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Determinación de Nitrógen por el Método Kjeldahl
Química Analítica (Química y Farmacia)
Universidad Nacional Andrés Bello
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Determinación de
Nitrógeno por el
Método Kjeldahl
Determinación de Nitrógeno
por el Método Kjeldahl
El método Kjeldahl se utiliza para la determinación del contenido de nitrógeno en
muestras orgánicas e inorgánicas.
Desde hace más de 100 años se está utilizando el método Kjeldahl para la determinación
del nitrógeno en una amplia gama de muestras. La determinación del nitrógeno Kjeldahl
se realiza en alimentos y bebidas, carne, piensos, cereales y forrajes para el cálculo del
contenido en proteína. También se utiliza el método Kjeldahl para la determinación de
nitrógeno en aguas residuales, suelos y otras muestras.
Es un método oficial y descrito en múltiples normativas: AOAC, USEPA, ISO, DIN,
Farmacopeas y distintas Directivas Comunitarias.
El método Kjeldahl consta de tres etapas:
El objetivo del procedimiento de digestión es romper todos los enlaces de nitrógeno de
la muestra y convertir todo el nitrógeno unido orgánicamente en iones amonio (NH 4 +).
El carbono orgánico y el hidrógeno forman dióxido de carbono y agua. En este proceso la
materia orgánica se carboniza dando lugar a la formación de una espuma negra. Durante
la digestión, la espuma se descompone y finalmente se convierte en un líquido claro que
indica que la reacción química ha terminado. Para ello, la muestra se mezcla con ácido
sulfúrico a temperaturas entre 350 y 380 ºC. Cuánto más alta sea la temperatura,
más rápido será el proceso de digestión. La digestión también se puede acelerar con la
adición de sales y catalizadores. Se añade sulfato de potasio para aumentar el punto de
ebullición del ácido sulfúrico y se añaden catalizadores para aumentar la velocidad y la
eficiencia del procedimiento de digestión. También se pueden añadir agentes oxidantes
para mejorar aún más la velocidad.
Digestión Destilación Valoración
El nitrógeno orgánico se convierte en NH 4 +
NH 3 es destilado y recogido en un recipiente receptor
Se determina el Nitrógeno
Una vez la digestión ha finalizado, se deja enfriar la muestra a temperatura ambiente,
se diluye con agua y se trasvasa a la unidad de destilación.
1. Digestión
Muestra Catalizador
Proteína (-N) + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O
Las cantidades de muestra óptimas (de 0,01 a 5 g) dependen del contenido de nitrógeno
esperado, pero también afecta la elección de la concentración del valorante. El límite de las
cantidades de muestra normalmente necesita ser determinado experimentalmente. Debería
contener de 30 a 140 mg de N. Idealmente, el tamaño de partícula debería ser <1 mm. La
muestra debe ser homogénea y se debe moler o triturar si es necesario.
El volumen de ácido sulfúrico 98% utilizado va en función del consumo esperado de
ácido sulfúrico en la reacción redox que convierte el ácido sulfúrico en dióxido de azufre.
Al final de la digestión, debe quedar un exceso de ácido en cantidad suficiente para
mantener los iones de amonio no volátiles en solución y prevenir la pérdida de amoniaco
volátil. Típicamente, para 1 g de muestra, se usan dos comprimidos de Kjeldahl de 5 g
junto con 20 mL de ácido sulfúrico al 98% y se aplican tiempos de digestión de 90
minutos. Una buena proporción es de 1 g de mezcla de catalizador Kjeldahl por cada 2
mL de ácido sulfúrico al 98%.
El tiempo de digestión depende de la estructura química de la muestra, la temperatura,
las cantidades de sal sulfato y de catalizador.
Como ejemplo, en las siguientes figuras se detallan los procesos de digestión, destilación
y valoración para una muestra de leche.
