Метод Кьельдаля. Определение массовой доли белка и общего азота.

Метод Кьельдаля известен в современной химии как, пожалуй, основной и наиболее точный метод определения массовой доли белков в продуктах питания и содержания общего азота в почве и удобрениях. Метод носит фамилию Йохана Кьельдаля – известного химика и пивовара XIX века. Кьельдаль впервые предложил использовать данную методику для определения процентного содержания азота в различных органических соединениях, исследованием которых он занимался. За годы, прошедшие с момента изобретения, метод Кьельдаля претерпел существенные изменения в плане ускорения процесса анализа и автоматизации стадий. Результаты, получаемые посредством данного метода, отличаются хорошими точностью и воспроизводимостью. Комплекты оборудования, выпускаемые современными производителями, частично или полностью заменили действия, выполняемые химиком вручную. Cуть метода заключается в последовательности трех операций, а именно: минерализации органического азота, содержавшегося, например, в белках, далее в извлечении минерализованных органических соединений из пробы и определение массы извлеченного из пробы азота титрованием.

Определение белков методом Кьельдаля является арбитражным анализом, то есть на результаты этого метода ориентируются, когда появляются сомнения в результатах, полученных другими методиками.

Определение массовой доли белка методом Кьельдаля проходит в три стадии, о которых упоминалось ранее:

Минерализация образцов

Минерализация (озоление, сжигание) пробы в современных лабораториях происходит в специальном приборе – дигесторе, при температуре около 400 °С в присутствии концентрированной серной кислоты. Для ускорения процесса в реакционную смесь добавляют катализатор – смесь сульфата двухвалентной меди CuSO₄, сульфата калия K₂SO₄ и селена Se, либо другие катализаторы, прописанные в методике. Это длительный процесс во время которого азот из органических соединений переходит в растворимую минеральную соль – сульфат аммония (NH₄)₂SO₄.

(CHNO)_n + H₂SO₄ (изб) → CO₂ + SO₂ + H₂O + n×(NH₄)₂SO₄

В результате реакции темный раствор переходит сначала в золотистый, а затем в светло-голубой. Этот цвет раствора и определяет полноту реакции минерализации органических соединений. Обращаем ваше внимание на то, что в случае определения общего азота, например, в почве реакция минерализации протекает значительно дольше – до 5-8 часов, в то время как обычно процесс идет около трёх.

Для осуществления стадии сжигания (минерализации) мы рекомендуем использовать дигесторы серий ПМП-А, ПМП-М и ПМП.

Отгонка азота

На этом этапе колбы с раствором соли аммония помещают в аппарат Кьельдаля, который по сути является аппаратом отгонки с водяным паром. После установки колбы в пробу подают сначала воду, чтобы разбавить концентрированную кислоту, а затем в избытке щелочь, которая нейтрализует кислоту и отщепляет молекулы аммиака.

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2Н₂О

Это самый важный этап анализа по методу Кьельдаля, потому что здесь могут произойти потери азота, что скажется на результатах анализа. Независимо от того, какую модель Вы рассматриваете – полуавтоматический аппарат АКВ-10 или автоматический аппарат АКВ-20 – все они обеспечивают герметичное примыкание колбы и полную отгонку аммиака из пробы. После добавления избытка щелочи аппарат подает в пробу пар, который выбивает аммиак из раствора и уносит его в холодильник, где пары охлаждаются и уже чистый раствор аммиака стекает в приемную емкость. Наверняка многие помнят резкий запах нашатырного спирта (раствора аммиака). Это вещество летучее. Но для проведения анализа важно собрать весь аммиак, который выделен из пробы, так как именно в аммиак перешел азот, содержавшийся в белках и по количеству которого мы планируем определить процентное содержание белков в продуктах или азота в почве. Чтобы сохранить весь аммиак, его в приемной колбе поглощают раствором борной кислоты, которая связывает его в нестойкий комплекс.

NH₃ + H₃BO₃ → NH₃ · H₃BO₃

Для стадии дистилляции мы рекомендуем использовать полуавтоматический прибор АКВ-10 или автоматические приборы АКВ-20 и АКВ-21. На базе этих приборов мы предлагаем комплекты, в которых подобрано необходимое оборудование и расходные материалы для удобной работы.

Титрование

На третьей стадии анализа нестойкий комплекс аммиака с борной кислотой титруют стандартным раствором соляной (реже серной) кислоты. Азот снова связывается в аммонийную соль. В тот момент, когда сильная кислота связала весь аммиак, наступает точка перехода – избыток кислоты сдвигает рН раствора в более кислую сторону и цвет из зеленого переходит в серовато-розовый. Исходя из объема титранта вычисляют процентное содержание азота в пробе. Для того, чтобы определить белок методом Кьельдаля, необходимо умножить это значение на коэффициент пересчета, который известен для тех или иных белков.

Для этого этапа подойдут как ручные бюретки, так и цифровые. Наша компания предлагает удобные установки для титрования с магнитной мешалкой – это решение значительно облегчает работу лаборанта и ускоряет процесс титрования. Так, титровальная установка ТУР-1 подойдет для тех, кто титрует небольшое количество проб. Комплекты с цифровой бюреткой позволяют повысить точность титрования и значительно упростить процесс.

Если Вам требуется помощь в подборе оборудования, наши специалисты проконсультируют Вас и помогут с выбором оптимального решения. Для всех комплектов наша компания проводит пуско-наладочные работы, обучение основам анализа и отработку его. Наши специалисты могут выехать и провести обучение у Вас, либо Ваш сотрудник может пройти обучение в нашей лаборатории в г. Москва.