土壤全氮的测定
本章要点：
1,了解土壤中氮素的存在形态及含量 。
2,熟悉开氏法测定全氮的两大步骤
3,掌握开氏法测定土壤全氮的原理 。
4,熟悉开氏反应及其特点 。
5,掌握蒸馏法测定氨的原理及条件 。
一、概述
（一）土壤全氮存在的形态
有机态 N,占 90%以上，大多数是腐殖物质态氮,
如蛋白质、氨基酸、氨基糖、腐殖质等。
无机态 N,占 1-5%，主要有 NH4-N,NO3-N、
NO2-N（少量）（不包括固定态氮），
一般小于 100mg.kg-1。
（二）土壤全氮含量：
1 我国大部分耕地土壤全 N含量不高，且变幅
很大，其范围大约在 0.03-0.5%。 其中：
东北黑土 0.15 - 0.5%
华北地区 0.05 - 0.08%
黄土高原和黄淮海平原 0.03 - 0.1%
有机质含量很低的砂土 ? 0.03%
一般自然土壤明显高于耕作土壤。
2 华北地区土壤全 N的分级指标大致是：
土壤全 N水平 低 中 高
土壤全 N % ? 0.05 0.05-0.08 ? 0.08
二,测定方法评述
（一） 干烧法,（杜马法、杜氏法）
1931年，瑞典人杜马（ Dumas）创立的干烧法
基本原理,样品在 CO2气流中燃烧（ 600?C），以
Cu+CuO作催化剂，使所有的 N都转变成 N2，气流通
过碱液（浓 KOH,NaOH）除去 CO2后，测定 N2的体
积，计算样品全 N含量。
Cu+CuO NaOH除去 CO2
土 + CO2 N2 N2
?,600?C
经典的杜马法结果准确，回收率高，但仪器装置及
操作复杂、费时，在土壤 N素分析中很少采用。
近几年由于仪器发展很快，此法又兴起，例如：
1 用注射管测量微量的 N2体积 （微升计），如氮自动
分析仪，土壤称样量最多为 0.2克，燃烧温度为 950－
1050℃,测 N2体积，可测准样品中 0.05%N(对土壤全
N测定似乎还不够灵敏 )。
2 用热导池测量 N2和 CO2的导热系数 （载气用 He
气），如日本 C/N自动分析仪，一般多用于植物，农
药的分析，不适于含 N低的土壤样品 (用于土壤分析仅
有报导 )。
（二） 湿烧法,（开氏法）
1883年，丹麦人开道尔（ J.Kjeldahl）创立。
由于仪器设备简单易得，操作也简便，准确度较
高,因此为一般实验室所采用。
三、开氏法测定土壤全 N（半微量法） *
（一）原理：
含 N有机物在催化剂作用下，与浓 H2SO4高温共煮，
使有机 N转化成 NH4-N（ (NH4)2SO4），然后在碱
性溶液中蒸馏出 NH3，用 H3BO3吸收，再用标准酸
溶液直接滴定 H3BO3吸收的 NH3，根据酸的用量来
计算 N含量。
测定步骤：
催化剂 +浓 H2SO4 OH- H3BO3
有机 N NH4+ NH3? NH4+ + H2BO3-
(+无机 N) ? ? H+
H3BO3
| 样品的消煮 | 消煮液中 NH4+的定量 (蒸馏 ) |
（二）测定条件：
1 样品的消煮：
（ 1）开氏反应及其特点
开氏反应,样品用浓 H2SO4高温消煮时，各种含 N
有机化合物经过复杂的高温分解而转化为 NH4-N
的反应。
开氏法,凡是用开氏反应消煮的定 N方法都叫开氏
法，不论采用何种加速剂、仪器及如何定量。
在开氏反应中,有机 C被浓 H2SO4氧化成 CO2?而
逸失，即：
C + 2 H2SO4（浓） = CO2? + SO2? + 2 H2O
对 N而言,有机 N + H2SO4（浓） NH4+?
