Методы определения общего азота: сравнение Дюма (CHNS) и Кьельдаля
Результат сравнения: почвы и корреляция r = 0,94
На почвах horticulture field кампуса Banaras Hindu University (Varanasi) параллельное определение общего азота методом Кьельдаля и на CHNS-анализаторе EuroEA 3000 series дало положительную корреляцию r = 0,94. В short communication эту пару методов считают пригодной для рутинного total N почв данного типа.
От этого числа логично задать вопрос статьи: насколько метод Дюма (сухое сжигание, CHNS) сопоставим с классическим методом Кьельдаля для определения общего азота, и где цифры расходятся не из-за «ошибки прибора», а из-за разных форм азота в матрице. Ниже - принципы двух методов, опыт на почвах, регрессия и контраст на солоде; пробоподготовка и гомогенность навески здесь не разбираются.
Два принципа: сухое сжигание и мокрая минерализация
Методы определения общего азота в лаборатории чаще всего сводятся к двум принципам: сухое сжигание (Дюма / CHNS) и мокрая окислительная минерализация с последующим титрованием (Кьельдаль). Выбор между ними - это не только «какая цифра ближе к истине», но и какие формы N попадают в результат, сколько отходов остаётся и сколько минут занимает цикл.
Метод Дюма на CHNS-анализаторе
В описании метода Дюма для CHNS-анализа работа по почвам опирается на полное и мгновенное окисление образца flash combustion. Продукты сжигания затем разделяют и количественно определяют; в практике элементного CHNS-анализа азот обычно регистрируют как N2 после разделения газообразных продуктов.
Метод Кьельдаля
Классика для total N и расчёта белка - метод Кьельдаля: мокрое окисление (digestion), перевод азота в форму, удобную для титрования, и получение массовой доли N. В сравнении на почвах BHU именно Кьельдаль был эталоном, с которым сопоставляли результаты сухого окисления на EuroEA 3000 series CHNS.
На пищевой матрице (ячменный солод) охват форм N у двух методов разный - подробнее в разделе про ограничения и в контрасте по солоду ниже.
Опыт на почвах: параллельные измерения total N
Gautam и соавт. (2023) сравнили определение общего азота в почвах двумя рутинными методами на одних и тех же пробах: Кьельдаль (мокрая окислительная минерализация) и Дюма/CHNS (сухое сжигание).
Условия опыта заданы жёстко. Почвенные пробы брали с опытных делянок horticulture field кампуса Banaras Hindu University (Varanasi). Было шесть уровней внесения азота (0-150 кг N/га/год, мочевина) по четыре повторности. CHNS в работе - EuroEA 3000 series (dry oxidation/combustion); Кьельдаль - wet oxidation. Модель прибора в paper и перенос цифр на другие анализаторы - в блоке ограничений ниже.
Измерение шло параллельно: total N в г/кг обоими методами, затем линейная регрессия и оценка корреляции между подходами. Так лаборатория проверяет, можно ли для рутинного total N почв опираться на CHNS/Dumas рядом с уже привычным Кьельдалем, не смешивая приборы разных брендов в одну «цифру паспорта».
Корреляция, регрессия и расхождения по матрицам
На почвах BHU оба метода отразили рост азота с внесением удобрения, но абсолютные уровни и экстремумы не совпали точка в точку. По тексту работы: по Кьельдалю максимум total N составил 1,61 г/кг, минимум - 0,80 г/кг; по CHNS EuroEA 3000 значения варьировали от 0,92 до 1,98 г/кг (максимум при обработке 90 кг N/га/год).
Числа на почвах BHU
Связь результатов EuroEA 3000 series CHNS и Кьельдаля описана линейным уравнением:
CHNS = 1,3582 × (Total N Kjeldahl) - 0,2372
В работе результаты Кьельдаля и сухого окисления (CHNS) признают статистически эквивалентными для их набора проб. При этом slope ≠ 1 и intercept ненулевой: прямая подстановка «Кьельдаль = CHNS» без калибровки на своей матрице неуместна. Коэффициенты - эмпирика для почв данного опыта и пары Kjeldahl ↔ EuroEA 3000; границы переноса - в следующем разделе.
