Study on the determination of maleic hydrazide in tobacco by kjeldahl nitrogen device

用BUCHI凯氏定氮仪测定烟草及其制品中的抑芽丹

王淑华^1,2；李 苓 ^1,2；汤丹俞^2,3；黄海涛 ¹；杨光宇 ¹
(¹ 云南省烟草化学重点实验室，云南烟草科学研究院，昆明 650106；²云南省烟草质量监督检测站，昆明 650106；³ 红云红河集团技术中心，昆明：650202)

摘要 研究了用BUCHI 凯氏定氮仪测定烟草及其制品中的抑牙丹，并和国标(GB/T 19611-2004) 的方法作了对照。结果表明，用BUCHI 凯氏定氮仪测定抑牙丹对环境污染小，操作简便，便于批量样品处理；而且精密度和回收率均比对照方法有提高，该方法的建立在一定程度上为准确快速地测定烟草及其制品中的抑牙丹提供了方法。
关键词 抑芽丹; 烟草; 测定

    抑芽丹，又名马来酰肼，化学名称6-羟基-2H一哒嗪-3-酮，纯品为白色结晶粉末，大鼠急性经口LD，大于5000 mg/kg，是一种低毒植物生长调节剂。用于烟草主要是抑制腋芽生长，中国烟叶生产购销公司从2000年至今推荐使用该农药^[1,2]。其他国家对此种农药残留提出的限量要求较多，ISO 1980年颁布标准，采用分光光度法测定烟草和烟草制品中的抑芽丹残留量。我国也于2004年ISO方法颁布了测定标准^[3,4]。测定程序均为：将样品在氢氧化钠溶液中煮沸除去挥发性碱性化合物，加人锌粒将抑芽丹还原成丁二酸酰肼，并随后水解，蒸馏释放出的联氨，用分光光度法测定联氨与4-二甲基氨基苯甲醛形成的黄色化合物。整个样品处理需碱消化、蒸馏、浓缩等步骤、操作非常麻烦。
    瑞士BUCHI 凯氏定仪包括消化系统和蒸馏系统两部分，消化系统同时能消化20个样品，而且消化过程中释放的废气能完全吸收，不污染环境。蒸馏系统是一种多功能的蒸馏仪，内置碱泵、水泵、硼酸泵、废液排空泵及蒸汽发生器，能自动完成样品的加水稀释、加减、加接收液、蒸馏、排空及清洗过程；无需直接接触任何试剂；还内置电子蒸汽校准控制器：可自动调控蒸汽通入量、速度及终止，保证蒸馏安全操作。蒸汽通入量可在30%-100%之间调整。操作快速、简便化、分析自动化、数字化，无污染或少污染是当当今分析化学发展的主流，因此我们研究了用瑞士BUCHI 凯氏定仪测定烟草中的抑牙丹；和国标方法相比，该方法对环境污染小，操作简便，便于批量样品处理；而且精密度和回收率均比对照方法有提高。

1 试验部分
1.1主要仪器和试剂
    瑞士BUCHI 凯氏定氮仪 (图1)，包括K-437 消化系统和B-324蒸馏系统（瑞士Buchi公司）；玻璃磨口蒸馏装置 (GB/T 19611-2004) 的方法烧制，见图-2；UV-160 A紫外可见分光光度计(日本岛津公司)。

图1 Buchi 凯氏定氮仪 (Buchi Kjeldahl Instrument )
(1) K-437 消化系统 (K-437 digestion system)；
(2) B-324蒸馏系统 (B-324 distillation system)

