这个表中我们可以看出高脂肪含量的样品消耗的酸量将多于高蛋白质和碳水化合物样品消耗的酸量.例:计算一个小麦样品消耗的酸量假定该样品有以下主要成分：蛋白质12.5%:碳水化合物66.5%:脂肪3.5%消化1克该小麦样品所消耗的酸量则为：蛋白质12.5%X1.oX4.9=0.61m1.碳水化合物66.5%×1.()×4.0=2.66m1.脂Sn肪3.5%x1.0x9.7=().34m1.合计:3.61m1.这个小麦样品在消化过程中将消耗3.61亳升的硫酸。与一个高脂肪含0的样品相比较.例如:香肠.在消化过程中将消耗6.9亳升的硫酸。为了弥补样品之间的这种差异,并且得到相同的消化条件。必须使用比小麦样品多3专升的初始酸量。以上简单的计算也适用于不同组成的其他样品,所得的结果也可以用来修正其他方面的应用。93.2.1.2 化学试剂消耗的酸在所有的凯氏消化过程中都要加入硫酸钾.谶酸钾和硫酸反应生成硫酸敏钾.反应方程式如下：K2SO4+H2SO4->2K2HSO4在这个反应中I克硫酸钾大约要消耗0.3亳升硫酸.即使用两片凯氏消化片(7克减酸钾大约需消耗2毫升疏酸。在所有的ASN应用简报中.由于盐的用量总是固定的.所以由盐消耗的硫酸都可由此计算出来。然而,在某些应用中加入一些特殊试剂以扩大凯氏法的测定范围。最普遍使用的是磕代硫酸钠或者能被增加包括硝酸盐和亚硝酸盐在内的水杨酸。睢代硫酸钠和减酸反应的最终产物是二氧化磕。在这个过程中I克蹴代械酸钠要消耗05毫升疏酸”水扬酸和硫酸反应时被分解成二石化碳和水。这个过程中1克的水杨酸要消耗5.6亳升硫酸”蔗糖被分解成二家化碳.水和二家化硫.这个过程中1克的蔗糖要消耗1.9m1.的成酸。当使用上述这些试剂时.在消化过程中必须增加相应的质酸量。3.2.1.3 蒸发损失的酸量要考虑的另外一个因素是由于使用了排气系统而被蒸发损失的酸量。在常规的凯氏定氮系统中,相当大量的酸被蒸发而进入大气环境中。通过对整个消化期间酸的蒸发搅失总量的研究测量,已经得出了一些重要的结果.对于常规消化装置,在消化开始的前15分钟大约损失酸总量的5%。当消化继续进行时损失将逐步减少,但每15分钟仍大约损失酸总量的3-5%。在AoAC920.87分析标准中.每分析一个样品使用25亳升硫酸.消化2小时要损失7.2毫升磕酸。在特卡托的消化系统中.护热板和排气系统能控制酸的蒸发损失。在消化过程的开始阶段,由于剧烈的反应速度,将形成大量的带有硫酸的烟翳。此时排气系统应满负荷的工作5-10分钟。然后排气系统的效率应该降低,以便烟雾能在消化管中回流,这个状态将维持整个消化过程。为了使排入大气环境的硫酸降1()低到最小,将排气系统的效率降低到一个合适的水平上将是非常事要的。一个带有流量调节器，废气收集系统的2000控制系统能确保正璃的操作。使用这个系统.在开始的前15分钟以内将有小于8%的硫酸被蒸发掉，但在以后的整个消化过程中每15分钟仅有0.8%的磕酸被蒸发掉。在使用12m】酸,消化60分钟的情况下,整个消化过程中因蒸发而损失的硫酸仅2克升。用特卡托的消化系统代替常规的凯氏消化系统,每个样品因蒸发而损失的疏酸将从7.2毫升降低到1.2玄升.即节省6.0毫升酸,每分析20个样品将节省120毫升硫酸,那么一年节省的硫酸将是很可观的。若从环境保护的观点看肯定是更有价值的。3.2.1.4 结论,需要的限量用带有高效率排气系统的特卡托的组合消化系统代替传统的凯氏消化系统能使绝大多数由凯氏定氮引起的环境污染问题降到最低点。表2给出在消化过程中各种原因消耗的酸总量。表2特卡托组合消化系统和传统的凯氏消化系统用酸量比较组合系统传统系统需用的酸总扇12m1.25m1.蒸发损失1.2m1.7.2m1.1克样品的消耗3.6-7m1.3.6-7m1.