主题：【原创】杜马斯定氮法

2 杜马斯定氮法的原理
Dumas 法的基本原理是样品在900℃~1200℃高温下燃烧，燃烧过程中产生混合气体，其中的干扰成分被一系列适当的吸收剂所吸收，混合气体中的氮氧化物被
全部还原成分子氮，随后氮的含量被热导检测器检测。以下方法的详述是基于Rapid NIII 氮/ 蛋白质分析仪（由德国Elementar Analysensysteme GmbH公司开发）的自动定氮方法。

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。

3 杜马斯定氮法与凯氏定氮法的比较
3.1 杜马斯法与凯式法测定方法的比较
凯氏定氮法是检测农产品中粗蛋白含量的标准方法。显然凯氏定氮技术是精确的、可靠的，但是它也有很多明显的缺点，例如:a)需要较长的分析时间 ；b)操作
过程相当危险，沸腾的浓硫酸、毒烟和具腐蚀性的强碱溶液使它成为实验室诸多危险试验之一 ；c)造成较为严重的环境污染，实验室要有良好的排风系统和化学废物的专业处理 ；d)必须由熟练的技术人员操作。

在欧美国家已经有很多实验室用杜马斯法代替了凯氏法。高质量杜马斯快速定氮仪可以检测克级样品，并提供高精确度和高可靠性的数据，较之凯氏法有很多优
越性。用杜马斯快速定氮仪每个测试只需3 至5 分钟,并可以通过自动进样器连续进样,不需要人看管;不需要复杂的样品前处理过程;不产生有毒有害物质；操作简便。

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。

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]。

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)。

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。

表3 用杜马斯法测定的农产品中粗蛋白含量（%）[3]

样品Components          CP(± SD)
玉米Corn grain          8.39 ± 0.11
小麦Wheat meal          15.49 ± 0.10
鱼粉Fish meal            62.56 ± 1.09
豆粕Soybean meal        46.18 ± 0.44
棉籽粕Cottonseed meal    48.38 ± 0.15
玉米青贮Corn silage      7.97 ± 0.14

5 杜马斯定氮法的应用前景
在西方发达国家，对环保和安全的要求比较高，所以在杜马斯定氮法的应用方面要广泛得多。目前，国内测定蛋白质的标准方法还只限于凯氏法。毕竟，凯氏法
有着广泛的应用基础，即使在很小的实验室也可以用简易的凯氏定氮装置实现蛋白质的测定。然而，鉴于杜马斯法显而易见的优点，它也必然会被国内实验室所接
受，逐渐的在氮/ 蛋白质检测领域占有一席之地。