Metoda Kjeldahl

Metoda Kjeldahl este o tehnică pentru determinarea nivelului de azot dintr-o probă . Este aplicabil pentru determinarea azotului diferiți compuși de azot, cum ar fi aminele și sărurile de amoniu cuaternar . Nu permite dozarea directă a nitraților , nitriților , nitrozililor , cianurilor care trebuie mai întâi reduse la amoniac .

Când azotul este sub formă organică , compusul este mai întâi mineralizat pentru a trece în azot mineral. Molecula organică este distrusă prin oxidarea acesteia la punctul de fierbere cu acid sulfuric concentrat (H 2 SO 4 ), în prezența unui catalizator : carbonul este eliminat sub formă de dioxid de carbon (CO 2), hidrogen sub formă de apă și azot rămâne în soluție sub formă de ion amoniu (NH 4 + ).

Metoda Kjeldahl, utilizată pentru calcularea conținutului de proteine din produsele alimentare , și-a arătat limitele în 2008, când a fost descoperit scandalul melaminei : această analiză nu face distincție între diferite surse de azot. Astfel, adăugarea acestei molecule conținând 66% azot în diferite produse agroalimentare, prin creșterea conținutului acestui element, a făcut să creadă în niveluri de proteine mai mari decât erau în realitate.

Istoric

În 1883, cercetătorul danez Johan Kjeldahl , lucrând la evoluția conținutului de proteine din boabele utilizate la fabricarea berii, a dezvoltat o metodă de determinare a azotului organic. Tehnica a suferit numeroase modificări începând de 1 st publicarea în același an într - un jurnal german de chimie analitică . De fapt, Gunning a sugerat adăugarea de sulfat de potasiu la acidul sulfuric utilizat deja pentru a crește rata de mineralizare prin creșterea temperaturii de fierbere. Metoda este cunoscută la nivel internațional ca determinarea azotului în conformitate cu Kjeldahl, Wilforth și Gunning .

Principiu

1 st pas este mineralizare. Scopul său este degradarea materiei organice azotate sub formă de sare de amoniu. Ecuația de mineralizare:

{\ displaystyle {\ rm {M_ {Organic} \ rightarrow NH_ {4} ^ {+}}}}

PH-ul acid permite sării sării de amoniu să apară sub forma sa acidă de amoniu NH 4 + .

Degradarea materiei organice este azotul folosind un catalizator ( sulfatul de cupru și sulfatul de potasiu ), al acidului sulfuric la temperatură ridicată ( 380 ° C ).

2 nd pas este distilarea amoniacului prin adăugarea de sodă : scopul este de a transforma amoniul în forma sa volatilă, amoniac .

Ecuația distilării:

{\ displaystyle {\ rm {NH_ {4} ^ {+} + NaOH \ rightarrow Na ^ {+} + NH_ {3} + H_ {2} O}}}

Soda se adaugă în exces pentru a schimba pH-ul acid la un pH bazic, care are ca efect obținerea amoniacului. Amoniacul este antrenat de vaporii de apă prin distilare. ${\ displaystyle {\ rm {NH_ {3}}}}$

Vaporii de amoniac sunt condensați la contactul cu un agent frigorific.

3 - lea pas este dozajul, fie direct , fie indirect. Pentru un test direct, amoniacul este colectat într-o soluție de acid boric (H 3 BO 3 ). Acidul boric este un acid slab care nu reacționează cu amoniacul, ci servește pur și simplu ca o capcană de amoniac. (Trebuie să depășească amoniacul). Amoniacul astfel prins este neutralizat pe măsură ce ajunge cu o soluție calibrată de acid puternic (HCI sau H 2 SO 4 ) în prezența unui indicator colorat. Deci avem : ${\ displaystyle {\ ce {NH3 + H + -> NH4 +}}}$

Pentru o determinare indirectă, amoniacul este colectat într-un volum cunoscut și depășește o soluție standard de acid puternic (HCI sau H 2 SO 4 ). Excesul de acid este apoi determinat folosind o soluție calibrată de bază puternică, în prezența unui indicator colorat. Deci avem: atunci

{\ displaystyle {\ ce {NH3 + H + -> NH4 +}}}

{\ displaystyle {\ ce {H + + OH- -> H2O}}}

Mod de operare

Pentru a măsura proteinele conținute într-o probă prin metoda Kjeldahl, procedăm mai întâi la mineralizare . Pentru a face acest lucru, introducem într-un balon ( balon ):

cantitatea m de eșantion;
un volum de acid sulfuric (în general 50 ml);
catalizatorul de sulfat de potasiu și sulfat de cupru (fie sub formă de cristale, fie sub formă de pelete);
un agent antispumant (practic pentru faza de distilare și răcire după mineralizare).

