凯氏定氮法

1833年凯道尔建立的方法

凯氏定氮法是由 丹麦 化学家凯道尔于1883年建立的。现已发展为常量、微量、平微量凯氏定氮法以及自动定氮仪法等,是分析 有机化合物 含氮量的常用方法。凯氏定氮法的理论基础是 蛋白质 中的含氮量通常占其总质量的16%左右(12%~一19%),因此,通过测定物质中的含氮量便可估算出物质中的总蛋白质含量(假设测定物质中的氮全来自蛋白质),即: 蛋白质含量=含氮量/16%。

凯氏定氮法是测定化合物或 混合物 中总氮量的一种方法。即在有 催化剂 的条件下,用 硫酸 消化样品将有机氮都转变成 无机化合物 盐,然后在碱性条件下将铵盐转化为氨,随水蒸气蒸馏出来并为过量的 硼酸 液吸收,再以标准 盐酸 滴定 ,就可计算出样品中的氮量。由于 蛋白质 含氮量比较恒定,可由其氮量计算蛋白质含量,故此法是经典的蛋白质定量方法。

原理

蛋白质是含氮的 有机化合物 。蛋白质与 硫酸 和催化剂一同加热消化,使蛋白质分解,分解的氨与硫酸结合生成 硫酸铵 。然后碱化 蒸馏 使氨游离,用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸 标准溶液 滴定,根据酸的消耗量乘以换算系数,并换算成蛋白质含量。含氮量*6.25=蛋白含量

. 有机化合物 中的胺根在强热和 ,浓 作用下,硝化生成 反应式为:

(其中 做 催化剂 )

2.在凯氏定氮器中与碱作用,通过蒸馏释放出 ,收集于 溶液中

反应式为:

3. 用已知浓度的 (或 ) 标准溶液 滴定 ,根据HCI消耗的量计算出氮的含量,然后乘以相应的换算因子,既得 蛋白质 的含量

反应式为:

试剂

所有试剂均用不含氨的 蒸馏水 配制。

2.1 硫酸铜 。

2.2 硫酸钾 。

2.3 硫酸 。

2.4 2% 硼酸溶液 。

2.5 混合指示液:1份0.1% 甲基红 乙醇 溶液与5份0.1% 溴甲酚绿 乙醇溶液临用时混合。也可用2份0.1%甲基红乙醇溶液与1份0.1% 次甲基 蓝乙醇溶液临用时混合。

2.6 30% 氢氧化钠 。

2.7 0.025mol/L硫酸 标准溶液 或0.05mol/L 盐酸 标准溶液。

仪器

定氮 蒸馏 装置:

如图 所示。

1.安全管

2.导管

3.汽水分离管

4.样品入口

5.塞子

6.直型 冷凝管

7.吸收瓶

8.隔热液套

9.反应管

10.蒸汽发生瓶

操作

1、 样品处理:精密称取0.2-2.0g固体样品或2-5g半固体样品或吸取10-20ml液体样品(约相当氮30-40mg),移入干燥的100ml或 500ml 定氮瓶中,加入0.2g 硫酸铜 ,6g 硫酸钾 及20毫升硫酸,稍摇匀后于瓶口放一小漏斗,将瓶以45度角斜支于有小孔的 石棉 网上,小火加热,待内容物全部 碳化 ,泡沫完全停止后,加强火力,并保持瓶内液体微沸,至液体呈蓝绿色澄清透明后,再继续加热0.5小时。取下放冷,小心加20ml水,放冷后,移入100ml 容量瓶 中,并用少量水洗定氮瓶,洗液并入容量瓶中,再加水至 刻度 ,混匀备用。取与处理样品相同量的硫酸铜、硫酸钾、 浓硫酸 同一方法做试剂空白试验。但是此法比较危险,不易在实验室演示,大多数实验室有消煮仪一次可以进行多个(一次可以消煮16个样品)样品处理,并有通风橱进行通风,温度可以自己设定,更加安全和可操作性,因此逐步成为主要的凯氏定氮法的首选处理方法。

一般消解温度都设在240度及240度以上,如果想快速消解可以适当提高温度甚至可以用最大温度进行消解。

2、 按图装好定氮装置,于 蒸汽 发生器内装水约2/3处加 甲基红 指示剂 数滴及数毫升 硫酸 ,以保持水呈酸性,加入数粒玻璃珠以防 暴沸 ,用 调压器 控制,加热煮沸水蒸气发生瓶内的水。