开氏反应的特点：
① 浓 H2SO4是中强氧化剂，单靠它不能很快完
成各类含 N有机物的开氏反应，因此需要加入加
速剂，以缩短消煮时间。
② 开氏反应的氧化还原电位范围较窄，既须把
有机 C氧化成 CO2，又须防止把 NH4+氧化成 NO3-，
因此使用氧化剂要特别注意。
③ 高温消煮能促进有机质分解，但温度过高则
会引起 NH4+盐热分解，所以温度不能超过 410?C。
④ 有些有机 N因抗性大则转化很慢，即使有加速剂，
在消煮清亮后也必须再“后煮”一段时间。
（ 2）消煮时的反应条件：
① 加速剂包括三种：
I、增温剂,K2SO4或无水 Na2SO4
作用,提高消煮溶液的沸点，加速高温分解过程。
消煮温度要求控制在 360-410?C，一般用加盐量
的多少来控制消煮液温度的高低，按每毫升浓
H2SO4中含 0.3-0.8g盐。
II、催化剂：
Hg,HgO,CuSO4,Se等，其中以 Hg,Se催化
效率较高，而 Cu次之，但使用安全，不易引起
N素损失。
现多采用 Cu-Se混合使用。
Hg的催化效率虽高，但有毒，而且 Hg在测定过程
中与 NH4+生成配合物，在以后加碱蒸馏时也不能
释放出来，使测值 偏低 。
HgO + (NH4)2SO4 = Hg SO4 + H2O
因此，必须在蒸馏前再加还原剂（如 Na2S2O3或
Na2S）处理，使 Hg?出来。
Hg SO4+Na2S2O3+H2O = HgS?+Na2SO4+(NH4)2SO4
这就造成操作上的复杂化，所以现在一般不用 Hg
作催化剂。
NH3
NH3
NH3
NH3
Se的催化效率也高，也有毒，但如掌握不好，用量
过多，温度过高或时间过长，均易导致 N素损失。
4NH4+ + 3SeO32- + 2H+ = 2N2? + 3Se + 9H2O
如果用量不多或与 Cu按比例混合使用，也可达到较
好效果。
Se能使有机 C很快氧化成 CO2，但不能加速有机 N?
NH4-N，虽然能使消煮液很快变清亮，但有机 N并未
转化完全，所以 后煮时间较长 。
催化过程,Se + 2 H2SO4 ? H2SeO3 + 2 SO2 + H2O
H2SeO3 ? SeO2 + H2O
SeO2 + C ? Se + CO2
CuSO4催化效率不如前两者，但毒性小，使用完全，
不易引起 N素损失。
催化过程为：
4CuSO4+3C+2H2SO4?2Cu2SO4+4SO2+3CO2+2H2O
Cu2SO4+2H2SO4?2CuSO4+SO2+2H2O
即,当土壤有机质分解完毕,C被完全氧化后，消煮
液呈现 清澈的兰绿色, 冷却后为无色 （ CuSO4·5H2O
脱水），因此 CuSO4不仅起催化作用，也起指示作用。
现在普遍采用 Cu-Se与盐按比例配成的加速剂，它
既起到缩短消煮时间，又能防止 N素损失的作用。
加速剂的比例为：
组成 K2SO4(或无水 Na2SO4), CuSO4·5H2O, Se粉
重量比 100, 10, 1
按比例混合，研细后使用。
III、氧化剂：
有 HClO4,KMnO4,K2Cr2O7,H2O2等，其中以
HClO4较好，但氧还电位太高，作用很激烈，加
入量稍多，极易使 N素损失,使结果 偏低 。
K2Cr2O7,KMnO4在消煮时易暴溅，控制不好也
易引起 N素损失。 H2O2较安全，但也要控制量 (作
植株分析用 )。
总之，使用上述氧化剂都必须特别小心。
在 H2SO4-HClO4消煮中，如果对测定的要求不太
高时，可在同一试液中测 N,P，但要求精度高时
不宜作 N,P联合测定。
因为二者矛盾在于：
为了完全回收 P,HClO4用量应多些；
而为了完全回收 N，则要求 HClO4用量少些，
所以联合测定时只好折中处理，使回收率达到
95%即可。
在 N,P,K联测 中，土壤 K只是近似于全 K，
因许多粘土矿物硅酸盐晶格上的 K在开氏消煮中