Mineralizarea se face în general într-un mineralizator timp de 1 oră 30 min până la 3 ore. Mineralizarea se efectuează într-o capotă (vaporii mineralizării sunt foarte iritante și toxici din cauza acidului sulfuric) sau printr-o aspirație prin clopot care recuperează eliberarea acidului pentru a-l face să treacă în apă apoi într-o soluție de sodă cu un indicator colorat (de obicei albastru bromotimol ).

Se lasă să se răcească și se introduce apă distilată cu grijă . Atenție : adăugarea de apă la un acid puternic , cum ar fi acidul sulfuric aici, poate provoca o reacție foarte puternică sau chiar o explozie.

Balonul conține acum atomii de azot sub formă de sare de amoniu (cu excepția nitraților și a nitriților).

Distilarea amoniacului

Balonul este plasat într-un alambic. Este conectat la o soluție de acid boric saturat, roșu de metil și albastru de bromotimol (într-un mediu profesional se utilizează un aparat de distilare cu abur , dozarea se efectuează în general prin pH-metrie ).

Adăugați exces de sodiu concentrat în timp ce încălziți ușor balonul pentru a schimba pH-ul într-un mediu de bază, această modificare a pH-ului va transforma sărurile de amoniu în amoniac care se va „evapora”.

Amoniacul va trece printr-un agent frigorific care îl va determina să revină în forma sa lichidă, apoi va curge în acid boric (dozare directă) sau în exces de acid puternic (dozare indirectă) care îl va prinde (vezi principiul).

Determinarea directă a amoniacului

Se efectuează un test acid-bazic direct; există o metodă indirectă: acidul boric este înlocuit cu exces de acid sulfuric și acest exces de acid este dozat după distilare.

Acidul boric nu are niciun efect asupra pH-ului (acid slab).

Determinați amoniacul cu o soluție standard de acid sulfuric sau acid clorhidric . Echivalența este marcată de o colorație roz datorită roșului metilic.

Ca măsură de precauție, îndepărtați soluția înainte de a opri încălzirea pentru a evita orice sifonare.

Calculul din doza directă

Exemplu pentru acid clorhidric (notă: acidul sulfuric este un diacid ).

Găsirea rezultatului în g% (m / V):

1 mol de acid reacționează cu 1 mol de amoniac, astfel încât să obținem următoarea egalitate:

1 mol de acid = 1 mol de amoniac (notat mol N)

Știind că :

n (mol) = C (mol / L) * V (L)

ajungem la:

mol N = C al acidului (notat C1) * V al echivalenței (notat Va).

este :

mol N = C1 * Va

Știind că :

m N (masa azotului) = M masa molară de azot (g / mol) * n N (mol)

este :

m N = M * C1 * Va

căutăm un rezultat în g%, înmulțim cu 100 și împărțim la masa eșantionului.

Exemplu: determinarea azotului total din lapte

Laptele conține între 32 și 35 g / l material organic azotată din care 95% din azotul este în proteine și restul de 5% din aminoacizi liberi.

Mod de operare

Mineralizare

Pentru a măsura proteinele conținute în lapte prin această metodă, procedăm mai întâi la mineralizare . Pentru a face acest lucru, puneți într-un balon:

2 ml de lapte măsurat exact;
15 până la 20 ml de acid sulfuric concentrat;
6 g de sulfat de potasiu ;
1 g de sulfat de cupru ;
câteva boabe de piatră ponce .

Aduceți la fierbere. Apoi, de la clarificarea soluției, fierberea se continuă timp de trei ore.

Se lasă să se răcească și se introduce cu atenție de la 30 la 50 ml de apă distilată .

Recuperarea amoniacului

Se realizează un ansamblu de distilare :

în balon, introducem:

conținutul balonului (a se vedea mai sus) bine clătit (pentru a extrage toți compușii azotați; se completează până la 250 ml cu apă distilată;
câteva picături de fenolftaleină ;
de hidroxid de sodiu la 400 g / l până când conținutul balonului devine roz.