3、 向接收瓶内加入10ml 2% 硼酸溶液 及 混合指示剂 1滴,并使 冷凝管 的下端插入液面下,吸取10.0ml样品消化液由小 玻璃 杯流入反应室,并以10ml水洗涤小 烧杯 使流入反应室内,塞紧小玻璃杯的棒状玻璃塞。将10ml 40% 氢氧化钠 倒入小玻璃杯,提起玻璃塞使其缓慢流入反应室,不能立即将玻璃盖塞紧,这样易使玻璃塞粘在进样口,应先用 蒸馏水 冲洗然后再盖,并加水于小玻璃杯以防漏气。夹紧 尾旋 夹,开始 蒸馏 ,蒸气通入反应室使氨通过冷凝管而进入接收瓶内,蒸馏5min。移动接收瓶,使 冷凝管 下端离开液皿,再蒸馏1min,然后用少量水冲洗冷凝管下端外部。取下接收瓶,以0.05N 硫酸 或0.05N 盐酸 标准溶液 定至灰色或蓝紫色为终点。

同时吸取10.0ml试剂空白消化液按3操作。

计算

X:样品中 蛋白质 的百分含量,g;

:样品消耗硫酸或盐酸标准液的体积,ml;

:试剂空白消耗硫酸或盐酸标准溶液的体积,ml;

N:硫酸或盐酸标准溶液的当量浓度;

0.014:1N 硫酸 或 盐酸 标准溶液 1ml相当于氮克数;

m:样品的质量(体积),g(ml);

F:氮换算为蛋白质的系数 。 蛋白质中的氮含量一般为15~17.6%,按16%计算乘以6.25即为蛋白质, 乳制品 为6.38,面粉为5.70,玉米、高粱为6.24,花生为5.46,米为5.95,大豆及其制品为5.71,肉与肉制品为6.25, 大麦 、小米、燕麦、 黑麦 为5.83,芝麻、向日葵为 5.30。

注意

(1)样品应是均匀的。固体样品应预先研细混匀,液体样品应振摇或搅拌均匀。

(2)样品放入定氮瓶内时,不要沾附颈上。万一沾附可用少量水冲下,以免被检样消化不完全,结果偏低。

(3)消化时如不容易呈透明溶液,可将定氮瓶放冷后,慢慢加入30% 过氧化氢 ( )2-3ml,促使氧化。

(4)在整个消化过程中,不要用强火。保持和缓的沸腾,使火力集中在凯氏瓶底部,以免附在壁上的 蛋白质 在无 硫酸 存在的情况下,使氮有损失。

(5)如硫酸缺少,过多的 硫酸钾 会引起氨的损失,这样会形成 硫酸氢钾 ,而不与氨作用。因此,当硫酸过多的被消耗或样品中脂肪含量过高时,要增加硫酸的量。

(6)加入硫酸钾的作用为增加溶液的 沸点 , 硫酸铜 为 催化剂 ,硫酸铜在 蒸馏 时作碱性反应的 指示剂 。

(7) 混合指示剂 在碱性溶液中呈绿色,在中性溶液中呈灰色,在酸性溶液中呈红色。如果没有 溴甲酚绿 ,可单独使用0.1% 甲基红 乙醇 溶液。

(8)氨是否完全蒸馏出来,可用pH试纸试馏出液是否为碱性。

(9)吸收液也可以用0.01当量的酸代表 硼酸 ,过剩的酸液用0.01N 碱液 滴定 ,计算时,A为试剂空白消耗碱液数,B为样品消耗碱液数,N为碱液浓度,其余均相同。

(10)以硼酸为氨的吸收液,可省去标定碱液的操作,且硼酸的体积要求并不严格,亦可免去用 移液管 ,操作比较简便。

(11)向 蒸馏 瓶中加入浓碱时,往往出现 褐色 沉淀物 ,这是由于分解促进碱与加入的 硫酸铜 反应,生成 氢氧化铜 ,经加热后又分解生成氧化铜的沉淀。有时铜离子与氨作用,生成深l蓝色的结合物

(12)这种测算方法本质是测出氮的含量,再作 蛋白质 含量的估算。只有在被测物的组成是蛋白质时才能用此方法来估算蛋白质含量。