试剂反应的消耗2.1m1.4.2m1.消化管内的残留75.1m1.6.6-10.0m1.需用的碱量50m1.100m1.上表显示了使用特卡托组合消化系统.我们在改善环境方面取得了两大好处.即酸的蒸发损失降到了最低点和在蒸储期间需要的氢氧化钠减少了。从环境保护的观点看.消化管内的残留的酸并不造成污染.因为它在蒸镯时和加入的碱反应转换成疏酸钠。是否造成环境污染,主要看硫酸是否蒸发到环境中去。为了消除这部分可能造成的污染,可以使用一个中和酸雾的废气收集系统。（1015I1.在消化期间可能发生的一个问题是在把样品蒸干过程而出现“结晶效应"。引起这种现象的主要原因是排气系统长时间的高效率工作而产生过量蒸发所至。防止这种现象发生的方法是调整排气系统的工作效率到合适的状态下.或者在消化开始时多加入2-3亳升酸以补偿这种损失。3.2.2 需要的盐消化过程的速度取决于使用的消化温度。提高温度可以缩短消化需要的时间。然而仅提高消化装置的温度并不能提高消化时的实际温度,因为消化时的实际温度是由酸的沸点所控制的。消化时的实际温度决不会超过酸的沸点，酸的沸点可以用加入盐的方法来提高,对于凯氏消化装置来说,硫酸钾是最合适的盐.因为它在硫酸中有很高的溶度。早在1889年就已有了使用硫酸钾的报导.并被证明是使用效果最好的盐。在凯氏法的历史中已试用过成酸钾以外的其他的盐.但效果都不太成功。当硫酸钾加入以后,一部分减酸将由于要和它反应而消耗掉。但从实用的观点看,这并不重要,而且是合算的。3.2.2.1 酸、盐的比例消化成功的一个关键是酸、盐的比例.酸和盐之间的比例决定了酸的沸点,进而也决定了消化所需要的时间。酸、盐的比例是用加入的硫酸钾的克数除硫酸的亳升数。可以使用的比例也有一定的极限.消化温度太高.会导致氮以氮气的形式损失。然而由于特卡托的组合消化装置有精密的温度控制.这种损失就不可能发生。消化液的上限温度既可受控于酸、盐混合物的沸点,也可受控于组合消化装置设定的温度。正确的选择酸、盐的比例要依据许多因素.如加入的盐所消耗的酸量.样品的成分所消耗的酸.消化时间的长短,使用什么样的消化装置等。在实际操作中,所有这些变量都可成为常数,而仅考虑的是样品的成分。典型的酸、盐的比例是14-20之间。对于有些高消耗酸的样品,如高脂肪含量的样品.酸、盐的比例可以达到2.5-2.8之间.从环境保护的观点看.选择一个合适的酸、盐比例同样是很重要的.因为它能减少所需的化学物品和缩短消化时间。123.2.3 结论需耍的盐盘可以通过提高磕酸的沸点来缩短消化时间。可以由选择酸、盐的比例来达到最好的效果.不同的样品需要不同的酸、盐的比例.这是因为不同的样品消耗不同量的硫酸,如果要得到稳定的、重现性好的结果,就要进行这种比例的选择,并严格的保持这种比例.为了避免加盐量的变化.最好方法是选择一个标准产品.例如特卡托的消化片。3.3 催化剂消化的速度和效果不仅要受到消化温度的影响.而且也可以由加入合适的催化剂而得到改善。在1885年,即凯氏定氮方法被公开两年以后,在文献上就出现了加入催化剂以提高消化速度和效果的报导。数年间对各种催化剂的效果进行了系统的研究。所有的结论都认为水银.硒和铜是最好的催化剂。在有些应用方面,钛也可以使用。在表3中对一些加入了最常用的催化剂以后的效果进行了比较.表3:催化剂对消化时间的影响分钟汞Hg硒Se铜CU钛Ti狗食1()-2025.6().0725.1(0.0124.8(0.1925.0(0.173()25.6(0.1425.4(01525.2(0.22253(0.274525.7(0.1325.4(01625.4(0.1125.5(0.256025.7(0.0725.6(0.1125.5(0.1225.6(0.22肉10-2018.0(0.2617.7(0.3317.4(0.2317.2(1.0730I8.