不会被释放出来，而 P容易释放，而植物中 K本
来成离子态，所以，植物中的 K可以完全被转到
溶液中。
② H2SO4用量：
加入浓 H2SO4的量要考虑土壤有机质类型、含量以
及加盐量的多少等因素。
一般是 0.5-1.5g（含 N约 1mg时）加 5ml浓 H2SO4。
加酸的同时要做空白测定，以消除试剂误差。
③ 加热温度与时间：
加热温度在 360-410?C，才能使土壤有机 N化合物
分解完全，也不引起 N的损失。
对温度的控制,自动控温器或消煮管中 H2SO4蒸汽
冷凝回流的高度（在瓶颈上部 1/3处冷凝回流为宜）。
用小火加热，待瓶内反应缓和时（ 10～ 15min），加
强火力使消煮的土液保持微沸。
加热时间,控制适当的加热时间可以保证土样中的
有机 N全部转化为 NH4-N，又不致因时间过长而引
起 N素损失。
据全 N标准化研究指出,(对半微量开氏法的要求 )
当消煮液和土粒全部变为 灰白并略带绿色 后，再消
煮一小时，这 1hr叫后煮，其作用是促使土壤中复
杂的有机 N化合物分解完全，全部转化为 NH4-N。
后煮时间的长短取决于土壤有机质的含量、加速剂
的种类和用量。
根据研究结果看，在 360-410?C消煮 80-90min，即
可得到稳定的测值。
（ 3）消煮方式 （ 通风橱）
铝块消煮器、远红外消煮器、封管消煮器 ……
（ 4）注意：
① 在开氏反应中，有少量含杂环 N,N-N键、
N-O键等有机化合物（如偶 N硝基、肼、腙 … ）不
能完全分解，但它们在土壤中含量很少，所以开氏
N中不包括在内。
② 开氏反应也不包括全部 NO3-N,NO2-N。
因为 NO3-N在消煮过程中不会完全还原为 NH4+，而
且易挥发，一般土壤中含量不超过全 N量的 1%，所
以可以忽略不计。
如果某些土壤 NO3-N含量较多或对全 N量要求准确度
较高时，则需采用改进法，
采用 KMnO4-Fe-开氏法消煮,其方法为：
土样（含 1毫克左右 N）放在微量开氏瓶中，
加 1ml 5% KMnO4转动 30秒斜放 45角，沿瓶颈用
移液管慢慢加入 2ml，并转动，放置 5分钟，加 1滴
辛醇，然后加 0.50± 0.01克还原 Fe(铁粉 )，直加底
部，转匀，放置 15分钟，无大量气泡为止，微热
约 45分钟，冷却后加 1.1克 K2SO4－催化剂,3毫升
浓 H2SO4消煮至无泡末时，强热至浅绿色，沸煮 5
小时，冷后加水 15毫升，转入蒸馏器中蒸馏定 N，
同时做空白测定。
③ 晶格固定态 NH4+，即 NH4+被固定在矿物晶格
中，一般不能被水、盐溶液所提取，因此也不包括
在开氏 N中。
若要包括在内，则需用 HF-H2SO4处理。
含 1毫克左右 N的土样，放入 25毫升塑料中，加 5ml
5mol L-1HF和 1 mol L-1HCl塞紧，振荡 24小时，转入
盛有 12ml 4.5 mol L-1H2SO4的微量开氏瓶中，摇匀，
微微加热，除去水分后，冷却加 1.1克 K2SO4－催化
剂，消煮后，蒸馏定 N。
2 消煮液中 NH4+的测定：
（ 1）原理：
一般用加碱蒸馏的方法从消煮液中分离出 NH4+，
用滴定法（或电位滴定法）测 NH4+，也有用扩
散法、比色法、氨电极法。
蒸馏装置图
蒸馏法 *：
消煮液加碱（ NaOH）碱化，使 NH4+?NH3?，逸
出的 NH3可用：
（ 1）标准酸吸收，再用标准碱滴定多余的酸，根
据净用酸量计算 NH4+的量。（现在用的很少）
（ 2）现在普遍采用的是用 H3BO3溶液吸收 NH3，
然后用标准酸滴定吸收的 NH3。
NH4+ + OH- = NH3? + H2O
NH3 + H3BO3 = NH4+ + H2BO3-
H+ + H2BO3- = H3BO3
H3BO3中加入混合指示剂 溴甲酚绿 -甲基红,指示
