Metodo Kjeldahl

Apparecchio del 1883 per l'estrazione con metodo di Kjeldahl

Il metodo Kjeldahl è un metodo analitico messo a punto dal chimico danese Johan Kjeldahl che permette di determinare il contenuto in azoto di sostanze organiche e inorganiche.

Descrizione del metodo

Nel metodo si distinguono tre fasi:

1. Mineralizzazione (o digestione)
2. Distillazione dell'ammoniaca
3. Determinazione quantitativa dell'ammoniaca prodotta

Procedimento

Il campione (0,5-5 g) viene riscaldato tramite piastra riscaldante ad alta temperatura (~400 °C) dopo essere stato miscelato con acido solforico (18-25 ml) concentrato al 96-98% e con l'aggiunta di Na₂SO₄ o K₂SO₄ quale coadiuvante (permette di elevare il punto di ebollizione dell'acido solforico) e di un catalizzatore.

Questo processo trasforma tutto il materiale organico in anidride carbonica e acqua (quest'ultima ad alta temperatura evapora), tutti i sali in solfati (spostati dall'acido solforico) e tutto l'azoto proteico (-NH₂) presente in solfato di ammonio ((NH₄)₂SO₄).

Dopo aver neutralizzato l'acido solforico in eccesso con soluzione concentrata di idrossido di sodio (30-50% P/V), si aggiunge un eccesso di alcali per spostare l'equilibrio da ioni ammonio ad ammoniaca libera (NH₃) che mediante distillazione in corrente di vapore viene separata e raccolta in una quantità nota di acido in eccesso.

La determinazione quantitativa dell'ammoniaca prodotta può essere realizzata mediante titolazione acido-base o altri sistemi.

Il metodo Kjeldahl usava come catalizzatore Cu₂SO₄, sostituito con composti più efficienti e meno inquinanti per l'ambiente come la miscela selenica e il perossido di idrogeno H₂O₂ (data la sua pericolosità di reazione ad alta temperatura ancora poco usato). Mercurio metallico e ossido mercurico sono i catalizzatori più efficienti, ma la loro tossicità e le problematiche ambientali legate al loro utilizzo rappresentano un grave inconveniente.

Apparecchiatura

Estrattore Kjeldahl ad un posto.

L'attrezzatura automatica immette automaticamente l'idrossido di sodio. Si libera ammonio che viene distillato da vapor d'acqua e trattenuto da acido borico (in sostituzione acido solforico ~0.1N a titolo noto, in tal caso si usa fenolftaleina come indicatore).

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2NH₃ + 2H₂O

Il macchinario automatico effettua anche la titolazione dell'eccesso di acido rimasto (non consumato dall'ammoniaca liberata) e percepisce il viraggio grazie ad un sensore. In questo modo lo stesso sistema è in grado di elaborare il dato analitico finale.

Esistono anche macchinari semiautomatici, dove ad esempio si introduce l'idrossido di sodio manualmente agendo su una leva, e si titola manualmente con buretta.

Come indicatore viene normalmente usata una miscela di 2 indicatori rosso metile e blu di metilene quest'ultimo utilizzato come colore interferenziale essendo un indicatore redox

• g PG = ml H₂SO₄ x 0,1401 x 6,25
• 0,1401 = g di N titolati da 1 ml di acido solforico
• 6,25 = fattore per passare dalla massa di gruppi amminici a quella di un amminoacido medio.
• %PG sulla ss = g PG / g campione / %ss x 100

Si parla di proteine grezze (PG) per indicare che si va a mineralizzare non solo l'azoto dei gruppi amminici delle proteine ma anche quello ad esempio di molecole come l'urea, ammine e l'azoto ammoniacale (non la forma nitrico), anche se questi composti rappresentano generalmente una percentuale trascurabile.

Azoto totale Kjeldahl

L'azoto totale Kjeldahl (TKN, Total Kjeldahl Nitrogen) viene definito come la somma dell'azoto ammoniacale e dell'azoto organico che vengono trasformati in solfato d'ammonio nelle condizioni di mineralizzazione adottate dal metodo. L'azoto organico Kjeldahl è dato dalla differenza tra il valore dell'azoto totale Kjeldahl e quello dell'azoto ammoniacale eventualmente presente nel campione.

Per determinare direttamente l'azoto organico Kjeldahl si dovrebbe eliminare l'azoto ammoniacale prima di digerire il campione, operando però a valori di pH non troppo elevati (9-10) perché si potrebbe liberare ammoniaca per idrolisi alcalina delle proteine.

I composti eterociclici e i composti azotati contenenti legami N-N e N-O non vengono mineralizzati a ioni ammonio nelle condizioni previste dal metodo. Anche l'idrazina e l'idrossilammina non vengono trasformate quantitativamente.

Voci correlate

• Metodo Dumas

Collegamenti esterni

• (EN) Kjeldahl method, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.