Was ist die Kjeldahl-Methode?
Wissenschaftler verwenden die Kjeldahl-Methode, um den prozentualen Anteil von organischem Stickstoff in einer Substanz zu analysieren. Die Stickstoffgehalte können dann verwendet werden, um die Proteinmenge zu bestimmen. Der vollständige Name der Methode ist die Kjeldahl-Methode zur Stickstoffanalyse - manchmal wird die Proteinanalyse anstelle der Stickstoffanalyse verwendet, die Begriffe beziehen sich jedoch auf dieselbe Methode.
Der Chemiker Johan Kjeldahl stellte seine Methode erstmals 1883 der Dänischen Chemischen Gesellschaft vor. Da Stickstoff ein Hauptbestandteil von Proteinen ist, konnte die Stickstoffanalyse zur Bestimmung der Proteinmenge in einer Substanz herangezogen werden. Seine Ergebnisse wurden seitdem verbessert, aber die grundlegende Methode bleibt bestehen.
Das Kjeldahl-Verfahren besteht aus drei Schritten, die üblicherweise als Aufschluss, Destillation und Titration bezeichnet werden. Durch Aufschluss wird der Stickstoff in Ammoniak zerlegt und durch Destillation wird der Ammoniak von anderen Bestandteilen getrennt. Die Menge an Ammoniak wird mittels Titration berechnet, dann können die Mengen an Stickstoff und Protein basierend auf der Menge an Ammoniak berechnet werden.
Während des Aufschlussschritts wird eine kleine Probe der zu analysierenden Substanz mit Schwefelsäure, Kaliumsulfat und einem Katalysator gemischt, der die Reaktion beschleunigt. Diese Mischung wird etwa eine Stunde lang auf eine sehr hohe Temperatur - bis zu 750 ° F (etwa 400 ° C) - erhitzt und dann abgekühlt. Die Reaktionen, die in der erhitzten Mischung stattfinden, zerlegen große Moleküle in kleinere Komponenten, einschließlich Ammoniumionen.
Der Destillationsschritt wandelt die Ammoniumionen in Ammoniakgas um, indem dem Gemisch Natriumhydroxid zugesetzt wird. Dann wird die Temperatur der Lösung erhöht, wodurch das Ammoniak in ein flüchtiges Gas umgewandelt wird, das in einem Dampf aufsteigt. Die Dämpfe werden in einer Lösung wie Salzsäure oder Borsäure aufgefangen.
In einer Säure eingeschlossenes Ammoniak neutralisiert einen Teil der Säure, was bedeutet, dass es den pH-Wert senkt. Die nach dieser Neutralisation verbleibende Säuremenge wird mit einer Base wie Natriumhydroxid titriert. Zu der Säure- und Ammoniaklösung wird ein Farbstoff gegeben, der sich bei Änderung des pH-Werts verfärbt. Dann werden kleine Mengen der Base zu der Säure gegeben, bis die Lösung ihre Farbe ändert. Die Menge an Base, die zum Erreichen dieses Endpunkts benötigt wird, kann zur Berechnung der Ammoniakmenge in der ursprünglichen Lösung verwendet werden.
Um die Menge an Stickstoff zu berechnen, muss ein Wissenschaftler zuerst die Anzahl der Mol Säure und Base kennen, die in der endgültigen Lösung vorhanden waren. Das Subtrahieren der Mol Base von den Mol Säure ergibt die Mol Ammoniak. Die Mol Ammoniak in der endgültigen Lösung sind die gleichen wie die Mol Stickstoff, daher wird diese Zahl mit 14 multipliziert - der Atommasse von Stickstoff -, um die Gramm Stickstoff zu finden.
Der prozentuale Stickstoffgehalt wird ermittelt, indem die Gramm Stickstoff durch die gesamten Gramm der ursprünglichen Probe dividiert und mit 100 multipliziert werden. Der prozentuale Eiweißgehalt der Kjeldahl-Methode wird ermittelt, indem der prozentuale Stickstoffgehalt mit einem Umrechnungsfaktor multipliziert wird. Dieser Umrechnungsfaktor beträgt normalerweise 6,25, mit Ausnahme einiger weniger Stoffe wie Weizen und Milchprodukte.