(XO.1517.7(0.2717.8(0.2217.9(0.374518.0(0.1317.9(0.1717.8(0.2418.(X0326018.2(0.0917.9(0.2418.1(0.23I8.(XO.O6肉鱼1069.1(1.6265.0(0.7564.7(1.2164.8(1.152072.4(0.2270.1(0.6672.6(2.8369.5(0.543073.0(0.3171.0(0.2370.6(0.7470.4(0.344572.7(0.1471.7(0.1971.4(0.3971.4(0.43136072.7(0.2872.2(0.1572.3(0.2172.3(0.45小麦IO11.4(0.3111.2(0.2411.0(0.1911.0(0.292011.7(0.0611.6(0.()711.6(0.()611.0(0.033()11.7(0.0811.6(003i1.6(0.0711.7(0.224511.7(0.0711.6(0.0411.6(0.0511.7(0.066011.7(0.0511.7(0.0711.7(0.()411.7(0.05赖氨酸IO-2014.8(0.1813.0(I0012.6(0.6012.5(0.3230I5.3(O.1213.3(O.7213.O(O.I912.9(0.484515.3(0.1613.9(0.5613.4(0.5613.7(0.326015.3(0.0914.2(0.2713.8(0.2714.2(0.55从表3中可以看到汞是最好的催化剂。以赖氨酸和鱼肉的效果为最明显。但在多数情况下,使用其它催化剂也可以得到相同的效果,只是消化时间要更长一些。蛋白质的分析往往是为了商业的目的,因此对其分析的结果的评价应采用相同的分析程序是重要的。用铜作催化剂越来越普遍,因为它对环境有利。当今世界上以硒和铜作为凯氏消化的催化剂已达到90%以上,汞以及混合催化剂的利用正在减少。3.3.1 汞不把汞作为催化剂的原因是它可以和氨合成一种化合物从而防碍氨被蒸饵出来，但进一步的研究表明.当加入磕化物或硫代械酸盐以后这个化合物可以被破坏。自从这一改进被引用以后.气化汞(Hgo成为了最有效的催化剂。它的用途广泛.包括许多工业样品.如煤、皮革、饲料、食品和废水。汞的用途下降是因为它对环境产生负效应。汞已被其他催化剂.如硒或铜所代替，3.3.2 铜铜是第一个作为催化剂使用的金属。在大多数情况下,铜是一个很好的催化剂,虽然使用它时消化时间要比使用汞和硒14时要长一些。硝酸铜(CuS04已被证明是一个最有效的铜催化剂,并且它也可以满足凯氏程序的需要.即在速度.效率和环境安全方面。现在已经在许多类型的样品上进行过铜和汞催化剂比较的精密实脍.在大多数情况下都可以得出相同的结果。在ISO.AOAC等法定方法上已经开始用铜催化剂代替汞催化剂。今天,铜催化剂已经在许多不同的应用中代替了汞和硒。3.3.3 硒最初把硒用作一种催化剂是在1931年,并且从那时起它也是许多研究的对象。许多报导认为使用硒的结果不稳定,回收不完全或有氮的损失。是个有争议的催化剂。在使用过量的催化剂时(X)25克或消化时间过长会发生氮的损失。消化期间的损失大约在摄氏390度时开始C损失的具体的温度取决于混合体反应的条件.因而很难预测，一般认为.硒比其他催化剂较难使用.因为它对存在的酸、盐比例的作用更为敏感。如果条件不适当,则将造成损失。由于这些原因,已进行了许多基本的研究.这些研究对凯氏消化过程的动力和化学变化有了深入的了解。