Metodo 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.

Nel metodo si distinguono tre fasi:

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

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.^[1]

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.

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.

• Metodo Dumas

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