Phương pháp Kjeldahl hoặc quá trình tiêu hóa Kjeldahl (Phát âm tiếng Đan Mạch: [kɛldæːˀl]) trong hóa học phân tích là phương pháp xác định định lượng nitơ chứa trong các chất hữu cơ cộng với nitơ trong amoni vô cơ và amoni (NH3 / NH4 +). Các dạng khác của nitơ vô cơ, ví dụ nitrate, không được bao gồm trong phép đo này. Phương pháp này được phát triển bởi Johan Kjeldahl năm 1883.
Phương pháp
Phương pháp này bao gồm sưởi ấm một chất với axít sulfuric, phân hủy các chất hữu cơ bằng quá trình oxy hóa để giải phóng lượng nitơ giảm như amoni sulfat. Trong bước này, kali sulphat được thêm vào để tăng điểm sôi của môi trường (từ 337 ° C đến 373 ° C). Sự phân hủy hoá học của mẫu hoàn tất khi môi trường ban đầu rất tối đã trở nên rõ ràng và không màu. Dung dịch này sau đó được chưng cất với một lượng nhỏ natri hydroxyd, chuyển muối amoni thành ammonia. Lượng amoniac hiện diện, và do đó lượng nitơ có trong mẫu, được xác định bằng phép chuẩn độ. Sự kết thúc của bình ngưng được nhúng vào một dung dịch axit boric. Amoniac phản ứng với axit và phần còn lại của axit sau đó được điều chỉnh bằng dung dịch natri cacbonat bằng chỉ thị pH methyl màu da cam.
Suy thoái: Mẫu + H2SO4 → (NH4) 2SO4 (aq) + CO2 (g) + SO 2 (g) + H 2O (g)
Giải phóng amoniac: (NH4) 2SO4 (aq) + 2NaOH → Na2SO4 (aq) + 2H2O (l) + 2NH3 (g)
Chụp amoniac: B (OH) 3 + H2O + NH3 → NH4 + + B (OH) 4-
Phản ứng ngược: B (OH) 3 + H2O + Na2CO3 → NaHCO3 (aq) + NaB (OH) 4 (aq) + CO2 (g) + H 2O
Trong thực tế, phân tích này phần lớn là tự động; chất xúc tác cụ thể đẩy nhanh sự phân hủy. Ban đầu, chất xúc tác được lựa chọn là thủy ngân oxit. Tuy nhiên, trong khi hiệu quả rất cao, mối quan tâm về sức khoẻ đã dẫn đến thay thế bằng sulfat cốc. Sulfat cricric không hiệu quả như oxit thủy ngân, và mang lại kết quả protein thấp hơn. Nó đã sớm được bổ sung với titanium dioxide, chất xúc tác được chấp nhận trong tất cả các phương pháp phân tích protein trong các phương pháp chính thức và các thực tiễn được khuyến cáo của AOAC International.
Các ứng dụng
Tính phổ quát, tính chính xác và khả năng lặp lại của phương pháp Kjeldahl đã làm cho nó trở thành phương pháp được quốc tế công nhận để đánh giá hàm lượng protein trong thực phẩm và nó là phương pháp tiêu chuẩn để đánh giá tất cả các phương pháp khác. Nó cũng được sử dụng để khảo nghiệm đất, nước thải, phân bón và các vật liệu khác. Tuy nhiên, nó không đưa ra một đánh giá về hàm lượng protein thực, vì nó đo nitơ nonprotein ngoài lượng nitơ trong protein. Điều này được chứng minh bởi sự kiện thức ăn cho vật nuôi năm 2007 và vụ sữa bột sữa Trung Quốc năm 2008, khi melamine, một hóa chất giàu nitơ đã được thêm vào nguyên liệu để giả mạo hàm lượng protein cao. Ngoài ra, các yếu tố điều chỉnh khác nhau là cần thiết cho các protein khác nhau để giải thích cho các trình tự axit amin khác nhau. Các bất lợi khác, như sự cần thiết phải sử dụng axit sulfuric tập trung ở nhiệt độ cao và thời gian thử nghiệm tương đối dài (một giờ hoặc nhiều hơn), so sánh không thuận lợi với phương pháp Dumas để đo lượng protein thô
Tổng lượng nitơ Kjeldahl
Nitơ tổng số Kjeldahl hoặc TKN là tổng nitơ trong các chất hữu cơ, nitơ trong amoniac (NH3-N) và trong ammonium (NH4 + -N) trong phân tích hóa học đất, nước hoặc nước thải (ví dụ nước thải của nhà máy xử lý nước thải) ).
Ngày nay, TKN là một tham số bắt buộc đối với việc báo cáo về quy định tại nhiều nhà máy xử lý, và như một phương tiện giám sát hoạt động của nhà máy.
Các yếu tố chuyển đổi
TKN thường được sử dụng làm chất thay thế cho protein trong các mẫu thực phẩm. Sự chuyển đổi từ TKN sang protein phụ thuộc vào loại protein hiện diện trong mẫu và phần nào của protein bao gồm các axit amin nitơ, như arginine và histidine. Tuy nhiên, phạm vi của các yếu tố chuyển đổi tương đối hẹp. Các yếu tố chuyển đổi ví dụ, được gọi là các yếu tố N, cho thực phẩm dao động từ 6,38 cho sữa và 6,25 cho thịt, trứng, ngô và lúa miến đến 5,83 cho hầu hết ngũ cốc; 5.95 đối với gạo, 5.70 đối với bột mì, và 5.46 đối với đậu phộng
Độ nhạy
Phương pháp Kjeldahl kém nhạy với phiên bản ban đầu. Các phương pháp phát hiện khác đã được sử dụng để định lượng NH4 + sau khi khoáng hoá và chưng cất, đạt được độ nhạy cao: máy phát điện dòng trong hydride kết hợp với một quang phổ phát xạ plasma nguyên tử (ICP-AES-HG, 10-25 mg / L), Potentiometric (0,1 mg nitơ), điện di mao mạch (1,5 μg / ml nitơ),và sắc ký ion (0,5 μg / ml)
Hạn chế
Phương pháp Kjeldahl không áp dụng đối với các hợp chất có chứa nitơ trong các nhóm nitro và azzo và nitơ có trong các vòng (như [[pyridin], quinolin, izoquinolin]) vì nitơ của các hợp chất này không chuyển thành sulfat amoni trong các điều kiện của phương pháp này.