剂的变色范围 pH4.2-4.9，酸性时 红色,碱性时 兰
绿色 。
用 H3BO3吸收前，把此混合液 调到 pH4.5，为紫红
色（此时正好是滴定终点） 。
紫红色的 H3BO3液收集蒸馏出的 NH3后,pH升到 8.6，
为 兰绿色,再用标准酸滴定溶液至 紫红色 （ pH4.5），
此时消耗的酸量即为 NH3的量。
（ 2）测定 NH4+的条件：
① H3BO3的用量：
H3BO3是一元弱酸，在溶液中呈弱酸性,pKa=9.2，
吸收 NH3后溶液的 pH是 8.6，即 H3BO3（加指示剂
调节 pH后的）吸收 NH3后 pH由 4.5上升到 8.6，溶液
已呈碱性，不能再吸收 NH3了。
1% H3BO3 约等于 0.16 mol/L
1ml 1% H3BO3吸收的 NH3量为 0.46 mg N
1ml 2% H3BO3吸收的 NH3量为 0.92 mg N
在半微量开氏法蒸馏中，一般是 1 mg N，用 5ml
2% H3BO3吸收 NH3足够了。
与用酸吸收比较，用 H3BO3吸收 NH3有以下几个优点：
A、仅用一种标准酸溶液即可测出 NH3含量，准确度高；
B,H3BO3用量不必准确，只要足够即可，而标准酸的
用量要求准确；
C、蒸馏时不怕倒吸，如倒吸可再加 H3BO3，然后继续
蒸馏；
D,H3BO3液中加入指示剂，可检查接受瓶是否干净、
蒸馏瓶中的碱是否足够。
② NaOH的用量：
以保证 NH4+全部蒸出为原则，主要是根据加入浓
H2SO4的量来计算的。
浓 H2SO4加入 5ml,40%NaOH用量：
36mol/L(1/2H2SO4) ? 5ml = 10mol/L(NaOH) ? V
V = 18ml
实验中一般加 20ml 10mol/LNaOH。
如何判断加碱量是否合适，可以根据加碱后的几种
现象来判断：
液变混浊，有蓝色絮状沉淀 (Cu(OH)2?生成 )；
溶液变为棕褐色混浊,Cu(OH)2?CuO?；
接收瓶中 H3BO3液由紫红色 ?蓝色。
以上说明加碱适量。
*加碱后，蒸馏开始，蒸馏瓶内溶液为蓝色，不变混
浊，也不变棕褐色（因为生成 [Cu(OH)4]2-不沉淀出
来），此时要看 接收瓶内 溶液的变化，若 变蓝,说
明碱够，若 不变蓝,则可能是加碱不足或其它原因。
加
碱
后
③ 空白测定,一般不大于 0.40ml。
*注意,蒸馏时馏出液的温度勿超过 40?C，以防
NH3挥发，注意打开冷凝水。
④ 蒸出液以 50ml为宜。
扩散法
消煮液放在外室,H3BO3放内室，适用于含 N少
（约 0.05-0.2mgN）的土壤，室温 20?C，扩散 24
小时。一般用标准 (NH4)2SO4作回收试验。此法
受室温、液层厚度、内室大小等因素的影响。
（ 三 ） 利用开氏法原理设计的定氮仪
Kjeldahl,J (丹麦, 1883)创立, 所需仪器设备,
测定手续较简易, 准确度较高, 所以久用不衰 。
现在已有多种半自动和自动定 N仪器, 例如：
1 Fuss-Tecator Ⅰ, Ⅱ 及 Ⅲ 型定 N仪 。
作常量分析, （ 0.3― 5克样品含 N 2-150mgN）
,消煮 6管, 有排烟系统, 控温系统, 蒸馏发生器,
蒸馏滴定均自动, 人工操作只需消煮后将消煮管装
上蒸馏器即可 。
半微量分析 可消煮 20管, 每人每天可做 80－ 100
个样品,2人可做 200个样品 。
1030,1035型自动定 N仪, 此仪器带有微处理机
,从消煮, 蒸馏到滴定, 最后结果自动显示数据全
部自动化 （ 只需 2分钟 ）, 每人可做 120－ 160样次 。
2 比色计, 光焰计, AAS,离子电极, 荧光计
等等 。 现在带有消煮单元, 蒸馏单元的系统, 比色
均采用靛酚兰比色法 。
近几年来又发展了, FIA”流动注射仪 和, CFA”
连续流动分析仪, 分析速度大大提高 。 关于开氏法
