Μέθοδος Κιέλνταλ

Η μέθοδος Κιέλνταλ (αγγλ. Kjeldahl method) είναι διεθνώς αναγνωρισμένη εργαστηριακή τεχνική ανάλυσης μιγμάτων για τον υπολογισμό της περιεκτικότητας αζώτου και πρωτεϊνών σε ποικιλία οργανικών ενώσεων, που περιλαμβάνει μεταξύ άλλων τρόφιμα, ζωοτροφές, λιπάσματα, λύματα και ορυκτά καύσιμα, και ανόργανων ενώσεων. Η μέθοδος παρουσιάστηκε το 1883 από τον Δανό χημικό Γιόχαν Κιέλνταλ στη Δανική Κοινότητα Χημικών και από τότε εξελίχτηκε, αλλά κράτησε τιμητικά το όνομά του, και χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα.

Μέθοδος

Η μέθοδος συνίσταται στη θέρμανση ενός δείγματος μείγματος σε θερμοκρασία 360-410 °C με πυκνό θειικό οξύ (H₂SO₄) το οποίο αποικοδομεί πλήρως το οργανικό δείγμα με οξείδωση για να απελευθερώσει το αναχθέν άζωτο ως θειικό αμμώνιο, (ΝΗ₄)₂SO₄. Καταλύτες όπως π.χ. σελήνιο, Hg₂SO₄ ή συχνότερα CuSO_4, προστίθενται συχνά για να επιταχύνουν την πέψη. Προστίθεται επίσης Na₂SO₄ για να αυξηθεί το σημείο ζέσεως του H₂SO₄. Η πέψη ολοκληρώνεται όταν το υγρό διαυγάζετε με την απελευθέρωση των καπνών. Ενδεικτικό σύστημα απόσταξης που συνήθως εφαρμόζεται απεικονίζεται παρακάτω.

Το άκρο του συμπυκνωτή βυθίζεται σε γνωστό όγκο πρότυπου οξέος. Ένα ασθενές οξύ όπως το βορικό οξύ (H₃BO₃) χρησιμοποιείται συχνά. Το διάλυμα του δείγματος στη συνέχεια αποστάζεται με μικρή ποσότητα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH). Το ΝaΟΗ αντιδρά με το αμμώνιο (ΝΗ₄⁺) σε αμμωνία (NH₃). Η συγκέντρωση ιόντων αμμωνίου στο όξινο διάλυμα, και συνεπώς η ποσότητα του αζώτου στο δείγμα, μετράται με τιτλοδότηση. Η τιτλοδότηση γίνεται με ισχυρό οξύ γνωστής συγκέντρωσης. Δεν είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την ακριβή ποσότητα ασθενούς οξέος (π.χ. βορικό οξύ), επειδή δεν παρεμβαίνει στην τιτλοδότηση. Συνεπώς, απαιτείται ένα πρότυπο διάλυμα (π.χ. HCl) στην τιτλοδότηση. Ένας από τους κατάλληλους δείκτες για αυτές τις αντιδράσεις τιτλοδότησης είναι ο δείκτης του Tashiro.

Στην πράξη, η ανάλυση αυτή είναι σε μεγάλο βαθμό αυτοματοποιημένη. Ειδικοί καταλύτες επιταχύνουν την αποσύνθεση. Αρχικά, ο καταλύτης επιλογής ήταν το οξείδιο του υδραργύρου, ωστόσο, ενώ ήταν πολύ αποτελεσματικό, οι ανησυχίες για την υγεία οδήγησαν στην αντικατάστασή του από θειικό χαλκό. Ο θειικός χαλκός δεν ήταν τόσο αποτελεσματικός όσο το οξείδιο του υδραργύρου και απέδωσε χαμηλότερα αποτελέσματα πρωτεΐνης. Σύντομα συμπληρώθηκε με διοξείδιο του τιτανίου, το οποίο είναι σήμερα ο εγκεκριμένος καταλύτης σε όλες τις μεθόδους ανάλυσης πρωτεϊνών στις επίσημες μεθόδους.

Εφαρμογή

Περιεκτικότητα σε άζωτο (%)

$\%N={(V_{f}-V_{0})\times F\times c\times f\times 14.007 \over m\times 1000}\times 100\%$

Όπου V_f ισοδύναμος όγκος, V₀ ισοδύναμος όγκος τυφλού, F μοριακός παράγοντας αντίδρασης (1 = ${\ce {HCl}}$, 2 = ${\ce {H2}}$${\ce {SO4}}$), c μοριακότητα τιτλοδότη, f παράγοντας τιτλοδότη και m μάζα δείγματος σε g.

Περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη (%)

$\%P=\%N\times 6.25$