Determinación de Nitrógeno por el Método Kjeldahl

1 determinaci n de Nitr geno por el M todo Kjeldahl2 determinaci n de Nitr geno por el M todo KjeldahlEl m todo Kjeldahl se utiliza para la determinaci n del contenido de nitr geno en muestras org nicas e inorg hace m s de 100 a os se est utilizando el m todo Kjeldahl para la determinaci n del nitr geno en una amplia gama de muestras. La determinaci n del nitr geno Kjeldahl se realiza en alimentos y bebidas, carne, piensos, cereales y forrajes para el c lculo del contenido en prote na. Tambi n se utiliza el m todo Kjeldahl para la determinaci n de nitr geno en aguas residuales, suelos y otras un m todo oficial y descrito en m ltiples normativas: AOAC, USEPA, ISO, DIN, Farmacopeas y distintas Directivas m todo Kjeldahl consta de tres etapas: El objetivo del procedimiento de digesti n es romper todos los enlaces de nitr geno de la muestra y convertir todo el nitr geno unido org nicamente en iones amonio (NH4+).

2 El carbono org nico y el hidr geno forman di xido de carbono y agua. En este proceso la materia org nica se carboniza dando lugar a la formaci n de una espuma negra. Durante la digesti n, la espuma se descompone y finalmente se convierte en un l quido claro que indica que la reacci n qu mica ha terminado. Para ello, la muestra se mezcla con cido sulf rico a temperaturas entre 350 y 380 C. Cu nto m s alta sea la temperatura, m s r pido ser el proceso de digesti n. La digesti n tambi n se puede acelerar con la adici n de sales y catalizadores. Se a ade sulfato de potasio para aumentar el punto de ebullici n del cido sulf rico y se a aden catalizadores para aumentar la velocidad y la eficiencia del procedimiento de digesti n. Tambi n se pueden a adir agentes oxidantes para mejorar a n m s la nDestilaci nValoraci nEl nitr geno org nico se convierte en NH4+NH3 es destilado y recogido en un recipiente receptorSe determina el Nitr genoUna vez la digesti n ha finalizado, se deja enfriar la muestra a temperatura ambiente, se diluye con agua y se trasvasa a la unidad de destilaci Digesti nMuestraCatalizadorProte na (-N) + H2SO4(NH4)2SO4 + CO2 + H2O3El vaso receptor para el destilado se llena con una soluci n absorbente para capturar el gas amoniaco disuelto.

3 La soluci n absorbente m s com n es el cido b rico [B(OH)3] en soluci n acuosa al 2-4%. El amoniaco es capturado cuantitativamente por la soluci n de cido b rico formando iones amonio solvatados. Tambi n pueden utilizarse otros cidos, dosificados con precisi n, como el cido sulf rico o clorh drico para capturar el amoniaco en forma de iones amonio el proceso de destilaci n los iones amonio (NH4+) se convierten en amoniaco (NH3) mediante la adici n de un lcali (NaOH). El amoniaco (NH3) es arrastrado al vaso receptor por medio de una corriente de vapor de concentraci n de los iones amonio capturados puede determinarse por medio de dos tipos de valoraci n: Cuando se utiliza el cido b rico como soluci n absorbente, posteriormente se lleva a cabo una valoraci n cido-base utilizando una soluci n estandarizada de cido sulf rico o clorh drico y una mezcla de indicadores.

4 El rango de concentraci n de la soluci n utilizada var a entre 0,01N a 0,5N dependiendo de la cantidad de iones amonio presentes. El punto final de la valoraci n tambi n se puede determinar potenciom tricamente con un electrodo de pH. Esta valoraci n se llama valoraci n directa. Cuando se utiliza una soluci n valorada de cido sulf rico como soluci n absorbente, el cido sulf rico residual (es decir, el exceso que no reacciona con NH3) se valora con una soluci n estandarizada de hidr xido s dico y la cantidad de amoniaco se calcula por diferencia. Esta valoraci n se llama valoraci n indirecta o por Destilaci n3. Valoraci n2NH3 (gas) + Na2SO4 + 2H2O(NH4)2SO4 + 2 NaOHNH4+ + B(OH)4-B(OH)3 + NH3 + H2 OHX= cido fuerte (X= Cl-, etc.)X- + B(OH)3 + H2OB(OH)4- + HXH2SO4 (residual) + 2 NaOHSO42- + 2Na+ +2H2OH2SO4 (total) + 2NH3SO42- + 2 NH4+4 Las cantidades de muestra ptimas (de 0,01 a 5 g) dependen del contenido de nitr geno esperado, pero tambi n afecta la elecci n de la concentraci n del valorante.

5 El l mite de las cantidades de muestra normalmente necesita ser determinado experimentalmente. Deber a contener de 30 a 140 mg de N. Idealmente, el tama o de part cula deber a ser <1 mm. La muestra debe ser homog nea y se debe moler o triturar si es volumen de cido sulf rico 98% utilizado va en funci n del consumo esperado de cido sulf rico en la reacci n redox que convierte el cido sulf rico en di xido de azufre. Al final de la digesti n, debe quedar un exceso de cido en cantidad suficiente para mantener los iones de amonio no vol tiles en soluci n y prevenir la p rdida de amoniaco vol til. T picamente, para 1 g de muestra, se usan dos comprimidos de Kjeldahl de 5 g junto con 20 mL de cido sulf rico al 98% y se aplican tiempos de digesti n de 90 minutos. Una buena proporci n es de 1 g de mezcla de catalizador Kjeldahl por cada 2 mL de cido sulf rico al 98%.