    抑芽丹标准品，德国Augsburg公司)，准确称取10 mg 抑芽丹，精确至0.l mg，溶于100 mL 0.1 mol/L氢氧化钠溶液中，得100 m g/mL的储备液，使用时该储备液用蒸馏水稀释10倍,得10 m g/mL的标准工作液；4-二甲基氨基苯甲醛 (AR，上海三爱思试剂有限公司)，按文献[]的方法提纯，然后将2.00 g 提纯的4-二甲氨基苯甲醛结晶溶于少量0.5 mo1/L硫酸中，并用该酸稀释至100 mL，摇匀，用深色瓶保存；活性炭 (AR，深圳市红盛活性炭化工有限公司)；；无水乙醇(AR，天津化学试剂总厂)；锌粒(AR，上海化学试剂公司)；氢氧化钠 (AR，天津化学试剂厂)；硫酸(A，天津化学试剂厂)；四水合氯化亚铁(AR，天津化学试剂厂厂)；液体石蜡(AR，天津市北辰骅跃化学试剂厂)；沸石(AR，中国医药集团上海化学试剂公司)；蓖麻油 (温度计插孔用高沸点油)(AR，北京化工厂)。
1.2试验方法
    常规方法：称取5.0 g烟末，放入500 mL反应/蒸馏瓶中，加入50 mL 12.5 mo1/L氢氧化钠溶液，少许液体石蜡和几粒沸石。将温度计插入盛有蓖麻油的温度计插孔内。于电热板上小心加热，不时旋动样品。持续加热使瓶内溶液减少，直至温度达到165℃，然后冷却。开启蒸气发生器，以盛有10 mL 0.5 mol/L硫酸的100 mL量筒作为接收器，冷凝管末端浸入稀硫酸中。加0.5 g 氯化亚铁和15g 锌粒于反应/蒸馏瓶中。立即将反应/蒸馏瓶与整个装置(图-2)连接起来，使蒸气导入瓶中开始蒸馏，加热试样到200 ℃± 10 ℃，并使蒸馏瓶内溶液温度始终维持200 ℃，收集到100 mL馏出液。用蒸馏水冲洗冷凝管末端，冲洗液与馏出液合并。冷却馏出液至室温，接收于250 mL带尾管浓缩瓶中，用l0 mL蒸馏水冲洗量筒和漏斗，冲洗液倾人浓缩瓶中。用旋转蒸发仪(水浴温度60℃，压力0.09 Mpa) 浓缩至约6 mL (不得少于6 mL)。所得浓缩馏出液冷却至室温后，转人25 mL容量瓶中。加人2 mL 20 mg/mL 4－二甲氨基苯甲醛溶液，用蒸馏水定容至刻度。摇匀，置于暗处30 min。将所得溶液倒人l0 mm比色皿中，以空白(用蒸馏水将10 mL 0.5 mol/L硫酸和2 mL 20 mg/mL 4－二甲氨基苯甲醛溶液定容至25 mL)为参比，用分光光度计测定溶液在425、455和485nm波长处的吸光度。按 A_corr ＝ A₄₅₅ - (A₄₂₅ + A₄₈₅)/2 计算溶液的校正吸光度，从工作曲线(分别在蒸馏瓶中加人0,1,2,4,8,12 mL 10 m g/mL的抑芽丹标准溶液，然后按测定烟草样品的步骤进行处理)计算出抑芽丹含量。
    瑞士BUCHI 凯氏定仪法：称取5.0 g 烟末，放入K-437 消化系统的消化管中(每次可处理20支)，加入50 mL 12.5 mo1/L氢氧化钠溶液和几粒沸石。小心加热直至温度达到165℃，保持约5.0 min )，使瓶内溶液明显减少，然后冷却。把碱消化处理的样品装到B-324蒸馏系统上 (图3)，以盛有10 mL 0.5 mol/L硫酸的100 mL量筒作为接收器，冷凝管末端浸入稀硫酸中。加0.5 g 氯化亚铁和15g 锌粒于反应/蒸馏瓶中。开动蒸馏仪以50％的蒸汽流量蒸馏，同时加热试样到200 ℃± 10 ℃，并使蒸馏瓶内溶液温度始终维持200 ℃，6.0 min左右收集到100 mL馏出液。馏出液转入消化管中并用K-437 消化系统加热到60℃，从消化系统的排气管抽真空到压力0.09 M pa 以下，浓缩至约6 mL (不得少于6 mL)；浓缩液转人25 mL容量瓶中，按上方法显色测定。

图2 普通玻璃磨口蒸馏装置 (The routine grinding mouth glass distillation system)