3.3.4 混合催化剂为了寻找高于单一催化剂催化性能的催化剂.对混合催化剂进行了试验。然而.绝大多数混合催化剂都不比单一的催化剂优越。对单一的和混合催化剂做了调查研究,使用的单一催化剂有汞、铜、硒、钿、础以及它们的混合物。在这些实验中，为了适应消化过程的所有不同的方面.对硫化钾的用量水平做了各种调整。实验的结论是混合催化剂不如单一催化剂的性能好。至今发现唯一的使用的混合催化剂是1:1的铜和氧化钛的混合物。这种混合催化剂在油料种子测试应用中被AOCS.AOAC和AACC正式认可C153.3.5 结论七十年代以来.用较为无害的物质代替汞作为催化剂的环境保护压力很大。今天.铜和一定范围中的硒已经成为催化剂的主流。大多数的蛋白质的实验方法由官方所制定。按照法定的方法进行测试是重要的,因为由此得出的结果一直是作为原料的交易或者产品标示的依据。作为催化剂汞已被铜催化剂所替代。用铜作催化剂不会影响分析的正确性.不过消化的时间要长一些。根据新的出版物和最近公布的分析程序的趋势都是用铜催化剂C凯氏法最初是为测定蛋白质而设计的。用盐和催化剂以后使这个方法得到了改进.拓宽了样品类型的范围。然而许多化合物仍属于难处理的。因为即使凯氏法有了这些改进.这些化合物所含的氮也不能被还原。为了能测定这些化合物中的叙.在消化以前必须使其还原。有两种方法可以实现还原:一种在消化前预先处理,一种在消化中处理。实际上,在消化中还原是最好的但许多化合物并不能被这种方法还原.而必须用其他方法来还原.常见的应用范围是化肥、土壤和水。硝酸盐的所有应用都应包括在实蛉中。若要进一步查询.建议阅读v法定的分析方法第十五版。1990年由法定分析化学家协会（AoAC出版C普通使用的还原剂是铅、锌、磕酸铁、水杨酸和蔗糖。有关这些化合物应用的具体信息,请查阅相应的专题应用简报（ASN。蔗糖和葡萄糖通常也包括在空白对照样品的消化中,目的是得到与这个样品相类似的酸耗量.3.5氧化剂在沸腾的硫酸中使有机物氧化通常是一个相当慢的过程。加入催化剂和盐可以促进这个过程.但微化剂可以进一步增加这个过程的速度。既使是早期的凯氏法就已使用了高锌酸钾粉末来完成氧化过程。然而这个方法在氮的回收上有很大差异因16而产生了争议。高镒酸钾现在已不再使用。今天唯一使用的氧化剂是过氧化氢和过硫酸钾。过氧化氢彳j者最广泛的应用,它有两种功能：1.作为氧化剂对有机物加速分解2.作为阻泡剂在消化中控制泡沫.过家化就的使用在有硫酸的情况下反应剧烈.因而能引起盛气（N2损失.而且在大多数情况下不能明显的缩短消化时间。无疑,在样品含有大量的脂肪或碳水化合物时,作为阻泡剂是特别有益的。如果使用过氧化氮.应缓慢的沿管内壁加入小于5亳升的量。若使用过氧化氢对消化状况没有改进的话,最好不要使用过氧化氢。虽然使用过氧化氢能缩短消化时间,但不如用加盐以提高温度的方法较为可靠,一般来说,不应为了调整消化时间而去冒损失叙的风险.36沸腾时间沸腾时间”可以分成两部分.首先是从开始到消化液变清或者变为无色的第一部分。通常称为"消化时间"。其次是"后沸腾”时间。是将最后部分的氮转化为可以被蒸镭的形式的时间.通常称为“沸胺阶段“。在消化时间.尤其是消化时间的早期形成的中间化合物要比样品更难分解。因为分解过程是很缓慢的,所以既便是温度正好或接近这些中间化合物的分解点,也必须沸腾一段时间。理论上对每一个化合物在一定条件下需要的沸膳时间是可以测定的.实际上是不可能的。然而使用两到三倍的"沸腾时间"以保证消化液澄清就足够To消化需要的时间要取决于许多因素.这些因素有:样品的类型.使用酸的多少、加入盐的量、所用的催化剂、氧化剂、还原剂以及消化装置设定的温度等等。消化液澄清以后需要的沸盛时间主要由消化器设定的温度决定。