中所用消煮, 蒸馏等装置现在也作了很多的改进,
例如 （ 国内 ） 远红外消煮器, 半微量定氮蒸馏器 等
。
本章小结
凯氏法测定全氮步骤：
催化剂 +浓 H2SO4 OH- H3BO3
有机 N NH4+ NH3? NH4+ + H2BO3-
(+无机 N) ? ? H+
H3BO3
| 样品的消煮 | 消煮液中 NH4+的定量 (蒸馏 ) |
本章要点：
1,了解土壤中氮素的存在形态及含量 。
2,熟悉开氏法测定全氮的两大步骤
3,掌握开氏法测定土壤全氮的原理 。
4,熟悉开氏反应及其特点 。
5,掌握蒸馏法测定氨的原理及条件 。
一、概述
（一）土壤全氮存在的形态
有机态 N,占 90%以上，大多数是腐殖物质态氮,
如蛋白质、氨基酸、氨基糖、腐殖质等。
无机态 N,占 1-5%，主要有 NH4-N,NO3-N、
NO2-N（少量）（不包括固定态氮），
一般小于 100mg.kg-1。
（二）土壤全氮含量：
1 我国大部分耕地土壤全 N含量不高，且变幅
很大，其范围大约在 0.03-0.5%。 其中：
东北黑土 0.15 - 0.5%
华北地区 0.05 - 0.08%
黄土高原和黄淮海平原 0.03 - 0.1%
有机质含量很低的砂土 ? 0.03%
一般自然土壤明显高于耕作土壤。
2 华北地区土壤全 N的分级指标大致是：
土壤全 N水平 低 中 高
土壤全 N % ? 0.05 0.05-0.08 ? 0.08
二,测定方法评述
（一） 干烧法,（杜马法、杜氏法）
1931年，瑞典人杜马（ Dumas）创立的干烧法
基本原理,样品在 CO2气流中燃烧（ 600?C），以
Cu+CuO作催化剂，使所有的 N都转变成 N2，气流通
过碱液（浓 KOH,NaOH）除去 CO2后，测定 N2的体
积，计算样品全 N含量。
Cu+CuO NaOH除去 CO2
土 + CO2 N2 N2
?,600?C
经典的杜马法结果准确，回收率高，但仪器装置及
操作复杂、费时，在土壤 N素分析中很少采用。
近几年由于仪器发展很快，此法又兴起，例如：
1 用注射管测量微量的 N2体积 （微升计），如氮自动
分析仪，土壤称样量最多为 0.2克，燃烧温度为 950－
1050℃,测 N2体积，可测准样品中 0.05%N(对土壤全
N测定似乎还不够灵敏 )。
2 用热导池测量 N2和 CO2的导热系数 （载气用 He
气），如日本 C/N自动分析仪，一般多用于植物，农
药的分析，不适于含 N低的土壤样品 (用于土壤分析仅
有报导 )。
（二） 湿烧法,（开氏法）
1883年，丹麦人开道尔（ J.Kjeldahl）创立。
由于仪器设备简单易得，操作也简便，准确度较
高,因此为一般实验室所采用。
三、开氏法测定土壤全 N（半微量法） *
（一）原理：
含 N有机物在催化剂作用下，与浓 H2SO4高温共煮，
使有机 N转化成 NH4-N（ (NH4)2SO4），然后在碱
性溶液中蒸馏出 NH3，用 H3BO3吸收，再用标准酸
溶液直接滴定 H3BO3吸收的 NH3，根据酸的用量来
计算 N含量。
测定步骤：
催化剂 +浓 H2SO4 OH- H3BO3
有机 N NH4+ NH3? NH4+ + H2BO3-
(+无机 N) ? ? H+
H3BO3
| 样品的消煮 | 消煮液中 NH4+的定量 (蒸馏 ) |
（二）测定条件：
1 样品的消煮：
（ 1）开氏反应及其特点
开氏反应,样品用浓 H2SO4高温消煮时，各种含 N
有机化合物经过复杂的高温分解而转化为 NH4-N
的反应。
开氏法,凡是用开氏反应消煮的定 N方法都叫开氏
法，不论采用何种加速剂、仪器及如何定量。
在开氏反应中,有机 C被浓 H2SO4氧化成 CO2?而
逸失，即：
C + 2 H2SO4（浓） = CO2? + SO2? + 2 H2O
对 N而言,有机 N + H2SO4（浓） NH4+?
