метод Кьельдаля
Метод Кьельдаля или пищеварение по Кьельдалю (англ. Датское произношение: [ˈkʰelˌtɛˀl] ) в аналитической химии в образце — метод количественного определения содержания органического азота плюс аммиак / аммоний . (НХ 3 /НХ 4 + ). Без модификации другие формы неорганического азота, например нитраты , не включаются в это измерение. Использование эмпирической связи между азотом по Кьельдалю и белком является важным методом косвенной количественной оценки содержания белка в образце. Этот метод был разработан Йоханом Кьельдалем в 1883 году. [ 1 ] [ 2 ]
Метод
[ редактировать ]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 высвобождением восстановленного азота в виде сульфата аммония . [ 3 ] Горячая концентрированная серная кислота окисляет углерод (как битуминозный уголь) и серу (см. реакции серной кислоты с углеродом ):
- C + 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 добавляются, чтобы ускорить процесс пищеварения. Na 2 SO 4 или K 2 SO 4 также добавляют для повышения температуры кипения H 2 SO 4 . Переваривание завершается, когда жидкость осветляется с выделением паров. [ 3 ] Построена система дистилляции, изображенная ниже.
 |
|
Конец конденсатора погружают в известный объем стандартной кислоты (т.е. кислоты известной концентрации). , слабую кислоту такую как борная кислота (H 3 BO 3 Часто используют ), в избытке аммиака. Вместо этого можно использовать стандартизированную HCl , H 2 SO 4 или другую сильную кислоту, но это менее распространено. Затем раствор образца перегоняют с небольшим количеством гидроксида натрия (NaOH). [ 3 ] NaOH также можно добавлять с помощью капельной воронки . [ 4 ] NaOH реагирует с аммонием (NH 4 + ) до аммиака (NH 3 ), который выпаривает раствор пробы. Аммиак пузырится через стандартный раствор кислоты и реагирует обратно на соли аммония со слабой или сильной кислотой. [ 3 ]
Концентрацию ионов аммония в растворе кислоты и, следовательно, количество азота в образце измеряют методом титрования. Если использовали борную кислоту (или другую слабую кислоту), то прямое кислотно-основное титрование проводят сильной кислотой известной концентрации. HCl или H 2 SO 4 Можно использовать . 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 рассчитывают как разницу между количеством HCl и NaOH. В случае прямого титрования нет необходимости знать точное количество слабой кислоты (например, борной кислоты), поскольку она не мешает титрованию (для эффективного улавливания ее необходимо иметь избыток аммиака). Таким образом, при прямом титровании необходим 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. . [ 3 ]
На практике этот анализ в значительной степени автоматизирован; специальные катализаторы ускоряют разложение. Первоначально в качестве катализатора был выбран 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 к нему был добавлен диоксид титана, который в настоящее время является одобренным катализатором во всех методах анализа белка, указанных в официальных методах и рекомендуемых методах AOAC International. [ 5 ]
Приложения
[ редактировать ]Универсальность, точность и воспроизводимость метода Кьельдаля сделали его международно 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 в дополнение к азоту в белках он измеряет небелковый азот. Об этом свидетельствуют инцидент с кормом для домашних животных в 2007 году и скандал с сухим молоком в Китае в 2008 году , когда в сырье добавляли меламин , богатое азотом химическое вещество, чтобы имитировать высокое содержание белка. Кроме того, для разных белков необходимы разные поправочные коэффициенты для учета разных аминокислотных последовательностей. Дополнительные недостатки, такие как необходимость использования концентрированной серной кислоты при высокой температуре и относительно длительное время тестирования (час и более), выгодно отличаются от метода Дюма для измерения содержания сырого белка. [ 6 ]
Общий азот по Кьельдалю
[ редактировать ]Общий азот Кьельдаля или TKN представляет собой сумму 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, сточных вод очистных сооружений).
Сегодня TKN является обязательным параметром для нормативной отчетности на многих очистных сооружениях, а также средством мониторинга работы станций.