Vârful condensatorului este scufundat într-un pahar care conține 20 ml de acid boric și 2-3 picături de roșu de metil .

Balonul este încălzit moderat.

Amoniacul este testat, pe măsură ce este eliberat, cu o soluție standard de acid sulfuric la 0,05 mol / l . Testul este finalizat imediat ce colorarea rămâne stabilă timp de aproximativ 5 minute .

Calcule

x reprezintă progresul reacției. În prima reacție, amoniacul este adus în contact cu un exces de acid în care reacționează partea n 'a acidului. Restul acidului reacționează cu hidroxid de sodiu. , este o doză în schimb. ${\ displaystyle {\ rm {nH_ {3} O ^ {+} = n '+ n' '}}}$

	${\ displaystyle {\ rm {NH_ {3}}}}$	${\ rm {H_ {3} O ^ {+}}}$	${\ displaystyle {\ rm {NH_ {4} ^ {+}}}}$	${\ rm {H_ {2} O}}$
Stare initiala	${\ displaystyle {\ rm {nNH_ {3}}}}$	${\ displaystyle {\ rm {n'H_ {3} O ^ {+}}}}$	${\ displaystyle 0}$	exces
Starea intermediară	${\ displaystyle {\ rm {nNH_ {3} -x}}}$	${\ displaystyle {\ rm {n'H_ {3} O ^ {+} - x}}}$	$X$	exces
Starea finală	${\ displaystyle 0}$	${\ displaystyle 0}$	${\ displaystyle x_ {max}}$	exces

${\ displaystyle {\ rm {nNH_ {3} -x = 0}}}$
${\ displaystyle {\ rm {n'H_ {3} O ^ {+} - x = 0}}}$
prin urmare ${\ displaystyle {\ rm {nNH_ {3} = n'H_ {3} O ^ {+}}}}$

	${\ rm {H_ {3} O ^ {+}}}$	${\ rm {OH ^ {-}}}$	${\ displaystyle {\ rm {2H_ {2} O}}}$
Stare initiala	${\ displaystyle {\ rm {n''H_ {3} O ^ {+}}}}$	${\ displaystyle {\ rm {nOH ^ {-}}}}$	${\ displaystyle 0}$
Starea intermediară	${\ displaystyle {\ rm {n''H_ {3} O ^ {+} - x}}}$	${\ displaystyle {\ rm {nOH ^ {-} - x}}}$	${\ displaystyle {\ rm {2x}}}$
Starea finală	${\ rm {0}}$	${\ rm {0}}$	${\ displaystyle {\ rm {2x_ {max}}}}$

{\ displaystyle {\ rm {n''H_ {3} O ^ {+} - x = 0}}}

{\ displaystyle {\ rm {nOH ^ {-} - x = 0}}}

prin urmare ${\ displaystyle {\ rm {n''H_ {3} O ^ {+} = nOH ^ {-}}}}$

{\ displaystyle {\ rm {nH_ {3} O ^ {+} = n'H_ {3} O ^ {+} + n''H_ {3} O ^ {+}}}}

{\ displaystyle {\ rm {H_ {3} O ^ {+} = nNH_ {3} + nOH ^ {-}}}}

{\ displaystyle {\ rm {2C_ {H_ {2} SO_ {4}} \ times V_ {H_ {2} SO_ {4}} = C_ {NH_ {3}} \ times V_ {NH_ {3}} + C_ {NaOH} \ ori V_ {NaOH}}}}

{\ displaystyle {\ rm {C_ {NH_ {3}} = {\ frac {2C_ {H_ {2} SO_ {4}} \ times V_ {H_ {2} SO_ {4}} - C_ {NaOH} \ times V_ {NaOH}} {V_ {NH_ {3}}}}}}}

Un mol de NH 3 provine de la un mol de atomi de azot (N). Deci, găsind numărul de moli de atomi de azot, putem determina concentrația sa de masă.

Vezi și tu

Johan kjeldahl
Metoda Dumas , o altă metodă mai veche de determinare a azotului, prin ardere completă,
Metoda Biuret , metoda colorimetrică de determinare a azotului
Analiza organică
Aliaj Devarda