| Критерий | Метод Дюма (CHNS) | Метод Кьельдаля |
|---|---|---|
| Принцип | Сухое сжигание (flash combustion) | Мокрая минерализация, титрование |
| Охват азота | Total N, включая неорганический (S1, солод) | Не измеряет inorganic N (S1) |
| Пример сходимости | высокая корреляция на почвах BHU (S2, EuroEA 3000) | Базовый эталон сравнения в S2 |
| Операционно | Меньше опасных отходов; до ~6 мин на солоде (S1) | Классика; caveat при высоком nitrate-N (S2) |
Солод: другой механизм расхождения
На ячменном солоде картина иная. Сравнение методов количественного определения белка (2021): метод Дюма учитывает весь азот образца, включая неорганические источники и органический азот вне белков; Кьельдаль неорганический азот не измеряет, поэтому его результаты обычно ниже combustion. Для тех же проб Кьельдаль был до ~2% ниже Дюма. Это ожидаемый химический эффект охвата форм N, а не «ошибка» конкретного CHNS-прибора; полная оговорка - в § ограничений.
Операционно S1 рекомендует combustion-методы для солода и ячменя: меньше отходов и результат готов за время до 6 минут - эти протоколы удобны для лабораторной рутины. Цифра «до 6 минут» относится к сравненным в работе combustion-протоколам на солоде и не переносится как паспортное время другой модели анализатора.
Ограничения и когда методы дают разный ответ
Ниже - границы применимости, без повторения после каждого тезиса.
Регрессия и корреляция из S2 - эмпирика для почв horticulture field BHU и пары Кьельдаль ↔ EuroEA 3000; их нельзя переносить на все почвы, пищевые матрицы и любые модели CHNS-анализаторов. Прибор в paper - EuroEA 3000, не ECS 4024: цифры S2 к другой модели не относятся. При высоком nitrate-nitrogen классический Кьельдаль, по цитируемой в S2 литературе, может не измерять столь высокую концентрацию N, как метод Дюма (CHNS). На солоде и сходных пищевых матрицах расхождение часто связано с тем, что combustion включает inorganic N, а Кьельдаль - нет (S1). Если лаборатория меняет метод на тех же пробах, нужна проверка или калибровка, а не слепое равенство чисел.
Вопросы представительности навески, гомогенности и влияния состава образца на точность цикла CHNS-O выходят за рамки этой статьи - они разобраны отдельно в материале про точность CHNS-O и подготовку образца.
Вывод и подбор CHNS-анализатора под метод Дюма
Для рутинного total N на почвах изученного типа метод Дюма (CHNS) статистически сопоставим с методом Кьельдаля при высокой корреляции (r = 0,94 в S2), но абсолютные значения могут отличаться, а уравнение связи - локальное. Выбор между методами для определения общего азота опирается на критичные формы N в матрице, скорость цикла и обращение с реактивами и отходами минерализации, а не только на одну «лучшую» цифру.
В каталоге АССА для метода Дюма есть элементный анализатор CHNS-O NC Technologies ECS 4024: каталитическое сжигание образца в потоке инертного газа с образованием CO2, H2O, N2 и SO2, разделение продуктов газовой хроматографией и количественное определение детектором по теплопроводности (TCD). По карточке доступны конфигурации CHNS, CHN, CN, CNS, O; диапазон измерений CHNS-O 200 ppm - 100%; масса образца 10 мкг - 100 мг; время анализа от 3 минут (CN) с колонкой 2 м. Результаты EuroEA 3000 из S2 и минуты combustion из S1 к этой модели не относятся.
Какой вопрос задать по подбору CHNS-анализатора?
Если нужно подобрать конфигурацию под метод Дюма и вашу матрицу, а также сопоставить её с действующей методикой Кьельдаля, начните с карточки элементного анализатора CHNS-O NC Technologies ECS 4024.
Александра, технический специалист по подбору лабораторного оборудования: тел. 8 (499) 490-02-72, email blog@assa-group.ru.
Источники:
- Gautam P., Singh R., Singh J.S. Comparison of Total Nitrogen estimation by Kjeldahl Method and CHNS Analyzer in Dry Tropical Grassland of India. International Journal of Plant and Environment. 2023. DOI: 10.18811/ijpen.v9i02.13
- Cenci I.O., Guimarães B.P., Amabile R.F., Ghesti G.F. Comparison between barley malt protein quantification methods. Food Science and Technology. 2021. DOI: 10.1590/fst.13920
Теги: методы определения общего азота, метод Дюма, метод Кьельдаля, CHNS анализ, элементный анализатор