图3 B-324蒸馏系统结构 (The structure of B-324 distillation system)

2 结果与讨论
2.1 分析时间比较                   
    抑牙丹的测定需碱消化、蒸馏、浓缩、显色测定等步骤。其中耗时最多为碱消化、蒸馏、浓缩三步，我们分别比较如下：
(1) 碱消化：用国标(GB/T 19611-2004)的方法，用电热板碱消化，每批可处理8个样 (每个电热板装4个样，每次2个电热板)，由于电热板加热升温速度和传热慢，达到设定温度(165℃)需20 min 以上。用K-437 消化系统每批可同时消化20个样，采用红外辐射加热的铝块加热器系统，孔壁周围均匀加热，预热8分钟即可达到设定温度(160℃)，而且样品不会沸腾滞后，每个样品消化可节约一半以上的时间。(2) 蒸馏：用国标方法，按图2的蒸馏装置蒸馏，每蒸馏一个样品(收集100 mL以上的馏分)需20 min以上，加上样品预热需20 min，每个样品要40 min以上。而用B-324蒸馏系统预热只需1.0 min，蒸馏一个样品(收集100 mL以上的馏分) 只需6.0 min，蒸完后能自动清洗排空，时间只需清洗1 min，大大节约了时间。(3) 浓缩：国标方法用旋转蒸发仪浓缩，每浓缩一个样品要 30 min；用K-437 消化系统，从废弃排出口抽真空(图4) 也可以减压浓缩，并且能达到设定的真空度(0.09 M pa 以下)，每浓缩一批样品需70 min，比旋转蒸发仪慢，但该系统每批可浓缩20 个样品，效率反而比同时开两台旋转蒸发仪高。

图4 用K-437 消化系统浓缩 (Concentrating the samples using the K-437 digestion system)

2.2 精密度和回收率比较
    取含抑牙丹的烟叶样品3份，卷烟样品3份，分别按国标方法和改进方法测定，结果见表1。

    从表1可看出用改进方法测定的结果的相对标准偏差明显小于国标方法，而且和常规方法相比改进方法具有更高的回收率。主要原因是：(1) 用K-437 消化系统，由孔壁周围均匀加热，样品不会沸腾滞后，消化过程中能更好的保证样品的一致性，而国标方法用电热板消化，消化过程中传热不均匀，受外界环境影响大，样品消化的一致性较差。(2) 国标方法用普通水蒸汽蒸馏装置，蒸馏时蒸汽流量波动大，不易控制，样品测定时由于蒸汽流量不均匀(受电源和汽瓶水量变化影响大)导致联氨的蒸出不均匀，致使测定结果波动大。而用B-324蒸馏系统由计算机程序控制，可准确、稳定地控制蒸汽流量，联氨蒸出非常均匀，测定结果精密度好。(3) 使用普通水蒸汽蒸馏装置，在操作过程中引入人为误差大，而且装置气密性很难严格控制，蒸馏过程中会因气密性不好而造成少量馏分没有完全冷凝而以蒸汽形态挥发损失，从而引入测定误差。B-324蒸馏系统从清冼到蒸馏均为程序自动控制，装置气密性好，可将人为误差控制到最小，故测定结果准确度更高、更可靠。
2.3 安全性比较          
    K-437 消化系统密闭性好，废弃不会逸出，不会产生难闻气味，不污染实验室环境。而且采用消化管口密封，可防止样品飞溅损失。另外B-324蒸馏系统带有样品管感应器、防护门感应器等防护系统，进一步保障了蒸馏过程中的安全性。比国标方法用的电热板消化、磨口玻璃蒸馏系统更安全可靠。

3 结论
    从以上结果可看出：用BUCHI 凯氏定氮仪测定抑牙丹分析结果回收率，精密度都有较大程度的提高，还能缩短了分析时间，提高工作效率；而且安全性也优于国标方法。该方法的建立在一定程度上为烟草样品中抑牙丹的快速、准确地测定提供了方法。

REFERENCE
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[2] 邓海滨，陈永明，刘小平，张丹丹，蒋秀玲. 广东农业科学, 2007，19(1)：18-20.
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