Esquema del proceso
Balanza
1. DIGESTIÓN
H 2 SO 4 98%
4,8920 g
· Introducir la muestra en un matraz de digestión. · Añadir 2 tabletas Kjeldahl de 5 g de catalizador de Missouri. · Añadir 20 mL de Ácido Sulfúrico 98% · Con cuidado, suspender la muestra agitando el tubo suavemente.
· Agitar la muestra de leche con cuidado para que no forme espuma. · Pesar con precisión aproximadamente 5 g de la muestra homogénea.
· Colocar el tubo o matraz de digestión con la muestra en la unidad de digestión y en el bloque calefactor. · Calentar la mezcla (350 - 380 ºC) hasta la aparición de humos blancos. · Continuar el calentamiento durante unos 180 minutos. · Los vapores de agua y ácido sulfúrico se burbujean a través de una solución de hidróxido de sodio (lavador de gases o scrubber) para ser neutralizados. · La digestión finaliza cuando la muestra pasa a ser totalmente transparente con un ligero color azul debido al Cu del catalizador. · Se deja enfriar la muestra a temperatura ambiente y se añaden con precaución 100 ml de agua. · A continuación, la muestra es transferida a la unidad de destilación.
350 ºC, 180 min
Bloque calefactor
Scrubber
2. DESTILACIÓN
· El NH 3 se captura en 50 mL de ácido bórico al 4 % conteniendo 6 - 7 gotas de indicador de Tashiro. · Cuando el NH 3 reacciona con el ácido bórico, la solución vira de rojo violeta a verde (pH 4,4-5,8) debido al cambio del indicador al pasar de la forma ácida a la forma básica. · En la solución de ácido bórico se capturan alrededor de 150 mL del condensado. · Esto puede llevar aprox. 5 minutos.
5
Se añaden 50 mL de sodio hidróxido al 50 % para neutralizar el pH de la muestra y convertir el NH 4 + en NH 3.
2
Una corriente de vapor de agua se burbujea en la muestra y arrastra el NH 3 formado.
3
Muestra ya digerida con ácido sulfúrico 98 %
1
El NH 3 condensa.
4
Unidad de destilación
3. VALORACIÓN
· Valorar con HCl 0,25 mol/l hasta que la solución tenga un ligero color violeta. · Con la concentración y el volumen de HCl gastado en la valoración, podemos calcular el número de moles de átomos de nitrógeno en la muestra y luego el % de proteína en la muestra de leche.
Producto Código Peso tableta Envase
Composición Recomendación Na 2 SO 4 K 2 SO 4 CuSO 4 .5H 2 O Se TiO 2
Catalizador Kjeldahl (Cu) (0,3% en CuSO 4 .5H 2 O) tabletas
173350 3,5 g 3,5 kg 3,489 g 0,010 g Catalizador de Missouri. Compatibilidad ambiental debido al bajo contenido de cobre, pero la digestión lleva 173350 5 g 5 kg 4,985 g 0,015 g más tiempo.
Catalizador Kjeldahl (Cu) (1,96% en CuSO 4 .5H 2 O) tabletas
177033 5 g 5 kg 4,902 g 0,098 g
Catalizador Kjeldahl (Cu) (6,25% en CuSO 4 .5H 2 O) tabletas
174428 1 g 1000 g 0,938 g 0,0625 g
174428 4 g 4 kg 3,75 g 0,25 g
Catalizador Kjeldahl (Cu) (9% en CuSO 4 .5H 2 O) tabletas
175639 1,65 g 1650 g 1,501 g 0,148 g Tableta universal. Para aplicaciones micro Kjeldahl se recomiendan tabletas de 1,5 g aprox. Buen rendimiento y bajo impacto 175639 5 g 5 kg 4,55 g 0,45 g en el medio ambiente.
Catalizador Kjeldahl (Cu) (10,26% en CuSO 4 .5H 2 O) tabletas
177040 4 g 4 kg 3,589 g 0,410 g
Catalizador Kjeldahl (Cu-Se) (1,5% CuSO 4 .5H 2 O + 2% Se) polvo
172429 - 1000 g 0,965 g 0,015 g 0,02 g
Catalizador de Wieninger. Apropiado para muestras que contienen agua.
