Метод Кьельдаля - Kjeldahl method

Метод Кьельдаля или расщепление Кьельдаля ( датское произношение:  [ˈkʰelˌtɛˀl] ) в аналитической химии - это метод количественного определения азота, содержащегося в органических веществах, плюс азота, содержащегося в неорганических соединениях аммиака и аммония (NH ₃ / NH ₄ ⁺ ). Без модификации другие формы неорганического азота, например нитрат , не включаются в это измерение. Использование эмпирической зависимости между содержанием азота по Кьельдалю и содержанием белка является важным методом анализа белков. Этот метод был разработан Йоханом Кьельдалом в 1883 году.

Метод

Метод заключается в нагревании образца до 360–410 ° C с концентрированной серной кислотой (H ₂ SO ₄ ), которая разлагает («переваривает» или «разрушает») органический образец путем окисления с выделением восстановленного азота в виде сульфата аммония . Горячая концентрированная серная кислота окисляет углерод (как битуминозный уголь) и серу (см . Реакции серной кислоты с углеродом ):

С + 2 H ₂ SO ₄ → CO ₂ + 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

S + 2 H ₂ SO ₄ → 3 SO ₂ + 2 H ₂ O

Катализаторы, такие как селен , Hg ₂ SO ₄ или CuSO ₄ , часто добавляют, чтобы ускорить пищеварение. Na ₂ SO ₄ или K ₂ SO ₄ также добавляют для повышения температуры кипения H ₂ SO ₄ . Пищеварение завершается, когда ликер осветляется с выделением паров. Построена система дистилляции, изображенная ниже.

Конец конденсатора погружают в известный объем стандартной кислоты (т.е. кислоты известной концентрации). Слабая кислота , как борная кислота (Н ₃ BO ₃ в избыток аммиака часто используется). Вместо этого можно использовать стандартизованную HCl , H ₂ SO ₄ или другую сильную кислоту, но это менее распространено. Затем раствор образца перегоняют с небольшим количеством гидроксида натрия (NaOH). NaOH также можно добавлять с помощью капельной воронки . NaOH реагирует с аммонием (NH ₄ ⁺ ) с аммиаком (NH ₃ ), который выкипает из раствора пробы. Аммиак пузырится через стандартный раствор кислоты и снова реагирует на соли аммония со слабой или сильной кислотой.

Концентрация ионов аммония в растворе кислоты и, следовательно, количество азота в образце измеряется титрованием. Если использовалась борная кислота (или другая слабая кислота), прямое кислотно-основное титрование выполняется сильной кислотой известной концентрации. Можно использовать HCl или H ₂ SO ₄ . Вместо этого используется непрямое обратное титрование , если для приготовления стандартного раствора кислоты использовались сильные кислоты: для нейтрализации раствора используется сильное основание известной концентрации (например, NaOH). В этом случае количество аммиака рассчитывается как разница между количеством HCl и NaOH. В случае прямого титрования нет необходимости знать точное количество слабой кислоты (например, борной кислоты), потому что она не мешает титрованию (для ее эффективного улавливания требуется избыток аммиака). Таким образом, для прямого титрования требуется один стандартный раствор (например, HCl), а при обратном титровании - два (например, HCl и NaOH). Одним из подходящих индикаторов для этих реакций титрования является индикатор Таширо .

На практике этот анализ в значительной степени автоматизирован; специальные катализаторы ускоряют разложение. Первоначально в качестве катализатора использовался оксид ртути. Однако, хотя он был очень эффективным, из-за проблем со здоровьем его заменили сульфатом меди. Сульфат меди был не так эффективен, как оксид ртути, и давал более низкие результаты по белку. Вскоре он был дополнен диоксидом титана, который в настоящее время является одобренным катализатором во всех методах анализа на белок в Официальных методах и Рекомендуемой практике AOAC International.

Приложения

Универсальность, точность и воспроизводимость метода Кьельдаля сделали его всемирно признанным методом оценки содержания белка в пищевых продуктах и ​​стандартным методом, по которому оцениваются все другие методы. Он также используется для анализа почвы, сточных вод, удобрений и других материалов. Однако он не дает возможности измерить истинное содержание белка, поскольку измеряет небелковый азот в дополнение к азоту в белках. Об этом свидетельствует инцидент с кормом для домашних животных в 2007 году и китайский скандал с сухим молоком в 2008 году , когда меламин , химическое вещество, богатое азотом, был добавлен в сырье для имитации высокого содержания белка. Кроме того, для разных белков необходимы разные поправочные коэффициенты, чтобы учесть разные аминокислотные последовательности. Дополнительные недостатки, такие как необходимость использовать концентрированную серную кислоту при высокой температуре и относительно длительное время тестирования (час или более), неблагоприятно по сравнению с методом Дюма для измерения содержания сырого протеина.

Общий азот по Кьельдалю

Общий азот по Кьельдалю или TKN - это сумма азота, связанного в органических веществах, азота в аммиаке (NH ₃ -N) и в аммонии (NH ₄ ⁺ -N) при химическом анализе почвы, воды или сточных вод (например, при очистке сточных вод. сточные воды растений).

Сегодня TKN является обязательным параметром для нормативной отчетности на многих очистных сооружениях, а также как средство мониторинга их работы.

Коэффициенты пересчета

TKN часто используется в качестве заменителя белка в образцах пищевых продуктов . Преобразование TKN в белок зависит от типа белка, присутствующего в образце, и от того, какая часть белка состоит из азотистых аминокислот , таких как аргинин и гистидин . Однако диапазон коэффициентов пересчета относительно узок. Примерные коэффициенты преобразования, известные как коэффициенты N, для пищевых продуктов варьируются от 6,38 для молочных продуктов и 6,25 для мяса, яиц, кукурузы (кукурузы) и сорго до 5,83 для большинства зерновых; 5,95 для риса, 5,70 для пшеничной муки и 5,46 для арахиса. На практике 6.25 используется почти для всех пищевых продуктов и кормов, независимо от их применимости. Фактор 6,25 специально требуется в соответствии с правилами маркировки пищевых продуктов США при отсутствии других опубликованных факторов.

Чувствительность

В оригинальной версии метод Кьельдаля малочувствителен. Для количественного определения NH ₄ ⁺ после минерализации и дистилляции использовались и другие методы обнаружения, что позволило повысить чувствительность: встроенный генератор гидрида, соединенный с плазменным атомно-эмиссионным спектрометром (ICP-AES-HG, 10-25 мг / л), потенциометрическое титрование (> 0,1 мг азота), зональный капиллярный электрофорез (1,5 мкг / мл азота) и ионная хроматография (0,5 мкг / мл).

Ограничения

Метод Кьельдаля не применим к соединениям, содержащим азот в нитро- и азогруппах и азот, присутствующий в кольцах (например, пиридин , хинолин , изохинолин ), поскольку азот этих соединений не превращается в сульфат аммония в условиях этого метода.

Смотрите также

• Метод Дюма , еще один метод анализа азота
• Сплав Деварда , мощный восстановитель для анализа нитратов
• Анализ бицинхониновой кислоты , колориметрический анализ на белок-азот
• Анализ горения еще один метод анализа углерода, водорода и азота

использованная литература

Список используемой литературы

• Разработка сточных вод: очистка и повторное использование , Меткалф и Эдди, Высшее образование Макгроу-Хилла; 4-е издание, 1 мая 2002 г., ISBN  978-0071241403

внешние ссылки

• Решения для автоматизации метода Кьельдаля
• Решения для автоматизации метода Кьельдаля