Dozarea azotului din sarurile de amoniu (metoda Kjeldahl)

Dozarea azotului din sarurile de amoniu (metoda Kjeldahl)

Proteina bruta reprezinta totalitatea substantelor organice cu azot, din care fac parte proteinele si substantele azotate neproteice (alcaloizi, pigmenti cu azot, lipide complexe, amide etc.)

Continutul in proteina bruta se calculeaza dupa continutul in azot total organic din planta.

Principiul metodei

Substantele azotate organice, la fierbere cu acid sulfuric, se descompun in elementele componente : carbon, oxigen, hidrogen, azot, fosfor etc. Carbonul se elimina sub forma de CO₂, hidrogenul si oxigenul sub forma de H₂O, iar azotul formeaza amoniacul. Acesta, in prezenta acidului sulfuric, se transforma in sulfat de amoniu (mineralizarea azotului organic). Sulfatul de amoniu rezultat se descompune ulterior, intr-un mediu puternic alcalin, cu formarea amoniacului si a sulfatului alcalin. Amoniacul este separat prin distilare si captat intr-un volum cunoscut si in exces de acid sulfuric de titru determinat. Excesul de acid se titreaza la sfarsitul distilarii cu o solutie de hidroxid de sodiu de concentratie si factor cunoscute. Diferenta dintre cantitatea initiala de acid sulfuric si excesul determinat la titrarea cu hidroxid de sodiu reprezinta cantitatea de acid sulfuric ce a fixat amoniacul sub forma de sulfat de amoniu. Se calculeaza cantitatea echivalenta de azot care se exprima in procente, raportata la masa substantei de analizat uscate in prealabil la 105C. Se pot folosi mai multe amestecuri de catalizatori pentru etapa de mineralizare : a) mercur metalic - 0,7 g pentru 1g produs (3 picaturi) + K₂SO₄ 10 g; b) amestec de CuSO₄^. 5H₂O + K₂SO₄ in proportie de 1 : 10, aproximativ 10-15 g/proba; c) amestec de CuSO₄^. 5H₂O + K₂SO₄ + seleniu in proportie de 4:16:1, cca 0,5 g/proba; d) amestec b) + 10 ml peroxid de hidrogen 30%.

In afara de catalizatorii mentionati, literatura de specialitate mai recomanda si oxidul de vanadiu, oxidul de mercur, oxidul de cupru etc.

Reactivi

acid sulfuric concentrat, d=1,84

catalizator CuSO₄^. 5H₂O + K₂SO₄ + oxid de mercur, cristale

hidroxid de sodiu, solutie 30-40%

acid sulfuric, solutie 0,2 n cu factor cunoscut

hidroxid de sodiu, solutie 0,1 n cu factor cunoscut

amestec indicatori (rosu de metil si albastru de metilen)

Mod de lucru

A. Mineralizarea substantei de analizat

Materia prima este maruntita cat mai fin posibil si omogenizata. Cantitatea luata in analiza este in functie de continutul in azot (cel mult 10 mg azot/proba). Se cantaresc la balanta analitica - 0,1 g pentru seminte; - 1 g pentru ierburi uscate, fan, paie; - 4-6 g pentru materiale bogate in apa (fructe, tulpini suculente).

Substanta cantarita se trece intr-un balon Kjeldahl de 100 ml, se adauga 0,1-0,2 g CuSO₄^. 5H₂O (catalizator de mineralizare), 2-3 g de K₂SO₄ (are rolul de a ridica temperatura de fierbere a amestecului).si 10 ml acid sulfuric concentrat.

Balonul Kjeldahl se monteaza in pozitie inclinata pe un stativ metalic, pe sita de azbest, sub nisa. La gura balonului se aseaza o palnie mica de sticla ce are rolul de a impiedica pierderile prin stropire in timpul fierberii. Incalzirea se face la bec de gaz, la inceput cu flacara mica, cand continutul balonului devine negru si spumos. Dupa incetarea spumarii se mareste flacara si incepe degajarea unor vapori de dioxid de sulf. Se regleaza flacara astfel incat sa aiba loc o fierbere domoala si uniforma, timp de cateva ore, in functie de natura si cantitatea materialului supus mineralizarii.

Sfarsitul acestei etape este indicat de colorarea in verde a solutiei din balon. Se recomanda sa se continue incalzirea inca 1-2 ore, pentru mineralizarea completa a compusilor heterociclici cu azot, care sunt in general mai rezistenti la descompunere.

B. Distilarea amoniacului si captarea in acid sulfuric

Distilarea amoniacului din sulfatul de amoniu rezultat la mineralizare se poate efectua intr-un aparat Parnas-Wagner care este format din:

balon generator de vapori (1)

vas de siguranta (recipient intermediar) (2)

vas de distilare (3) prevazut cu o palnie cu robinet (4). Serveste la spalarea aparatului dupa determinare.

refrigerent ascendent (5). Intre vasul de distilare si refrigerent se intercaleaza un separator de picaturi (deflegmator).