若使用的酸太多需要较多的沸腾时间,因为要将多余的酸蒸发掉以保证合适的酸、盐比例.在不同的时间间隔上停止消化并检测氮含量以后,消化过程很容易继续进行.由此可以绘出氮的回收率和对应消化时间的曲线。图5表明不同类型的样品表现也不相同，有些样品在澄清点上已经完成了消化过程.17如物质B.另外一些样品还需要很长的消化时间。如物质A。对于物质B随若消化时间的加长氮的回收率逐渐地稍有增加,大约需要60分钟得到百分之九十九的回收率。在澄清点,一般可以获得95TOO%的回收率。在"沸腾阶段”的延长消化时间里,对每一种单独的化合物都可以很容易的调整以到一个合适的回收率。使用合适的消化条件与一般的消化程序相比较,消化时间可以大大的减少。表4给出了一些例子。这些数据是在使用汞作催化剂*在酸盐比例为1：3的条件下获得的。样品仅加热到澄清点.没有沸腾阶段.其回收率和理论值相比较.表4:下列纯净物质在澄清点氮的回收率化合物消化时间（分回收率（澄清点乙帙苯胺1199.8丙氨酸999.7精氨酸9100.5巴比土酸H99.4甘氨酸15101.5羟牖氨酸10.599.51.赖氨酸151(X)3蛋氨酸1498.8烟酸(尼克酸18I(X).I色氨酸16100.1酪获酸1299.5尿素11100.118可以看出.不同的化合物达到澄清点的时间是不同的。色氨酸要比丙氨酸多用80%的时间。色氨酸对使用的温度也是灵敏的,如果酸、盐的比例改为1:1。则回收率下降5%.对一些天然产品的研究的结果见表5,条件和上面是相同的,结果是用法定的程序分析验证的。表5天然产品在澄清点氮的回收率化合物消化时间(分回收率%(澄清点奶酪2399.9鸡蛋蛋白(可溶性2399.9面粉14100.0售皮粉21100.3皮革161(X).7燕爱261(X).7可以看出消化时间的明显差异。不过为了在这样短的消化时间内获得良好的结果.严密控制消化条件是必要的。为了能获得应用于安全的常规分析的消化方法,应该使用时间的安全范围。通常.沸腾后020分钟的时间就足够的。使用经典的凯氏消化设备.沸胺阶段0-235小时的都有过报导。虽然有些煤炭类型的样品需要在透明以后沸腾时间长达235小时,但水稻,小麦粉,燕麦粉和荻皮在透明以后即能分解.如果消化是混浊的或烟雾迷漫的.或是黑色的碳粒浮在酸液中或附在消化管的壁上.那么.消化都是不完全的。基本的、完全的消化必须是清澈的.虽然消化液会有淡浅的颜色。根据使用催化剂的不同.这种颜色从淡兰绿色到淡黄澄色。为了使消化时间减到最短,选用适合于样品类型的酸、盐比例是重要的。使用经典的凯氏法设备,普通的消化过程最低限度需要两小时。使用特卡托的消化炉,经过改进的消化温度.以及其他的消化参数的控制。在这种情况下,沸腾以后的时间将大大缩短.大多农业样品在30-60分钟以内都能被消化。详细情况参阅有关的应用简报。193.7消化期间的泡沫凯氏消化中的一个最常见的问题是在消化的初期能生成一些泡沫,对于高脂肪、高含油量、高碳水化合物样品、或者一些含有高表面活性试剂的样品将会产生更多的泡沫。对含氮量少的样品,通常能控制泡沫,也能限制泡沫。在这方面要强调指出,当使用的样品的体积太大时.即消化管中的液面太高时,泡沫很难控制。为了在大体积时控制泡沫.当消化管中的体积大于4()毫升时建议使用沸腾杆。对沸腾的石块或碎渣.沸腾杆常常能起良好的作用。控制泡沫的另一个方法是加入过黑化氤。过氧化今有两种效能.它即是辄化剂又是消泡剂。过氧化氢虽然能改善发泡.但据有关报导它的使用会引起氮的损失C如果发泡是唯一的问施.那么使用13滴辛醇或是专用的阻泡孔化剂就会改善，在消化的初期阶段加入阻泡剂还应与缓慢的加热结合起来。若使用控制器.消化炉的升温是自动控制的。