原理
向樣品中加入濃硫酸和催化劑,充分混勻,然后加熱消化分解,樣中碳和氫被氧化成二氧化碳和水,其中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為硫酸銨。堿化蒸餾使氨游離,用硼酸吸收后以硫酸或鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定,根據(jù)酸的消耗量乘以換算系數(shù),即為蛋白質(zhì)的含量。
樣品消化
濃硫酸具有脫水性和氧化性,可使有機(jī)物中的碳、氫被氧化為二氧化碳和水,蛋白質(zhì)會(huì)分解為氨,然后氨與硫酸結(jié)合生成硫酸銨。通常加入硫酸鉀和硫酸銅作為催化劑來加快蛋白質(zhì)分解。硫酸鉀可以提高溶液的沸點(diǎn),一般情況下,純硫酸的沸點(diǎn)在340℃左右,但是在添加硫酸鉀后,可提高至400℃以上。提高溫度使有機(jī)物加快分解。但是不能加入過多的硫酸鉀,否則會(huì)因?yàn)闇囟冗^高,使生成的硫酸銨發(fā)生熱分解成氨而造成損失。硫酸銅除作為催化劑外,還可以指示消化終點(diǎn)的到達(dá),有機(jī)物全部消化完全后,溶液呈現(xiàn)清澈的藍(lán)綠色,硫酸銅還可以做蒸餾時(shí)堿性反應(yīng)的指示劑。
蒸餾
消化液中的硫酸銨在堿性環(huán)境下會(huì)轉(zhuǎn)化成氨。為防止水中微量的氨氣受熱逸出,影響測(cè)定結(jié)果,所以水蒸氣發(fā)生器中的水要保持酸性。硫酸銨是一種強(qiáng)酸弱堿鹽,需要足夠的堿液使結(jié)合態(tài)的氨完全反應(yīng)并釋放出來,這個(gè)過程中的氫氧化鈉一定要過量,過量的氫氧化鈉會(huì)與硫酸銅生成藍(lán)色的氫氧化銅沉淀,氫氧化銅受熱分解成黑色的氧化銅沉淀。檢驗(yàn)蒸餾是否完成,可用奈氏試紙法,NH4+或NH3遇奈氏試劑會(huì)反應(yīng)生成棕紅色的碘化汞銨化合物。
加熱蒸餾放出的氨可用硼酸溶液吸收,硼酸有吸收氨的作用,又因其呈微弱酸性,不影響下一步滴定時(shí)指示劑的變色反應(yīng)。溫度過高會(huì)使硼酸吸收液對(duì)氨的吸收作用減弱,從而造成損失,故一般不超過40 ℃。
滴定
待吸收完全后,用硫酸或者鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行酸堿滴定,滴定液的濃度直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性,必須按照要求進(jìn)行配制和標(biāo)定;旌现甘緞┰谥行匀芤褐谐驶疑,滴定終點(diǎn)時(shí)液體呈灰色。
①所用的試劑溶液應(yīng)用無氨蒸餾水配制;
②取樣應(yīng)具有代表性,取樣前將樣品充分混勻;
③樣品稱量放入凱氏燒瓶時(shí),切勿使樣品粘附在瓶頸部,避免樣品未消化完全而造成氮損失;
④為了保證使燒瓶壁上的殘?jiān)耆,在消化過程中要不時(shí)地轉(zhuǎn)動(dòng)凱氏燒瓶;
⑤消化脂肪或糖含量較高的樣品時(shí),易產(chǎn)生大量泡沫,為防止泡沫溢出,消化時(shí)應(yīng)先消化加熱并不斷搖動(dòng),或者加入少量辛醇或液體石蠟或硅油消泡劑;
⑥當(dāng)樣品消化液渾濁或未澄清透明時(shí),可先將凱氏燒瓶放冷至室溫后,再加入30%的過氧化氫,然后繼續(xù)加熱消化;
⑦加堿后,漏斗要進(jìn)行水封,避免因裝置漏氣造成氨的逸出影響結(jié)果的準(zhǔn)確性;
⑧要保證蒸餾裝置不能漏氣;
⑨在蒸餾時(shí)反應(yīng)室與外界存在的壓力差,蒸汽可將氨帶出。故蒸餾時(shí),要保證蒸汽均勻、充足,中間不能停止加熱,防止發(fā)生倒吸;
⑩蒸餾前如果加堿后消化液呈藍(lán)色而沒有生成氫氧化銅沉淀,說明加入的堿量不足,需要適量補(bǔ)加堿;,蒸餾時(shí)為防止水蒸氣發(fā)生器內(nèi)液體爆沸,加入幾片碎瓷片或大的玻璃珠,玻璃珠直徑最好大于聯(lián)通的玻璃管直徑,以免玻璃珠進(jìn)入玻璃管內(nèi)影響蒸汽均勻、充足的輸出; -冷凝管下端要插入硼酸吸收液液面以下,防止氨逸出,蒸餾完畢后先將冷凝管下端提離液面,再蒸1min后清洗管口,再移開吸收瓶,最后關(guān)掉熱源,否則可能發(fā)生倒吸。
常見問題解答
一、消化過程中容易沾壁怎么辦?消化后定氮瓶?jī)?nèi)有黑色殘留物怎么辦?
