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燃烧 杜马斯燃烧法是基于在高温下(大约 900 ℃),
通过控制进氧量、氧化消解样品的原理而进行氮测定
的。燃烧生成的气体被载气 CO2 携带直接通过氧化铜
(作为催化剂)而被完全氧化。此外,化合物中一定量的
难氧化部分会被载气携带通过作为催化剂的氧化铜和铂
混合物进一步氧化。
还原 燃烧生成的氮氧化物在钨上还原为分子氮,
同时过量的氧也被结合了。一个传感器用来控制最佳燃
烧所需的氧气量,这可以保证氧气和钨的消耗量最少。
净化 一系列的适当的吸收剂将干扰成分如卤化氢从
被检测气流中除去。随后的水冷器确保水蒸气的去除。由
于用 CO2 作载气,所以没必要吸收燃烧生成的 CO2 。
检测 用一个TCD热导检测器来检测 CO2 载气流中
剩余的氮。N2 体积含量引发一种电子测量信号,通过
它,再经过物质的独立校正,被测样品中的氮含量就自
动的计算、打印和存储起来。
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表1 杜马斯法与凯氏法的定氮方法的比较[2]
Kjeldahl Dumas
所需的化学试剂浓H2SO4, 40%NaOH, K2SO4, 空气,氧气,氦气或CO2,氧化铜,
CuSO4,乙醇,甲基红,溴甲酚绿, 含氮标准物质,氮催化剂,
硼酸,蒸馏水干燥剂,氧化铝
所需的仪器设备凯氏定氮仪,凯氏烧瓶,消煮炉, 杜马斯定氮仪,气瓶,分析
分析天平,通风橱天平,压片器
化学废液的处理必须收集并经过专业人员处理无化学废液
每个测试所需时间120min/20个试样(一炉) 3-5min/个,连续进样
危险程度* 6 2
精确度(CV%) 1.2 0.7
注:* 危险程度划分为10 个等级(1-10),10 为极端危险,1 为完全安全。
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3.2 杜马斯法与凯式法测定结果的比较
凯氏法一个公认的局限性是它不能定量NO3-N(土壤和植物样品总氮的重要组成部分) (Silvertooth 和Westerman,1988)。
Mcgeehan和Naylor(1988)证实,含有硝酸盐的样品用凯氏法的定氮结果低于杜马斯法的测定结果。Simonne et al.(1995)和Etheridge et al.(1998)也发现,
在分析植物样品时,杜马斯法得到的总氮值总是略微高于凯氏法的测定值。
Thompson et al.(2002)认为,凯氏法的结果低于杜马斯法的结果,但是依原料的不同而不同。Sader等人(2004)对两种方法测得的动物营养实验室一般样品的粗蛋白含量进行了比较,样品种类包括能量饲料、蛋白饲料、青贮饲料、排泄物。他们发现NO3-N 的存在会影响总氮含量,并且两种方法得到的每一种类饲料粗蛋
白含量呈显著相关:
青贮饲料,Kjeldahl -N= 1.1661+0.9616Dumas-N(R2 =0.99);
能量饲料,Kjeldahl-N=0.6376+0.9445 Dumas-N(R2=0.72);
蛋白饲料,Kjeldahl-N=6.5638+0.8615Dumas-N (R2=0.97)。
通过协方差调整后,两种方法测得的组分中总氮的平均含量差异不显著[3]。
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表2 杜马斯法与凯式法所测大豆产品中蛋白质含量(%)的比较[4]
样品 凯式法测量平均值 杜马斯法测量平均值 比值K/N
Soy protein isolate 88.09a 90.33b 0.975
Soy protein concentrate 67.35a 69.67b 0.965
Deffated soy flakes 53.43a 55.23b 0.967
Soy protein isolate curd 34.03a 34.45b 0.987
Soybean 32.88a 33.79b 0.973
Tofu 7.92a 8.35a 0.948
Protein extract 4.11a 3.99a 1.030
Soymilk 1.49a 1.55a 0.961
Whey 0.50a 0.76a 0.657
注:数据来源:美国Iowa State University, 食品安全和人类营养系;农作物利用
和研究中心;统计系。同行蛋白质平均值具有不同肩标字母者差异显著(p<0.05)。
K/N 为凯式法测量平均值与杜马斯法测量平均值的比值。杜马斯法测量所用仪
器:Rapid N III (德国elementar analysensysteme GmbH)。
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4 杜马斯定氮法在农产品品质检测中的应用
现在,世界上的一些国家和地区,特别是欧美等发达国家,杜马斯法已经成为法定的氮/ 蛋白质分析方法。在美国、加拿大和德国的某些领域,杜马斯法甚至作为唯一的定氮标准。
1993 年,加拿大谷物研究实验室(Grain ResearchLaboratory)将杜马斯法作为测定含油种子粗蛋白含量的标准方法。加拿大谷物委员会(Canadian Grain
Commission)基于对所有等级小麦广泛的评价,决定采用杜马斯法为标准方法测试所有谷物、种子及其产品的蛋白质和总氮。1996年8月1日,此官方决定正式生效。 1994年7月,美国农业部FGIS(Federal Grain Inspection Service)
用杜马斯法代替凯式法作为标准方法来测定小麦和大豆中的粗蛋白含量。
AOAC以杜马斯法为标准方法用于谷物及含油种子、肉/肉制品和动物饲料粗蛋白含量测定。国际标准化组织(ISO)也将此法用于谷类、豆类、粉碎的
谷类产品、含油种子及动物饲料的质量评价。AACC和ICC用此法测定谷物蛋白质含量,ISO和DIN(德国工业标准)也将此法用于评价乳制品。此外,AOAC 和ISO/DIN
将此法作为测定肥料和土壤中总氮的标准方法。