开氏反应的特点：
① 浓 H2SO4是中强氧化剂，单靠它不能很快完
成各类含 N有机物的开氏反应，因此需要加入加
速剂，以缩短消煮时间。
② 开氏反应的氧化还原电位范围较窄，既须把
有机 C氧化成 CO2，又须防止把 NH4+氧化成 NO3-，
因此使用氧化剂要特别注意。
③ 高温消煮能促进有机质分解，但温度过高则
会引起 NH4+盐热分解，所以温度不能超过 410?C。
④ 有些有机 N因抗性大则转化很慢，即使有加速剂，
在消煮清亮后也必须再“后煮”一段时间。
（ 2）消煮时的反应条件：
① 加速剂包括三种：
I、增温剂,K2SO4或无水 Na2SO4
作用,提高消煮溶液的沸点，加速高温分解过程。
消煮温度要求控制在 360-410?C，一般用加盐量
的多少来控制消煮液温度的高低，按每毫升浓
H2SO4中含 0.3-0.8g盐。
II、催化剂：
Hg,HgO,CuSO4,Se等，其中以 Hg,Se催化
效率较高，而 Cu次之，但使用安全，不易引起
N素损失。
现多采用 Cu-Se混合使用。
Hg的催化效率虽高，但有毒，而且 Hg在测定过程
中与 NH4+生成配合物，在以后加碱蒸馏时也不能
释放出来，使测值 偏低 。
HgO + (NH4)2SO4 = Hg SO4 + H2O
因此，必须在蒸馏前再加还原剂（如 Na2S2O3或
Na2S）处理，使 Hg?出来。
Hg SO4+Na2S2O3+H2O = HgS?+Na2SO4+(NH4)2SO4
这就造成操作上的复杂化，所以现在一般不用 Hg
作催化剂。
NH3
NH3
NH3
NH3
Se的催化效率也高，也有毒，但如掌握不好，用量
过多，温度过高或时间过长，均易导致 N素损失。
4NH4+ + 3SeO32- + 2H+ = 2N2? + 3Se + 9H2O
如果用量不多或与 Cu按比例混合使用，也可达到较
好效果。
Se能使有机 C很快氧化成 CO2，但不能加速有机 N?
NH4-N，虽然能使消煮液很快变清亮，但有机 N并未
转化完全，所以 后煮时间较长 。
催化过程,Se + 2 H2SO4 ? H2SeO3 + 2 SO2 + H2O
H2SeO3 ? SeO2 + H2O
SeO2 + C ? Se + CO2
CuSO4催化效率不如前两者，但毒性小，使用完全，
不易引起 N素损失。
催化过程为：
4CuSO4+3C+2H2SO4?2Cu2SO4+4SO2+3CO2+2H2O
Cu2SO4+2H2SO4?2CuSO4+SO2+2H2O
即,当土壤有机质分解完毕,C被完全氧化后，消煮
液呈现 清澈的兰绿色, 冷却后为无色 （ CuSO4·5H2O
脱水），因此 CuSO4不仅起催化作用，也起指示作用。
现在普遍采用 Cu-Se与盐按比例配成的加速剂，它
既起到缩短消煮时间，又能防止 N素损失的作用。
加速剂的比例为：
组成 K2SO4(或无水 Na2SO4), CuSO4·5H2O, Se粉
重量比 100, 10, 1
按比例混合，研细后使用。
III、氧化剂：
有 HClO4,KMnO4,K2Cr2O7,H2O2等，其中以
HClO4较好，但氧还电位太高，作用很激烈，加
入量稍多，极易使 N素损失,使结果 偏低 。
K2Cr2O7,KMnO4在消煮时易暴溅，控制不好也
易引起 N素损失。 H2O2较安全，但也要控制量 (作
植株分析用 )。
总之，使用上述氧化剂都必须特别小心。
在 H2SO4-HClO4消煮中，如果对测定的要求不太
高时，可在同一试液中测 N,P，但要求精度高时
不宜作 N,P联合测定。
因为二者矛盾在于：
为了完全回收 P,HClO4用量应多些；
而为了完全回收 N，则要求 HClO4用量少些，
所以联合测定时只好折中处理，使回收率达到
95%即可。
在 N,P,K联测 中，土壤 K只是近似于全 K，
因许多粘土矿物硅酸盐晶格上的 K在开氏消煮中
不会被释放出来，而 P容易释放，而植物中 K本
来成离子态，所以，植物中的 K可以完全被转到
溶液中。