Catalizador Kjeldahl (Cu-Se) (1,5% CuSO 4 .5H 2 O + 2% Se) tabletas
172926 1 g 1000 g 0,965 g 0,015 g 0,02 g
172926 3,5 g 3,5 kg 3,377 g 0,052 g 0,07 g Catalizador de Wieninger.
172926 5 g 5 kg 4,825 g 0,075 g 0,1 g
Catalizador Kjeldahl (Cu-Se) (9% CuSO 4 .5H 2 O
- 0,9% Se) tabletas
175570 4 g 4 kg 3,60 g 0,36 g 0,036 g
Catalizador Kjeldahl (Cu-TiO 2 ) tabletas
173349 3,71 g 3,71 kg 1,75 g 1,75 g 0,104 g 0,104 g Perfecto equilibrio entre digestión rápida e impacto medioambiental. 173349 5 g 5 kg 2,358 g 2,358 g 0,1415 g 0,1415 g
Catalizador Kjeldahl (Se) tabletas
173348 3,5 g 3,5 kg 3,49 g 0,003 g Digestión rápida, aunque no óptimo para el medioambiente. 173348 5 g 5 kg 4,99 g 0,005 g
####### 1. Ácido y oxidante para la digestión
En aplicaciones generales de alimentos y piensos, se utiliza
ácido sulfúrico al 98% para las digestiones. Sin embargo,
las aplicaciones especiales pueden requerir modificaciones
en la concentración de ácido sulfúrico o mezclas de ácidos.
Como ejemplo, las determinaciones de proteínas de la leche
y derivados a menudo se llevan a cabo utilizando un ácido
sulfúrico al 69% para reducir el riesgo de formación de espuma.
También se pueden añadir agentes oxidantes para mejorar aún
más la velocidad. El peróxido de hidrógeno es el más ampliamente utilizado ya
que acelera la descomposición del material orgánico y también tiene una acción
antiespumante para controlar la formación de espuma durante la digestión. Sin
embargo, es extremadamente reactivo y el riesgo de pérdidas de nitrógeno es
bastante alto. Si la formación de espuma es el único problema, es mejor usar 1-
gotas de una emulsión antiespumante comercial.
Después de la digestión y antes de la neutralización del ácido sulfúrico con hidróxido
sódico concentrado, la muestra se deja enfriar a temperatura ambiente y se diluye
con agua destilada. Esto se hace para evitar salpicaduras de la muestra debido a
la ebullición provocada por el calor de reacción desprendido al mezclar el ácido
concentrado y la base. Además, si las muestras se diluyen con 10-20 mL de agua
justo después del enfriamiento, se puede evitar la cristalización.
Producto Código Envase
Ácido Sulfúrico 98% para determinación de nitrógeno
173163 1000 ml
173163 2,5 L
173163 25 L
Hidrógeno Peróxido 30% p/v (100 vol.) para análisis
121076 1000 ml
121076 5 L
Silicona líquida antiespumante (ORG) grado técnico
211628 100 ml
211628 250 ml
211628 500 ml
Agua para análisis, ACS
131074 1000 ml
131074 2,5 L
131074 5 L
131074 10 L
1. Digestión
Reactivos utilizados en
el análisis Kjeldahl
Producto Concentración Código Envase
Valoración directa
Ácido Clorhídrico 0,1 mo/l
181023 1000 ml 181023 2,5 L 181023 5 L 181023 10 L 181023 10 L
Ácido Sulfúrico 0,05 mol/l
181061 1000 ml 181061 5 L 181061 10 L
Indicador Mixto 4,8 (Rojo de Metilo-Verde de Bromocresol) Cambio de color: de rosa violeta a verde esmeralda (pH 4,8-5,5)
283303 250 ml
Indicador Mixto 4,4 (Rojo de Metilo-Azul de Metileno) (Indicador Tashiro). Cambio de color: de rojo violeta a verde (pH 4,4-5,8)
282430 250 ml
Valoración por retroceso
Sodio Hidróxido 0,1 mol/l
181693 1000 ml 181693 5 L 181693 10 L Rojo de Metilo solución 0,1% Cambio de color: de rojo a amarillo (pH 4,2-6,2) 281618 100 ml
Consulte nuestra gama completa de soluciones valoradas en itwreagents
####### 3 Soluciones valoradas e indicadores
Si la solución receptora es ácido bórico, los aniones tetrahidroxiborato formados
se titulan con una solución estándar de un ácido fuerte. Esta valoración se llama
valoración directa.
