El método Kjeldahl o digestión Kjeldahl ( pronunciación danesa: [ˈkʰelˌtɛˀl] ) en química analítica es un método para la determinación cuantitativa del nitrógeno contenido en sustancias orgánicas más el nitrógeno contenido en los compuestos inorgánicos amoníaco y amonio (NH 3 / NH 4 + ). Sin modificación, otras formas de nitrógeno inorgánico, por ejemplo, nitrato, no están incluidos en esta medida. El uso de una relación empírica entre el contenido de nitrógeno de Kjeldahl y el contenido de proteínas es un método importante para analizar proteínas. Este método fue desarrollado por Johan Kjeldahl en 1883. [1] [2]
Método
El método consiste en calentar una muestra a 360–410 ° C con ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4 ), que descompone ("digiere" o "destruye") la muestra orgánica por oxidación para liberar el nitrógeno reducido como sulfato de amonio . [3] El ácido sulfúrico concentrado caliente oxida el carbono (como carbón bituminoso) y el azufre (consulte las reacciones del ácido sulfúrico con el carbono ):
- C + 2 H 2 SO 4 → CO 2 + 2 SO 2 + 2 H 2 O
- S + 2 H 2 SO 4 → 3 SO 2 + 2 H 2 O
A menudo se agregan catalizadores como el selenio , Hg 2 SO 4 o CuSO 4 para acelerar la digestión. También se agrega Na 2 SO 4 o K 2 SO 4 para aumentar el punto de ebullición del H 2 SO 4 . La digestión se completa cuando el licor se aclara con la liberación de humos. [3] Se construye un sistema de destilación que se muestra a continuación.
El extremo del condensador se sumerge en un volumen conocido de ácido estándar (es decir, ácido de concentración conocida). A menudo se usa un ácido débil como el ácido bórico (H 3 BO 3 ) en exceso de amoníaco. En su lugar, se puede usar HCl estandarizado , H 2 SO 4 o algún otro ácido fuerte, pero esto es menos común. Luego, la solución de muestra se destila con una pequeña cantidad de hidróxido de sodio (NaOH). [3] También se puede agregar NaOH con un embudo de goteo . [4] El NaOH reacciona el amonio (NH 4 + ) a amoniaco (NH 3 ), que evapora la solución de muestra. El amoníaco burbujea a través de la solución ácida estándar y reacciona a las sales de amonio con el ácido débil o fuerte. [3]
La concentración de iones amonio en la solución ácida y, por tanto, la cantidad de nitrógeno en la muestra, se mide mediante titulación. Si se utilizó ácido bórico (o algún otro ácido débil), la valoración ácido-base directa se realiza con un ácido fuerte de concentración conocida. Se puede utilizar HCl o H 2 SO 4 . En su lugar, se usa la titulación por retroceso indirecto si se usaron ácidos fuertes para hacer la solución ácida estándar: se usa una base fuerte de concentración conocida (como NaOH) para neutralizar la solución. En este caso, la cantidad de amoníaco se calcula como la diferencia entre la cantidad de HCl y NaOH. En el caso de la titulación directa, no es necesario conocer la cantidad exacta de ácido débil (p. Ej., Ácido bórico) porque no interfiere con la titulación (tiene que tener un exceso de amoniaco para atraparlo eficazmente). Por lo tanto, se necesita una solución estándar (p. Ej., HCl) en la titulación directa, mientras que se necesitan dos (p. Ej., HCl y NaOH) en la titulación por retroceso. Uno de los indicadores adecuados para estas reacciones de titulación es el indicador de Tashiro . [3]
En la práctica, este análisis está en gran parte automatizado; catalizadores específicos aceleran la descomposición. Originalmente, el catalizador elegido era el óxido de mercurio. Sin embargo, si bien fue muy eficaz, los problemas de salud hicieron que fuera reemplazado por sulfato cúprico. El sulfato cúprico no fue tan eficaz como el óxido de mercurio y produjo menores resultados de proteínas. Pronto se complementó con dióxido de titanio, que actualmente es el catalizador aprobado en todos los métodos de análisis de proteínas en los métodos oficiales y prácticas recomendadas de AOAC International. [5]
Aplicaciones
La universalidad, precisión y reproducibilidad del método Kjeldahl lo han convertido en el método reconocido internacionalmente para estimar el contenido de proteínas en los alimentos y es el método estándar con el que se juzgan todos los demás métodos. También se utiliza para analizar suelos, aguas residuales, fertilizantes y otros materiales. Sin embargo, no da una medida del verdadero contenido de proteínas, ya que mide el nitrógeno no proteico además del nitrógeno de las proteínas. Esto se evidencia en el incidente de alimentos para mascotas de 2007 y el escándalo de la leche en polvo china de 2008 , cuando se agregó melamina , una sustancia química rica en nitrógeno, a las materias primas para falsificar un alto contenido de proteínas. Además, se necesitan diferentes factores de corrección para que diferentes proteínas tengan en cuenta las diferentes secuencias de aminoácidos. Las desventajas adicionales, como la necesidad de usar ácido sulfúrico concentrado a alta temperatura y el tiempo de prueba relativamente largo (una hora o más), se comparan desfavorablemente con el método Dumas para medir el contenido de proteína cruda. [6]
Nitrógeno Kjeldahl total
El nitrógeno Kjeldahl total o TKN es la suma del nitrógeno unido en sustancias orgánicas, el nitrógeno en el amoníaco (NH 3 -N) y en el amonio (NH 4 + -N) en el análisis químico del suelo, el agua o las aguas residuales (p. Ej., Tratamiento de aguas residuales efluente de la planta).