Generatorul de vapori are o capacitate de 1-2 litri, in care se introduce apa pana la 2/3 din volum. Este prevazut cu doua tuburi de sticla (a,b). Tubul (a) poate fi prevazut in exterior cu o palnie cu robinet prin care se introduce apa; in timpul distilarii, robinetul va inchide tubul. Prin tubul (b) vaporii de apa din generator vor trece in vasul de distilare.

Incalzirea apei din generator se poate face electric sau la flacara unui bec de gaz. Tubul refrigerentului se introduce intr-un recipient de sticla (6) care poate fi un balon Erlenmayer, pahar Berzelius etc., in care se gaseste un volum masurat exact de acid sulfuric 0,1 n de factor cunoscut si 3-4 picaturi de amestec indicator (coloratia solutiei trebuie sa se mentina roz tot timpul distilarii, ceea ce inseamna ca acidul sulfuric este in exces). Capatul tubului refrigerentului trebuie sa patrunda in solutia de acid sulfuric.

Balonul Kjeldahl cu continutul mineralizat se raceste, dupa care prin palnia de la gatul sau se introduc 5 ml apa distilata. Palnia se clateste pe ambele parti cu putina apa distilata, care se colecteaza tot in balon. Se agita solutia sau se incalzeste usor pentru solubilizarea reziduului, dupa care se transvazeaza in vasul de distilare, prin palnia cu robinet (4). Balonul Kjeldahl se spala de 2--3 ori cu cate 3 ml apa distilata, care se introduce tot in vasul de distilare. Se adauga prin palnie 25 - 30 ml hidroxid de sodiu de concentratie 30-40% si cateva picaturi de fenolftaleina, pana se observa culoarea roz-intens - mediu alcalin). In absenta fenolftaleinei, se adauga hidroxid de sodiu pana se observa formarea unui precipitat albastru de hidroxid cupric.

Se inchide tubul (a) al generatorului de vapori. Vaporii de apa trec din generator prin tubul (b) in vasul de distilare si antreneaza amoniacul care se degaja si este captat in solutia de acid sulfuric din recipientul (6).

Distilarea dureaza 20-30 minute, iar verificarea se face astfel: se scoate tubul refrigerentului din paharul cu acid sulfuric, se clateste cu putina apa distilata care se colecteaza tot in pahar, iar urmatoarea picatura de distilat se lasa sa cada pe o hartie de turnesol. Daca hartia nu devine albastra, distilarea este terminata. O alta modalitate de a incerca sfarsitul distilarii este reactia cu reactivul Nessler, specifica pentru amoniac (trebuie sa fie negativa). La sfarsitul distilarii se titreaza continutul recipientului (6) - excesul de acid sulfuric - cu o solutie de hidroxid de sodiu 0,1 n pana la virarea culorii indicatorului de la roz la verde.

Calcul

% N_total = ,

in care: 0,0014 = cantitatea in grame de azot care corespunde la 1 ml de acid sulfuric 0,1N; V = volumul de acid sulfuric 0,1 N luat pentru captarea amoniacului;

F = factorul solutiei de acid sulfuric; V₁ = volumul de hidroxid de sodiu care a neutralizat acidul sulfuric ramas in exces; F₁ = factorul solutiei de hidroxid de sodiu; G = cantitatea in grame de substanta uscata luata in analiza.

Cantitatea de azot total se exprima in grame la 100 grame substanta uscata (%). Continutul in proteina bruta se determina astfel;

% Proteina bruta = % N_total

Volumetria prin reactii de oxido-reducere

Generalitati

Numeroase dozari volumetrice sunt bazate pe o reactie de oxido-reducere (redox). Pentru ca o reactie redox sa poata fi utilizata in vederea unei titrari, ea trebuie sa intruneasca anumite conditii:

1. - sa fie practic totala si sa se efectueze intr-un timp scurt;

2. - sa se poata sesiza usor sfarsitul, respectiv punctul de echivalenta.

Echivalentul gram in reactiile redox se calculeaza, atat pentru reducator cat si pentru oxidant, impartind masele lor moleculare sau atomice la numarul de electroni cedati sau acceptati.

Echivalentul gram = masa moleculara sau atomica / nr. de electroni cedati sau acceptati

Exemple:

Mn⁷⁺ + 5e^- = Mn²⁺ E =

Echivalentul gram al Fe²⁺ in sistemul Fe²⁺ - e^- Fe³⁺

E_Fe =

Metodele volumetrice redox pe care le vom folosi sunt:

- permanganometria in mediu acid, care utilizeaza solutia de KMnO₄.

- iodometria, care utilizeaza solutia de iod.