另一个程序是当消化炉达到摄氏200度左右时将试管放人,然后温度缓慢的升到摄氏420度.另一减少泡沫的方法是在消化之前,在装有样品的消化管中加入所有的试剂,把试管在常温下放置一夜.虽然这个方法限制了实验室里样品的周转时间,但它对减少泡沫问题是很有效的。形成泡沫的程度与使用样品量有直接的关系。减少样品的使用量可以使泡沫减少到最低程度。由于样品的不均匀性和低含氮量的样品都要求要有一定的样品量，所以这种方法有一定的局限性。通常250蔻升试管比100克升试管较容易处理样品。较大的试管为分析样品的范围.样品的大小和应用提供了较大的机动性。也较100毫升试管容易控制起泡问题4 .凯氏消化的局限性凯氏方法原是为测定蛋白质而设计的。经改进其功能增加了.因此许多不同的样品类型都能被测定。然而,仍有许多化合物因为它们的氮不易被还原而被列入难处理一类。难处理的化合物是那些被氧化型中含有氮或如同杂环的化合物。这些物质如:硝酸盐、亚硝酸盐、生物碱、叱院、暧琳衍生物、三嘤、叱嗅端、氨基吐哪、安替叱咻，20对于含有难处理化合物的样品在消化以前必需要预先处理.例如:硝酸盐要加人还原剂,在使用方面.可参阅具体的专题应用简报（ASN中提供的专门信息。HCH1GrANT1.PYRiNEAc-nI1.II1.1.,21.3-BENZOTRIAZO1.E图六难处理的化合物的例子215 .应用特卡托消化系统消化样品的过程5概述凯氏法在1883年初受到注意在以后的多年里在技术发展方面做了很多努力。但基本上没有什么改进。直至1970年凯氏实脸室才成功的取得了一次革命.第一个组合式消化炉由特卡托实验室里的RogerMossberg先生发明出来了。这种组合式消化炉使改进消化过程的速度和精度成为可能,还可以节省实骏场地、化学试剂和能源。此后又增加了排气系统、防热挡板、试剂处理系统、试管架等.使消化系统不断得到改进。今天的系统是一个对使用者极为方便的高效的系统。使用的方便和一次消化的样品量都已达到了最好的程度,而对实验室的要求和试剂的使用也达到了最有利的程度.对使用人员和环境都提供了安全的保证。图七完整的凯氏定氮系统从表中可以看出使用特卡托的消化系统消化的总时间从三个方面被缩短了.电力消耗减少95%,试剂消耗减少50%o所有这些都是对传统消化过程的本质的改进。22表6特卡托消化系统和传统消化系统比较见下表:占用空间传统特卡托5-6台仪器,，2米1.5米(100样品/(100样品/天样品量O1.5g1.-5g酸消耗25m1.12m1.械消耗1.m1.50m1.加热无控温的单个加热带控温的块式消化炉消化时间23小时45-60分钟酸雾控制自由排放抽提系统催化剂盐和催化剂14g凯氏消化片2片热发生高温扩散低温扩散电力消耗2.5度海样0.1度/每样今天.特卡托的消化系统是在现代化的凯氏实验室可以见到的最先进的设计.它们经历了由人工控制到全部的自动控制的过程。5.2 蛆合式消化炉（简称消化炉使用消化炉可以尽可能的考虑到消化时间和化学试剂的优化组合。消化炉可以很容易的适应各种不同的实验室的需要。目前的消化系统中有两种不同容积的消化管100和250变升,以及同时消化6、12、20、40个样品的组合消化炉。炉子内部的加热元件和温控系统可以精密的控制温度,为了提高安全性,所有的消化炉都装备有过热保护电路。系统的主要优点是体积小和可获得很高的分析精度。这些系统耗费的热和损失要比常规的消化系统小的多。使用组合式消化炉消化样品要比使用传统消化器消化样品使用酸的体积要少的多。传统凯氏法一般要使用20-30毫升酸。然而,在特卡托的组合消化系统中,使用250亳升消化管通常也只使用1015空升酸,若使用100亳升的微量管.只使用2-5亳升酸。