中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

应用响应曲面法优化凯氏定氮法的消解条件

杨娜, 董迈青, 谢海东, 邢谦. 应用响应曲面法优化凯氏定氮法的消解条件[J]. 岩矿测试, 2014, 33(1): 40-43.
引用本文: 杨娜, 董迈青, 谢海东, 邢谦. 应用响应曲面法优化凯氏定氮法的消解条件[J]. 岩矿测试, 2014, 33(1): 40-43.
na Yang, maiqing Dong, haidong Xie, qian Xing. Optimization of Digestion Conditions in the Kjeldahl Method for Nitrogen Analysis Using Response Surface Methodology[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(1): 40-43.
Citation: na Yang, maiqing Dong, haidong Xie, qian Xing. Optimization of Digestion Conditions in the Kjeldahl Method for Nitrogen Analysis Using Response Surface Methodology[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(1): 40-43.

应用响应曲面法优化凯氏定氮法的消解条件

详细信息

Optimization of Digestion Conditions in the Kjeldahl Method for Nitrogen Analysis Using Response Surface Methodology

  • 经典凯氏定氮法是通过观察消解反应现象来控制温度和时间,对于数量较多的样品同时消解会耗费大量的人力及时间,因此需要采用合理的试验设计方法确定最佳消解温度和时间,以实现批量消解样品,提高分析效率。本文利用响应曲面法对凯氏定氮法中的消解条件进行了优化分析,选择料液比、消解温度和消解时间作为优化因素,研究三因素的不同水平对氮含量测定的影响。通过响应曲面分析得到最优的消解条件为:料液比(g/mL)=0.3 : 5,消解温度260℃,消解时间60 min。重复实验结果表明,样品在优化的条件下能够很好地消解,重现性较好;标准物质的氮含量的实验测定值(1310×10-6)与标准值(1300×10-6)基本一致,两者的对数误差绝对值为0.003,方法的准确性高。应用响应曲面试验设计方法,对于评价凯氏定氮法中三个消解条件对氮含量的非线性影响起到了很好的优选作用,能更好地预测实验因素对分析结果的影响趋势,可以准确控制消解温度和消解时间,对于提高分析效率具有实用意义。
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  • 图 1  氮含量的实验值与计算值的比较

    Figure 1. 

    图 2  消解温度与消解时间交互影响氮含量的响应曲面图

    Figure 2. 

    表 1  BBD实验设计的因素水平

    Table 1.  Factors and levels in BBD design

    因素符号水平平均值x标准差Δ
    -10+1
    料液比/(g·mL-1)x10.1 : 50.3 : 50.5 : 50.30.2
    消解温度/℃x223026530026535
    消解时间/minx33060906030
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    表 2  BBD设计及氮含量的实验值和计算值

    Table 2.  BBD matrix,experimental values and calculated values of nitrogen content

    试验
    编号
    x1x2x3y
    实验值计算值
    1-1+1 014151393
    2 0+1-113411350
    3 0 0 013291321
    4 0 0 013171321
    5+1 0+112901290
    6-1-1 012861264
    7 0-1-111171126
    8 0 0 013291321
    9 0-1+112351242
    10+1-1 010971104
    11 0+1+113451352
    12+1 0-112531231
    13+1+1 013021309
    14-1 0+114041412
    15-1 0-113271353
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    表 3  BBD设计的方差分析结果

    Table 3.  Results of variance analysis from stepwise quadratic regression model using BBD design

    方差来源平方和自由度均方FP
    模型10834661805853.87<0.0001
    x13001213001289.54<0.0001
    x255778155778166.4<0.0001
    x369621696220.77 0.0019
    x1x21444114444.308 0.0716
    x2x33249132499.693 0.0144
    x221090111090132.52 0.0005
    残差26818335.2--
    失拟项25856430.98.977 0.1036
    纯误差96248--
    总和11102714---
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    表 4  验证试验的结果对比

    Table 4.  Verification tests of the method

    土壤标准物质编号w(N)/10-6对数误差绝对值
    氮含量的标准值与不确定度氮含量的实验值
    GBW 07402630±596250.004
    GBW 07403640±506480.006
    GBW 074041000±629900.004
    GBW 07405610±316360.018
    GBW 07406740±597190.013
    GBW 07407660±626480.008
    GBW 07408370±543890.022
    GBW 074241260±11013080.010
    GBW 07425950±10010020.016
    GBW 07426550±605660.023
    GBW 07427720±907420.012
    GBW 07428810±1208720.013
    GBW 07429940±10010020.032
    GBW 074301020±11010490.028
    GBW 07446106970.037
    GBW 07447273±333180.066
    GBW 074481030±10910020.012
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出版历程
收稿日期:  2013-06-19
录用日期:  2013-09-10

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