Коэффициенты пересчета
[ редактировать ]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. Примеры коэффициентов преобразования, известных 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. [ 7 ] На практике индекс 6,25 используется практически для всех продуктов питания и кормов, независимо от их применимости. Фактор 6,25 специально требуется правилами маркировки пищевой ценности США при отсутствии другого опубликованного фактора. [ 8 ]
| Животное происхождение | Фактор | Семена травы | Фактор | Фасоль и арахис | Фактор |
|---|---|---|---|---|---|
| Яйца | 6.25 | Ячмень | 5.83 | Касторовая фасоль | 5.30 |
| Мясо | 6.25 | Кукуруза ( маис ) | 6.25 | Джек Бин | 6.25 |
| Молоко | 6.38 | Милле | 5.83 | Лимская фасоль | 6.25 |
| Овес | 5.83 | Темно-синяя фасоль | 6.25 | ||
| Рис | 5.95 | Фасоль маш | 6.25 | ||
| Рожь | 5.83 | соевый | 5.71 | ||
| Сорго | 6.25 | Бархатный боб | 6.25 | ||
| Пшеница : Цельное зерно | 5.83 | Арахис | 5.46 | ||
| Пшеница : Отруби | 6.31 | ||||
| Пшеница : Эндосперм | 5.70 |
Чувствительность
[ редактировать ]Метод Кьельдаля в исходном варианте малочувствителен. использовались другие методы обнаружения. Для количественного определения NH 4 + после минерализации и дистилляции для достижения повышенной чувствительности: поточный генератор гидрида, соединенный с плазменным атомно-эмиссионным спектрометром (ICP-AES-HG, 10–25 мг/л), [ 10 ] потенциометрическое титрование (>0,1 мг азота), зональный капиллярный электрофорез (1,5 мкг/мл азота), [ 11 ] и ионная хроматография (0,5 мкг/мл). [ 12 ]
Ограничения
[ редактировать ]Метод Кьельдаля неприменим к соединениям, содержащим азот в нитро- и азогруппах и азот , присутствующий в кольцах (например, пиридин , хинолин , изохинолин ), поскольку азот этих соединений не переходит в сульфат аммония в условиях этого метода.
См. также
[ редактировать ]- Метод Дюма , еще один метод анализа азота.
- Сплав Деварда , мощный восстановитель для анализа нитратов.
- Анализ бицинхониновой кислоты , колориметрический анализ белка-азота.
- Анализ горения — еще один метод анализа углерода, водорода и азота.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кьельдаль, Дж. (1883) «Новый метод определения азота в органических веществах» , Журнал аналитической химии , 22 (1): 366-383.
- ^ Юлиус Б. Коэн. Практическая органическая химия , 1910 г. Ссылка на онлайн-текст
- ^ Перейти обратно: а б с д и Михаловский, Т; Артаксеркс, AG; Выбранец, С ( 12 февраля 2013 г. ). «Титрование по методу Кьельдаля для определения азота: основание или кислота в качестве титранта?». Журнал химического образования . 90 (2): 191–197. Бибкод : 2013ЮЧЭд..90..191М . дои : 10.1021/ed200863p . ISSN 0021-9584 .
- ^ «Международный крахмал: ISI 24 Определение белка по Кьельдалю» . www.starch.dk . Проверено 21 марта 2019 г.
- ^ AOAC Международный
- ^ Д. Джулиан МакКлементс. «Анализ белков» . Массачусетский университет в Амхерсте . Проверено 27 апреля 2007 г.
- ^ «ГЛАВА 2: МЕТОДЫ ПИЩЕВОГО АНАЛИЗА» . Фао.орг . Проверено 30 декабря 2017 г.
- ^ «21 CFR 101.9 (c)(7)» .
- ^ «Глава 2: Методы анализа пищевых продуктов» . www.фао.орг . 2020-11-14. Архивировано из оригинала 14 ноября 2020 г. Проверено 5 февраля 2021 г.
- ^ ЭМИ Джабер; Н. А. Механна; СМ Султан (2009). «Определение аммония и органически связанного азота методом эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой» . Таланта . 78 (4–5): 1298–1302. дои : 10.1016/j.talanta.2009.01.060 . ПМИД 19362191 .
- ^ «Заинтересованность ECZ в определении общего азота (метод Кьельдаля) — Pharma Physic Blog» . Блог.pharmaphysical.fr . 5 апреля 2012 года . Проверено 30 декабря 2017 г.
- ^ «Можем ли мы избежать стадии дистилляции в методе Кьельдаля? - Pharma Physic Blog» . Блог.pharmaphysical.fr . 26 апреля 2012 года . Проверено 30 декабря 2017 г.
Библиография
[ редактировать ]- Инженерия очистки сточных вод: очистка и повторное использование , Меткалф и Эдди, Высшее образование МакГроу-Хилл; 4-е издание, 1 мая 2002 г., ISBN 978-0071241403