② H2SO4用量：
加入浓 H2SO4的量要考虑土壤有机质类型、含量以
及加盐量的多少等因素。
一般是 0.5-1.5g（含 N约 1mg时）加 5ml浓 H2SO4。
加酸的同时要做空白测定，以消除试剂误差。
③ 加热温度与时间：
加热温度在 360-410?C，才能使土壤有机 N化合物
分解完全，也不引起 N的损失。
对温度的控制,自动控温器或消煮管中 H2SO4蒸汽
冷凝回流的高度（在瓶颈上部 1/3处冷凝回流为宜）。
用小火加热，待瓶内反应缓和时（ 10～ 15min），加
强火力使消煮的土液保持微沸。
加热时间,控制适当的加热时间可以保证土样中的
有机 N全部转化为 NH4-N，又不致因时间过长而引
起 N素损失。
据全 N标准化研究指出,(对半微量开氏法的要求 )
当消煮液和土粒全部变为 灰白并略带绿色 后，再消
煮一小时，这 1hr叫后煮，其作用是促使土壤中复
杂的有机 N化合物分解完全，全部转化为 NH4-N。
后煮时间的长短取决于土壤有机质的含量、加速剂
的种类和用量。
根据研究结果看，在 360-410?C消煮 80-90min，即
可得到稳定的测值。
（ 3）消煮方式 （ 通风橱）
铝块消煮器、远红外消煮器、封管消煮器 ……
（ 4）注意：
① 在开氏反应中，有少量含杂环 N,N-N键、
N-O键等有机化合物（如偶 N硝基、肼、腙 … ）不
能完全分解，但它们在土壤中含量很少，所以开氏
N中不包括在内。
② 开氏反应也不包括全部 NO3-N,NO2-N。
因为 NO3-N在消煮过程中不会完全还原为 NH4+，而
且易挥发，一般土壤中含量不超过全 N量的 1%，所
以可以忽略不计。
如果某些土壤 NO3-N含量较多或对全 N量要求准确度
较高时，则需采用改进法，
采用 KMnO4-Fe-开氏法消煮,其方法为：
土样（含 1毫克左右 N）放在微量开氏瓶中，
加 1ml 5% KMnO4转动 30秒斜放 45角，沿瓶颈用
移液管慢慢加入 2ml，并转动，放置 5分钟，加 1滴
辛醇，然后加 0.50± 0.01克还原 Fe(铁粉 )，直加底
部，转匀，放置 15分钟，无大量气泡为止，微热
约 45分钟，冷却后加 1.1克 K2SO4－催化剂,3毫升
浓 H2SO4消煮至无泡末时，强热至浅绿色，沸煮 5
小时，冷后加水 15毫升，转入蒸馏器中蒸馏定 N，
同时做空白测定。
③ 晶格固定态 NH4+，即 NH4+被固定在矿物晶格
中，一般不能被水、盐溶液所提取，因此也不包括
在开氏 N中。
若要包括在内，则需用 HF-H2SO4处理。
含 1毫克左右 N的土样，放入 25毫升塑料中，加 5ml
5mol L-1HF和 1 mol L-1HCl塞紧，振荡 24小时，转入
盛有 12ml 4.5 mol L-1H2SO4的微量开氏瓶中，摇匀，
微微加热，除去水分后，冷却加 1.1克 K2SO4－催化
剂，消煮后，蒸馏定 N。
2 消煮液中 NH4+的测定：
（ 1）原理：
一般用加碱蒸馏的方法从消煮液中分离出 NH4+，
用滴定法（或电位滴定法）测 NH4+，也有用扩
散法、比色法、氨电极法。
蒸馏装置图
蒸馏法 *：
消煮液加碱（ NaOH）碱化，使 NH4+?NH3?，逸
出的 NH3可用：
（ 1）标准酸吸收，再用标准碱滴定多余的酸，根
据净用酸量计算 NH4+的量。（现在用的很少）
（ 2）现在普遍采用的是用 H3BO3溶液吸收 NH3，
然后用标准酸滴定吸收的 NH3。
NH4+ + OH- = NH3? + H2O
NH3 + H3BO3 = NH4+ + H2BO3-
H+ + H2BO3- = H3BO3
H3BO3中加入混合指示剂 溴甲酚绿 -甲基红,指示
剂的变色范围 pH4.2-4.9，酸性时 红色,碱性时 兰
绿色 。
用 H3BO3吸收前，把此混合液 调到 pH4.5，为紫红
色（此时正好是滴定终点） 。
紫红色的 H3BO3液收集蒸馏出的 NH3后,pH升到 8.6，