解答:稱樣時(shí)需要注意切勿使樣品粘附在定氮瓶頸部,避免因樣品未消化完全而造成結(jié)果偏低。消化過程中如果發(fā)生沾壁在定氮瓶肚上或者定氮瓶肚上有黑色殘留物,可以在消化較完全時(shí)搖動(dòng)定氮瓶,把定氮瓶肚上的黑色物質(zhì)搖洗下來。搖動(dòng)的方法是取下小漏斗,戴上防燙手套,手掌緊握瓶頸,向前后側(cè)甩,使瓶?jī)?nèi)液體呈半旋轉(zhuǎn)半振蕩狀態(tài),注意控制力度不要讓液體濺離瓶口。
二、硫酸鉀的作用是催化劑嗎?
解答:硫酸鉀的作用是提高溶液沸點(diǎn),從而加快有機(jī)物分解。
三、硫酸銅是否是消化終點(diǎn)以及加堿蒸餾時(shí)的指示劑?
解答:硫酸銅的作用有三個(gè),分別為:
①催化作用:加速有機(jī)物的氧化分解。
②消化完全的指示劑:使液體呈現(xiàn)藍(lán)綠色澄清透明狀態(tài)。
③蒸餾時(shí)堿性反應(yīng)的指示劑:產(chǎn)生褐色沉淀。
四、混合指示劑必須臨用時(shí)混合嗎?
解答:混合指示劑必須臨用時(shí)混合。
五、蒸餾的時(shí)取下錐形瓶需要用洗瓶沖洗嗎?不沖洗會(huì)有誤差嗎?
解答:需要沖洗冷凝管下端以防止產(chǎn)生結(jié)果誤差。蒸餾后移動(dòng)蒸餾液接收瓶,液面離開冷凝管下端,再蒸餾1min。然后用少量水沖洗冷凝管下端外部,然后取下蒸餾液接收瓶。
六、蒸餾儀器的檢漏如何操作?
解答:可以將蒸餾裝置連接好后,在接口以及瓶塞等可能漏氣的地方滴加少量水,打開電爐加熱,觀察有無氣泡產(chǎn)生
七、硼酸可以多加嗎?
解答:不可以。按國(guó)標(biāo)的要求正確操作,10mL硼酸足夠。
八、滴定時(shí)消耗了很多鹽酸溶液,能否換濃度高的鹽酸溶液滴定?
解答:不能更改國(guó)標(biāo)給出的滴定液濃度。蛋白質(zhì)含量較高的樣品可以適當(dāng)減少稱樣量,或合理范圍內(nèi)減少吸取消化液的體積V3。
九、空白消耗標(biāo)準(zhǔn)滴定液的體積指的是什么?
解答:試劑空白實(shí)驗(yàn)消耗的標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積就是空白體積。
十、同時(shí)有兩種蛋白怎么換算?
解答:同時(shí)含有多種蛋白質(zhì),且折算系數(shù)不相同時(shí)可以按復(fù)合配方食品換算蛋白質(zhì)系數(shù)。
結(jié)語:凱氏定氮法經(jīng)典、準(zhǔn)確,適用于食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定。但是因樣品中一般會(huì)含有一些非蛋白質(zhì)的含氮化合物,所以凱氏定氮法測(cè)定結(jié)果為樣品中粗蛋白質(zhì)含量。然而,此法實(shí)際上測(cè)的不是蛋白質(zhì)含量,而是通過測(cè)氮含量來推算出樣品中蛋白質(zhì)的含量。在凱氏定氮法中消化操作的條件是產(chǎn)生誤差的主要原因,因此要格外注意。在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中,每一步應(yīng)該嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來進(jìn)行操作。本文為筆者日常工作實(shí)驗(yàn)總結(jié)所得,望對(duì)實(shí)驗(yàn)者有些許幫助。
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