Seit mehr als 100 Jahren wird die Kjeldahl-Methode zur Bestimmung von Stickstoff in einer Vielzahl von Proben eingesetzt. Die Bestimmung von Kjeldahl-Stickstoff erfolgt in Lebensmitteln und Getränken, Fleisch, Futtermitteln, Getreide und Futtermitteln zur Berechnung des Proteingehalts. Auch die Kjeldahl-Methode wird zur Stickstoffbestimmung in Abwässern, Böden und anderen Proben eingesetzt.
Sie ist eine offizielle Methode und wird in verschiedenen Normen wie AOAC, USEPA, ISO, Pharmakopöen und verschiedenen europäischen Richtlinien beschrieben. Mit der Kjeldahl-Methode wird der Stickstoffgehalt in organischen und anorganischen Proben bestimmt.
Das Verfahren besteht aus drei wesentlichen Schritten:
Aufschluss:
Die Probe wird in siedender konzentrierter Schwefelsäure unter Zusatz eines Katalysators bis zur vollständigen Auflösung und Oxidation aufgeschlossen. Der in der Probe enthaltene Stickstoff wird zu Ammoniumsulfat.
| Protein (-N)+H2SO4 Probe |
-> | (NH4)2SO4+CO2+H2O Katalysator |
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Destillation
Unter Zugabe eines Überschusses an Natriumhydroxidlösung wird das Ammoniumion in Ammoniakform freigesetzt, destilliert und auf einer Borsäurelösung oder einer volumetrischen Schwefel- oder Salzsäurelösung aufgenommen.
| (NH4)2SO4 + 2NaOH | -> | 2NH3 (Gas) + Na2SO4 + 2H2O |
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Der Aufnahmebehälter für das Destillat wird mit einer Absorptionsflüssigkeit gefüllt, um das gelöste Ammoniakgas zu erfassen.
- Gängige Absorptionslösungen beinhalten wässrige Borsäure[B(OH)3] mit einer Konzentration von 2-4%. Das Ammoniak wird durch die Borsäurelösung unter Bildung von solvatisierten Ammoniumionen quantitativ gebunden.
B(OH)3 + NH3 + H2O = NH4+ + B(OH)4- - Auch andere Säuren können als genau dosiertes Volumen an Schwefelsäure oder Salzsäure verwendet werden, die das Ammoniak auffängt und solvatisierte Ammoniumionen bildet.
H2SO4 (gesamt) + 2NH3 -> SO42- + 2NH4+
Titration
Das Ammoniak wird mit einer volumetrischen Säurelösung oder durch Rücktitration mit Natronlauge einer bekannten Konzentration bestimmt, wenn es auf Salz- oder Schwefelsäure aufgenommen wurde. Die Ergebnisse können in % N, % NH3 oder Protein (%N x Faktor) ausgedrückt werden.
- Bei Verwendung der Borsäurelösung als Absorptionslösung wird eine Säure-Base-Titration mit Standardlösungen von Schwefelsäure oder Salzsäure und einer Mischung von Indikatoren durchgeführt.
B(OH)4- + HX = X- + B(OH)3 + H2O
HX= starke Säure (X=Cl-, etc.) - Bei Verwendung von Schwefelsäure-Standardlösung als Absorptionslösung wird die Restschwefelsäure (der Überschuss wird nicht mit NH3 umgesetzt), mit Natriumhydroxid-Standardlösung titriert und aus der Differenz die Ammoniakmenge berechnet.
H2SO4(gesamt) + 2NH3 -> SO42- + 2NH4+