为 兰绿色,再用标准酸滴定溶液至 紫红色 （ pH4.5），
此时消耗的酸量即为 NH3的量。
（ 2）测定 NH4+的条件：
① H3BO3的用量：
H3BO3是一元弱酸，在溶液中呈弱酸性,pKa=9.2，
吸收 NH3后溶液的 pH是 8.6，即 H3BO3（加指示剂
调节 pH后的）吸收 NH3后 pH由 4.5上升到 8.6，溶液
已呈碱性，不能再吸收 NH3了。
1% H3BO3 约等于 0.16 mol/L
1ml 1% H3BO3吸收的 NH3量为 0.46 mg N
1ml 2% H3BO3吸收的 NH3量为 0.92 mg N
在半微量开氏法蒸馏中，一般是 1 mg N，用 5ml
2% H3BO3吸收 NH3足够了。
与用酸吸收比较，用 H3BO3吸收 NH3有以下几个优点：
A、仅用一种标准酸溶液即可测出 NH3含量，准确度高；
B,H3BO3用量不必准确，只要足够即可，而标准酸的
用量要求准确；
C、蒸馏时不怕倒吸，如倒吸可再加 H3BO3，然后继续
蒸馏；
D,H3BO3液中加入指示剂，可检查接受瓶是否干净、
蒸馏瓶中的碱是否足够。
② NaOH的用量：
以保证 NH4+全部蒸出为原则，主要是根据加入浓
H2SO4的量来计算的。
浓 H2SO4加入 5ml,40%NaOH用量：
36mol/L(1/2H2SO4) ? 5ml = 10mol/L(NaOH) ? V
V = 18ml
实验中一般加 20ml 10mol/LNaOH。
如何判断加碱量是否合适，可以根据加碱后的几种
现象来判断：
液变混浊，有蓝色絮状沉淀 (Cu(OH)2?生成 )；
溶液变为棕褐色混浊,Cu(OH)2?CuO?；
接收瓶中 H3BO3液由紫红色 ?蓝色。
以上说明加碱适量。
*加碱后，蒸馏开始，蒸馏瓶内溶液为蓝色，不变混
浊，也不变棕褐色（因为生成 [Cu(OH)4]2-不沉淀出
来），此时要看 接收瓶内 溶液的变化，若 变蓝,说
明碱够，若 不变蓝,则可能是加碱不足或其它原因。
加
碱
后
③ 空白测定,一般不大于 0.40ml。
*注意,蒸馏时馏出液的温度勿超过 40?C，以防
NH3挥发，注意打开冷凝水。
④ 蒸出液以 50ml为宜。
扩散法
消煮液放在外室,H3BO3放内室，适用于含 N少
（约 0.05-0.2mgN）的土壤，室温 20?C，扩散 24
小时。一般用标准 (NH4)2SO4作回收试验。此法
受室温、液层厚度、内室大小等因素的影响。
（ 三 ） 利用开氏法原理设计的定氮仪
Kjeldahl,J (丹麦, 1883)创立, 所需仪器设备,
测定手续较简易, 准确度较高, 所以久用不衰 。
现在已有多种半自动和自动定 N仪器, 例如：
1 Fuss-Tecator Ⅰ, Ⅱ 及 Ⅲ 型定 N仪 。
作常量分析, （ 0.3― 5克样品含 N 2-150mgN）
,消煮 6管, 有排烟系统, 控温系统, 蒸馏发生器,
蒸馏滴定均自动, 人工操作只需消煮后将消煮管装
上蒸馏器即可 。
半微量分析 可消煮 20管, 每人每天可做 80－ 100
个样品,2人可做 200个样品 。
1030,1035型自动定 N仪, 此仪器带有微处理机
,从消煮, 蒸馏到滴定, 最后结果自动显示数据全
部自动化 （ 只需 2分钟 ）, 每人可做 120－ 160样次 。
2 比色计, 光焰计, AAS,离子电极, 荧光计
等等 。 现在带有消煮单元, 蒸馏单元的系统, 比色
均采用靛酚兰比色法 。
近几年来又发展了, FIA”流动注射仪 和, CFA”
连续流动分析仪, 分析速度大大提高 。 关于开氏法
中所用消煮, 蒸馏等装置现在也作了很多的改进,
例如 （ 国内 ） 远红外消煮器, 半微量定氮蒸馏器 等
。
本章小结
凯氏法测定全氮步骤：
催化剂 +浓 H2SO4 OH- H3BO3
有机 N NH4+ NH3? NH4+ + H2BO3-
(+无机 N) ? ? H+
H3BO3
| 样品的消煮 | 消煮液中 NH4+的定量 (蒸馏 ) |
