凱氏定氮法

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簡介

幾年前，測定樣品（如食品）中的氮含量或蛋白質含量是一個主要問題。當時已經存在的一些方法並不那麼準確。也就是說，當時還沒有發現合適的方法。後來，丹麥化學家約翰·古斯塔夫·克里斯托弗·託薩格·凱氏德開發了一種用於測定氮含量的實驗室方法，因為當時現有的方法非常不準確。他引入的方法以他的名字命名為**凱氏定氮法**。他最初引入的方法包含兩個步驟：蒸餾和返滴定。

什麼是凱氏定氮法？

**凱氏定氮法**是一種用於測定特定物質中氮含量的定量方法。凱氏消化也是它的另一個名稱。之所以這樣命名，是因為該過程包含一個消化步驟。使用催化劑會提高消化速率。使用的催化劑是氧化汞。它效率很高，但是一種有毒化學物質。後來引入了硫酸銅催化劑，但效率較低。現在，二氧化鈦被用作催化劑。此方法測量有機和無機物質中存在的氮含量。它也可用於測定蛋白質含量。

Roshan220195，凱氏消化，CC BY-SA 3.0

凱氏定氮法所涉及的步驟

**凱氏定氮法**是測定蛋白質含量的一項大型程式。下面討論了**凱氏定氮法**中涉及的重要步驟。

• **消化** - 凱氏定氮法中涉及的第一步是消化過程，其中樣品在濃硫酸存在下於 360–410°C 的高溫下加熱。有機樣品在酸的幫助下在此過程中被破壞或消化。並進一步導致硫酸銨的形成。

• **蒸餾** - 消化過程後形成的硫酸銨透過沸騰然後冷凝轉化為氨，NH₃。此過程是透過新增過量的鹼（如氫氧化鈉）來啟動的。在此過程中會形成氨氣泡。

Roshan220195，凱氏蒸餾，CC BY-SA 3.0

• **滴定** - 可以估算氨濃度，從而獲得氮含量。並透過滴定進行。如果在消化過程中使用硼酸，則可以使用酸鹼滴定。如果使用鹽酸或硫酸作為酸，通常採用返滴定。使用強鹼（如氫氧化鈉）來中和溶液。根據酸和氫氧化鈉用量的差值，可以很容易地獲得樣品中存在的氨量。從而獲得氮的含量。在此過程中使用田尻指示劑。

凱氏定氮法的應用

**凱氏定氮法**是一種重要的方法，在不同領域有許多應用。這主要是由於其準確性和精確性。獲得的氮量非常準確，結果也具有很高的重複性。下面討論了**凱氏定氮法**的一些應用。

• 該方法用於汙水處理廠的化學分析。由於**凱氏定氮法**可以輕鬆捕獲與土壤和水相關的資料。

• 它廣泛應用於食品行業，用於分析食品樣品中存在的蛋白質。

• 它也有助於製藥行業測定氮含量。

• 藉助此方法可以輕鬆估算有機結合的氮含量。

• 它也適用於估算動物飼料和乳製品中的氮含量。

• 藉助此方法可以輕鬆估算重量大的樣品。

凱氏定氮法反應

第一步是用硫酸消化或分解有機樣品。此處涉及的反應是碳的氧化，

$$\mathrm{C + 2H_2 SO_4 → CO_2 + 2 SO_2 + 2 H_2 O}$$

$$\mathrm{S + 2H_2 SO_4→ 3SO_2 + 2H_2 O}$$

下一步涉及蒸餾過程，其中銨鹽轉化為氨。

$$\mathrm{(NH_4 )_2 SO_4 + 2NaOH → Na_2 SO_4 + 2H_2 O + 2NH_3}$$

在滴定過程中，氨將參與反應。如果使用鹽酸，則反應將為，

$$\mathrm{NH_3 + HCl → NH₄Cl}$$

如果使用硼酸，則反應變為，

$$\mathrm{B(OH)_2 +H_2 O + Na_2 CO_3 → NaHCO_3 + CO_2 + H_2 O }$$

因此，這些是**凱氏定氮法**中發生的反應。

凱氏定氮法公式

下面給出計算氮含量的公式。

使用凱氏定氮法估算氮 = 1.4V × NW

N=標準酸的當量濃度。

W=樣品重量

V=滴定過程中使用的酸的體積。

凱氏定氮法的侷限性

儘管它是測定有機和無機化合物中氮含量的一種有效方法。該方法也存在一定的侷限性。一些侷限性包括，

• 該方法不適用於測定吡啶、吡咯等化合物中存在的氮。這是因為它們是有機化合物，因此無法將其中存在的氮轉化為硫酸銨。

• 僅能測定蛋白質、核酸等化合物的氮。

結論

**凱氏定氮法**是一種重要的測定有機和無機化合物中氮含量的方法。它是一種有效的方法，透過克服其他無效的方法而開發出來。測定氮含量主要包含三個步驟。它們是消化、蒸餾和滴定。在此過程之後氨的析出是主要技術，然後可用於測定氮含量。此方法在許多領域都很常見，例如食品、製藥、汙水處理行業等。該方法非常有效，因為它非常準確、精確並且具有很高的重複性。

常見問題解答

1. 什麼是總凱氏氮？

此術語與**凱氏定氮法**相關，該方法確定樣品中存在的有機結合氮和銨中的氮含量。這主要用於汙水處理。

2. 什麼是總氮？

總氮與總凱氏氮不同，除了樣品中的有機結合氮和銨外，還包括亞硝酸鹽和硝酸鹽的含量。

3. 凱氏定氮法中硫酸鉀的作用是什麼？

在**凱氏定氮法**中新增硫酸鉀以提高所用硫酸的沸點。

4. 什麼是田尻指示劑？

田尻指示劑通常稱為混合指示劑，因為它是由兩種指示劑（甲基紅和亞甲藍）混合而成。並在**凱氏定氮法**的滴定步驟中使用。

5. 哪種試劑用於檢測蛋白質？

雙縮脲試劑用於檢測蛋白質。它會導致顏色從粉紅色變為紫色。