Метод Кьельдаля или расщепление Кьельдаля ( датское произношение: [ˈkʰelˌtɛˀl] ) в аналитической химии — это метод количественного определения органического азота в образце плюс аммиак / аммоний . (NH 3 /NH 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 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 ):
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). Часто используют слабую кислоту , такую как борная кислота (H 3 BO 3 ), 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 + ) с образованием аммиака (NH 3 ), который выпаривает раствор образца. 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. 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 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]