En la actualidad, TKN es un parámetro necesario para la elaboración de informes reglamentarios en muchas plantas de tratamiento y como medio de seguimiento de las operaciones de la planta.
Factores de conversión
TKN se utiliza a menudo como sustituto de la proteína en muestras de alimentos . La conversión de TKN a proteína depende del tipo de proteína presente en la muestra y qué fracción de la proteína está compuesta de aminoácidos nitrogenados , como arginina e histidina . Sin embargo, el rango de factores de conversión es relativamente estrecho. Los factores de conversión de ejemplo, conocidos como factores N, para los alimentos van desde 6,38 para los productos lácteos y 6,25 para la carne, huevos, maíz (maíz) y sorgo hasta 5,83 para la mayoría de los cereales; 5,95 para el arroz, 5,70 para la harina de trigo y 5,46 para el maní. [7] En la práctica, 6.25 se utiliza para casi todos los alimentos y piensos, independientemente de su aplicabilidad. El factor 6.25 es requerido específicamente por las regulaciones de la etiqueta de nutrición de EE. UU. En ausencia de otro factor publicado. [8]
Origen animal | Factor | Semillas de cesped | Factor | Frijoles y cacahuetes | Factor |
---|---|---|---|---|---|
Huevos | 6.25 | Cebada | 5.83 | ricino | 5.30 |
Carne | 6.25 | Maíz ( maíz ) | 6.25 | Frijol | 6.25 |
Leche | 6,38 | Mijos | 5.83 | haba | 6.25 |
Avena | 5.83 | Armada de frijoles | 6.25 | ||
Arroz | 5,95 | Frijol mungo | 6.25 | ||
Centeno | 5.83 | Haba de soja | 5.71 | ||
Sorgo | 6.25 | Frijol terciopelo | 6.25 | ||
Trigo : grano entero | 5.83 | Miseria | 5.46 | ||
Trigo : salvado | 6.31 | ||||
Trigo : endospermo | 5.70 |
Sensibilidad
El método Kjeldahl es poco sensible en la versión original. Se han utilizado otros métodos de detección para cuantificar el NH 4 + después de la mineralización y destilación, logrando una sensibilidad mejorada: generador en línea de hidruro acoplado a un espectrómetro de emisión atómica de plasma (ICP-AES-HG, 10-25 mg / L), [10 ] valoración potenciométrica (> 0,1 mg de nitrógeno), electroforesis capilar de zona (1,5 µg / ml de nitrógeno), [11] y cromatografía iónica (0,5 µg / ml). [12]
Limitaciones
El método Kjeldahl no es aplicable a compuestos que contienen nitrógeno en grupos nitro y azo y nitrógeno presente en anillos (p. Ej. Piridina , quinolina , isoquinolina ) ya que el nitrógeno de estos compuestos no se convierte en sulfato de amonio en las condiciones de este método.
Ver también
- Método Dumas , otro método de análisis de nitrógeno
- Aleación de Devarda , un potente agente reductor para el análisis de nitratos
- Ensayo de ácido bicinconínico , un ensayo colorimétrico para nitrógeno proteico
- Análisis de combustión otro método de análisis de carbono, hidrógeno y nitrógeno
Referencias
- ^ Kjeldahl, J. (1883) "Neue Methode zur Bestimmung des Stickstoffs in organischen Körpern" (Nuevo método para la determinación de nitrógeno en sustancias orgánicas), Zeitschrift für analytische Chemie , 22 (1): 366-383.
- ^ Julius B. Cohen Practical Organic Chemistry 1910 Enlace al texto en línea
- ↑ a b c d e Michałowski, T; Asuero, AG; Wybraniec, S (12 de febrero de 2013). "La valoración en el método Kjeldahl de determinación de nitrógeno: ¿base o ácido como valorante?". Revista de educación química . 90 (2): 191-197. doi : 10.1021 / ed200863p . ISSN 0021-9584 .
- ^ "Almidón internacional: determinación de proteína ISI 24 por Kjeldahl" . www.starch.dk . Consultado el 21 de marzo de 2019 .
- ^ AOAC Internacional
- ^ Dr. D. Julian McClements. "Análisis de proteínas" . Universidad de Massachusetts Amherst . Consultado el 27 de abril de 2007 .
- ^ "CAPÍTULO 2: MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ALIMENTOS" . Fao.org . Consultado el 30 de diciembre de 2017 .
- ^ "21 CFR 101.9 (c) (7)" .
- ^ "Capítulo 2: métodos de análisis de alimentos" . www.fao.org . 2020-11-14. Archivado desde el original el 14 de noviembre de 2020 . Consultado el 5 de febrero de 2021 .
- ^ AMY Jaber; NA Mehanna; SM Sultan (2009). "Determinación de amonio y nitrógeno orgánico ligado por espectroscopia de emisión de plasma acoplado inductivamente" . Talanta . 78 (4–5): 1298–1302. doi : 10.1016 / j.talanta.2009.01.060 .
- ^ "Intérêt de l'ECZ para la dosificación del azote total (método de Kjeldahl) - Blog Pharma Physic" . Blog.pharmaphysic.fr . Consultado el 30 de diciembre de 2017 .
- ^ "¿Peut-on éviter l'étape de distillation dans la méthode Kjeldahl? - Blog Pharma Physic" . Blog.pharmaphysic.fr . Consultado el 30 de diciembre de 2017 .
Bibliografía
- Ingeniería de Aguas Residuales: Tratamiento y Reutilización , Metcalf & Eddy, Educación Superior McGraw-Hill; 4a edición, 1 de mayo de 2002, ISBN 978-0071241403
enlaces externos
- Soluciones para la automatización del método Kjeldahl
- Soluciones para la automatización del método Kjeldahl