- La detección del punto final se puede realizar manualmente o con una valoración
colorimétrica, utilizando una combinación de indicadores. La combinación de indicadores de rojo de metilo y azul de metileno se utiliza con frecuencia en muchos métodos.
- El punto final de la valoración también se puede determinar potenciométricamente
con un electrodo de pH. Es preferible ajustar el pH del ácido bórico a 4,65 antes de la destilación y usar un punto final de pH 4,65 para la valoración.
Si la solución receptora es un ácido clorhídrico o un ácido sulfúrico estandarizados,
el exceso de solución ácida se neutraliza exactamente mediante una solución alcalina
normalizada, como el hidróxido de sodio. El punto final se detecta con un indicador de
color, el más utilizado es el anaranjado de metilo. Esta valoración se llama valoración
por retroceso.
3. Valoración
Alimento % Nitrógeno Factor % Proteína
Cereales, pasta Arroz integral 1,3 6,25 7, Harina de trigo integral 2,4 5,7 13, Macarrones, espaguetis 1,9 5,7 11, Legumbres, frutos secos y semillas Alubias rojas 3,4 6,25 21, Soja y derivados 6,3 5,71 36, Almendras 4,9 5,18 25, Cacahuetes 4,8 5,46 26, Nueces 2,9 5,3 15, Semillas de girasol 3,2 5,3 17, Lácteos Leche entera 0,5 6,38 3, Queso (p, ej, Cheddar) 3,9 6,38 24, Mantequilla 0,3 6,38 2, Yogur 0,8 6,38 5, Carnes, aves y pescados Carne de vacuno 3,0 6,25 18, Pechuga de pollo 3,7 6,25 23, Jamón 2,8 6,25 17, Huevo entero 2,0 6,25 12, Pescado 2,6 6,25 16,
Los cálculos para el % de nitrógeno o de proteína deben tener en cuenta qué tipo de solución receptora se utilizó y qué factores de dilución se usaron durante el proceso de destilación. En las fórmulas siguientes, “N” representa la normalidad. “ml blanco” se refiere a los mililitros de álcali consumidos en la valoración por retroceso de un blanco, si la solución receptora es ácido clorhídrico o ácido sulfúrico estandarizados, o se refiere a mililitros de solución valorada de ácido para titular un blanco si la solución receptora es ácido bórico.
Cuando se utiliza ácido bórico como solución receptora, la fórmula es:
Cuando se utiliza solución valorada de ácido como solución receptora, la fórmula es:
CÁLCULOS
(ml ácido valorante - ml blanco) x N del ácido x 1,
peso de la muestra en gramos
% Nitrógeno =
Si se desea determinar el % de proteína en lugar de nitrógeno, el % de N calculado se multiplica por un factor que depende de la matriz de la muestra. Se han desarrollado muchos factores de proteínas para usar con varios tipos de muestras.
A continuación se encuentra el factor a utilizar según el tipo de alimento:
[(ml de ácido x N del ácido) - (ml blanco x N del álcali)] - (ml álcali x N del álcali) x 1,
peso de la muestra en gramos
% Nitrógeno =
Determinación de Nitrógen por el Método Kjeldahl
Asignatura: Química Analítica (Química y Farmacia)
Universidad: Universidad Nacional Andrés Bello
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