一般比较常用大容积的消化管，因为它们的功能较多,使用自动流动分析系统时,最好使用凹形容积消化管，（如图九B所示使用这样的管子.最后的稀释体积步骤可以直接在管子内进行.新一代的组合消化炉比传统的凯氏装置更简单、更安全、效率更高。并首次在图九A直形消化管1982年由AoAC认可。B凹形消化管5.3 控制器消化炉在整个消化过程中保持一个恒定不变的温度即可完成绝大多数消化工作。一般使用的温度是摄氏420度。然而,对易产生泡沫的样品或在使用大称样量时,可用控制器来控制消化炉逐渐的升温.逐渐升温减缓了消化速度.进而可以减少泡沫的产生。对于大体积的液体样品,在达到消化温度之前的慢慢地升温过程中水分容易被蒸发。在这个过程中要使用大流量排气。例如:在摄氏200度左右时放入消化管.慢慢地升温到摄氏420度.然后进行消化到需要的时间。注意:在一些法定的实聆标准中指定为摄氏38()度,这将延长消化时间.但也是可以接受的。控制器也可以用来控制升降装置以减少用人工来处理热的消化管并能自动控制流用控制器、废气收集系统以及各图十2000控制器种各样的排烟装置C它可以不经操作人员而自动的保持精密的、可再操作的分析条件。5.4 烟雾排出系统在所有的凯氏消化系统中.消化样品过程中都要产生一些烟雾。为了控制这些烟雾扩散到环境中去,要用一个排气系统。排气系统可以使消化过程在毒气柜以外工作,但为了增加安全性仍建议使用毒气柜排气系统放在消化管的顶端,酸雾被水抽气泵（或流量控制器排到下水管内或使用废气收集系统而进入一个封闭的回收系统中。5.4.1 排气系统在消化的初始阶段在消化管内要产生大0的烟雾,此时需要较大的排气效率C这就需要在开始消化的前5分钟内开足水吸气器的流量来实现。5IO分钟以后.必须减小水吸气器的效率到适当的水平,以预防过量的酸被消耗。正确的排气的最低水平是以能使烟雾停留在消化管内为准。即能在消化管内看到“烟雾”而又不使烟雾从管中溢出.若使用液态的大量样品.排气时将使用最大的水吸气器效率到水分全部蒸发完为止。然后减小流量.降低它的效率。图十一A:2OO6-OOI独立的六管排气系统B-C可使用的排气系统G2000010流量控制器14:1013-01()废气收集系统(高容量1:2001-()01废气收集系统(台式26同时使用排气系统和护热板可使过量的酸被排走。在这个系统中,最初的分钟蒸发损失8%的酸,在剩下的消化时间内,当排气系统在低效率状态下工作时.每15分钟只损失().8%的酸若消化60分钟使用12亳升酸的话,通过蒸发仅损失I2亲升酸。使用排气系统可以使最小量的酸排到环境中。同时使用排气系统也可以协助消化器保持它的温度在一个正确的水平上。不使用排气系统和护热板而在一个通风的毒气柜中工作时.会使消化管的温度下降.结果是延长了消化时间而且重现性不好。一个带流量控制器(或废气收集系统的2000控制器自动控制正确的操作过程。消化时间、温度和抽提条件将是统一的和可重现的。而且也可以节省水。从消化管蒸发的少量的硫酸能被排气系统收集,然后在废气收集系统中被中和。如果使用流动注射或者自动分析仪枪测氮时.严格控制消化液的最终酸度是很垂要的,使用一个废气收集系统对改善消化条件经常有相助，注意！在实会室里水压经常变化.如果需要的话.推荐使用控制吸气器设备来调整水压。5.4.2 废气收集系统使用废气收集系统可以避免将酸雾散发到大气中。特卡托公司的的系统还有一个好处是:即在没有另外的供水系统情况下也能工作。它的水路是一个封闭的系统。它的另一优点是供水的量的变化不会影的酸雾的排出。酸雾收集到桶内被碱中和.最后的废液是硫酸钠溶液。可供应的型号中还包括一个节省空间的、顶部带有工作台的2(X)1废气收集系统。它可以被接到许许多多个排气系统中.而且用于100个样品而不用补充试剂。对工作量很大的实验室