6 El tiempo de digesti n depende de la estructura qu mica de la muestra, la temperatura, las cantidades de sal sulfato y de catalizador. Como ejemplo, en las siguientes figuras se detallan los procesos de digesti n, destilaci n y valoraci n para una muestra de del procesoBalanza1. DIGESTI NH2SO4 98%4,8920 g Introducir la muestra en un matraz de digesti n. A adir 2 tabletas Kjeldahl de 5 g de catalizador de Missouri. A adir 20 mL de cido Sulf rico 98% Con cuidado, suspender la muestra agitando el tubo suavemente. Agitar la muestra de leche con cuidado para que no forme espuma. Pesar con precisi n aproximadamente 5 g de la muestra homog nea. Colocar el tubo o matraz de digesti n con la muestra en la unidad de digesti n y en el bloque calefactor. Calentar la mezcla (350 - 380 C) hasta la aparici n de humos blancos.

7 Continuar el calentamiento durante unos 180 minutos. Los vapores de agua y cido sulf rico se burbujean a trav s de una soluci n de hidr xido de sodio (lavador de gases o scrubber) para ser neutralizados. La digesti n 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 a aden con precauci n 100 ml de agua. A continuaci n, la muestra es transferida a la unidad de destilaci C, 180 minBloque calefactorScrubber52. DESTILACI N El NH3 se captura en 50 mL de cido b rico al 4 % conteniendo 6 - 7 gotas de indicador de Tashiro. Cuando el NH3 reacciona con el cido b rico, la soluci n vira de rojo violeta a verde (pH 4,4-5,8) debido al cambio del indicador al pasar de la forma cida a la forma b sica.

8 En la soluci n de cido b rico se capturan alrededor de 150 mL del condensado. Esto puede llevar aprox. 5 a aden 50 mL de sodio hidr xido al 50 % para neutralizar el pH de la muestra y convertir el NH4+ en corriente de vapor de agua se burbujea en la muestra y arrastra el NH3 ya digerida con cido sulf rico 98 %1El NH3 de destilaci n3. VALORACI N Valorar con HCl 0,25 mol/l hasta que la soluci n tenga un ligero color violeta. Con la concentraci n y el volumen de HCl gastado en la valoraci n, podemos calcular el n mero de moles de tomos de nitr geno en la muestra y luego el % de prote na en la muestra de Catalizadores KjeldahlLos catalizadores est n compuestos por m s del 97% de una sal que provoca un aumento en la temperatura de ebullici n del cido sulf rico y del 1-3% de un tipo de catalizador o una mezcla de catalizadores para aumentar la velocidad y la eficiencia del procedimiento de digesti catalizadores t picos son selenio o sales met licas de cobre o selecci n de un determinado catalizador depende de aspectos ecol gicos y t xicos o de razones m s pr cticas como el tiempo de reacci n o la formaci n de espuma y la pulverizaci ejemplo.

9 El catalizador que contiene selenio reacciona m s r pido pero es t xico, mientras que un catalizador que contiene cobre es considerablemente m s seguro para las personas y el medio ambiente, pero da un proceso de digesti n m s lento. Un compromiso ideal es el catalizador mixto que consiste en cobre y sulfato de muestras que contienen agua, por ejemplo, en determinaciones de nitr geno total Kjeldahl (NTK), se pueden formar espuma y fuertes salpicaduras debido a las tabletas Kjeldahl . En estos casos es apropiado utilizar una mezcla de catalizador en polvo y perlas reguladoras de ebullici s, los tiempos de digesti n dependen del tipo de muestra, el volumen de cido sulf rico, la proporci n de cido y sal y el tipo de catalizador. Por ejemplo, las grasas, aceites y los compuestos heteroc clicos arom ticos se digieren m s f cilmente si el catalizador contiene uso de cobre como catalizador se est volviendo m s com n por ser m s respetuoso con el medioambiente.

10 Actualmente, el selenio o el cobre se utilizan como catalizadores en m s del 90% de las digestiones de Kjeldahl que se realizan en todo el Digesti nReactivos utilizados en el an lisis Kjeldahl7 ProductoC digoPeso tabletaEnvaseComposici nRecomendaci Kjeldahl (Cu) (0,3% en ) ,5 g3,5 kg3,489 g0,010 gCatalizador de Missouri. Compatibilidad ambiental debido al bajo contenido de cobre, pero la digesti n lleva m s g5 kg4,985 g0,015 gCatalizador Kjeldahl (Cu) (1,96% en ) 5 g5 kg4,902 g0,098 gCatalizador Kjeldahl (Cu) (6,25% en ) g1000 g0,938 g0,0625 g4 kg3,75 g0,25 gCatalizador Kjeldahl (Cu) (9% en ) ,65 g1650 g1,501 g0,148 gTableta universal. Para aplicaciones micro Kjeldahl se recomiendan tabletas de 1,5 g aprox. Buen rendimiento y bajo impacto en el medio g5 kg4,55 g0,45 gCatalizador Kjeldahl (Cu) (10,26% en ) g4 kg3,589 g0,410 gCatalizador Kjeldahl (Cu-Se) (1,5% + 2% Se) g0,965 g0,015 g0,02 gCatalizador de Wieninger.