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【瑞士步琦】【應(yīng)用】步琦凱氏定氮儀上的秘密武器——降低分析成本

【瑞士步琦】【應(yīng)用】步琦凱氏定氮儀上的秘密武器——降低分析成本
步琦  2025-02-28  |  閱讀:211
微信圖片_20250228133809.jpg

秘密武器

降低凱氏定氮法的分析成本

萃取應(yīng)用



1



簡(jiǎn)介

凱氏定氮法是一項(xiàng)全球通用的官方標(biāo)準(zhǔn),已獲包括國(guó)際分析化學(xué)家協(xié)會(huì)(AOAC)、美國(guó)谷物化學(xué)家協(xié)會(huì)(AACC)、美國(guó)油脂化學(xué)家協(xié)會(huì)(AOCS)、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)(DIN)、美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、日本農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JAS)和美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)在內(nèi)的多個(gè)科學(xué)協(xié)會(huì)的認(rèn)可。該方法主要應(yīng)用于食品和飲料行業(yè),但也用于環(huán)境分析、飼料、制藥和農(nóng)業(yè)行業(yè),以測(cè)定氮及蛋白質(zhì)。由于該方法的普及及其廣泛的應(yīng)用,人們迫切希望提高分析的經(jīng)濟(jì)性,在本應(yīng)用說(shuō)明中,展示了很多的凱氏定氮測(cè)量結(jié)果,以表明反應(yīng)檢測(cè)傳感器(RDS)技術(shù)在節(jié)省氫氧化鈉方面的潛力,從而降低分析成本,并使其更具環(huán)保性。


凱氏定氮法將樣品有機(jī)氮經(jīng)濃硫酸消化轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)銨鹽,再經(jīng)堿化蒸餾、硼酸吸收和鹽酸滴定來(lái)計(jì)算氮含量,依據(jù)蛋白質(zhì)含氮量恒定推算蛋白質(zhì)含量。在經(jīng)典的凱氏定氮蒸餾法中,所加入的氫氧化鈉溶液的體積通常會(huì)大過(guò)量加入以確保堿化完全,這對(duì)于完全釋放氨蒸汽而準(zhǔn)確測(cè)定蛋白質(zhì)含量至關(guān)重要。如果使用反應(yīng)監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行凱氏定氮蒸餾,堿化結(jié)束時(shí)會(huì)被檢測(cè)到,會(huì)立即停止加入氫氧化鈉。因此,對(duì)于含硫酸量較少的樣品,加入的氫氧化鈉量也會(huì)大大減少。圖1 展示了 RDS 技術(shù)的功能原理。


 圖1:反應(yīng)檢測(cè)傳感器技術(shù)的功能原理


2



實(shí)驗(yàn)設(shè)備

  • 凱氏消解儀 K-449

  • 尾氣吸收儀K-415

  • MultiKjel K-365

  • 反應(yīng)檢測(cè)傳感器(11072666)

  • 分析天平(精度 ±0.1 mg)


3



試劑和樣品

試劑:

  • 濃硫酸 96%

  • 步琦凱氏定氮片

  • 氫氧化鈉 32%,

  • 2% 硼酸與 Sher 指示劑

  • 甘氨酸,含量 99.7%,Sigma Aldrich

樣品:

樣品名稱

蛋白質(zhì)含量 [g/100g]

奶粉

20.38 ± 0.37

奶酪

29

香腸

16.19 ± 0.20

牛奶巧克力

7.7


4



實(shí)驗(yàn)過(guò)程

測(cè)定各種食品樣品中的氮和蛋白質(zhì)包括以下步驟:

  • 樣品均質(zhì)化

  • 樣品的消化

  • 蒸餾和滴定


對(duì)比消解標(biāo)準(zhǔn)品甘氨酸,奶粉,奶酪,香腸及牛奶巧克力樣品等,使用不同的催化劑片及不同體積的濃硫酸做消解實(shí)驗(yàn)


表2:樣品1–60消解參數(shù)(Kjeldahl Tablets Titanium, 8 & 15 mL of conc. H2SO4)

步驟

溫度 [°C]

時(shí)間 [min]

1

250

0

2

280

20

3

380

30

4

420

80

Cooling

-

35


表3:樣品61–120消解參數(shù)(Kjeldahl Tablet Missouri, 10 & 20 mL of conc. H2SO4)

步驟

溫度 [°C]

時(shí)間 [min]

1

250

0

2

280

20

3

380

30

4

420

90

Cooling

-

35


表4: 樣品121–180消解參數(shù)(Kjeldahl Tablet ECO, 8 & 16 mL of conc. H2SO4)

步驟

溫度 [°C]

時(shí)間 [min]

1

250

0

2

280

20

3

380

30

4

420

90

Cooling

-

35


樣品編號(hào) 1–30:8mL

樣品編號(hào) 31–60:15mL

樣品編號(hào) 61–90:10mL

樣品編號(hào) 91–120:20mL

樣品編號(hào) 121–150:8mL

樣品編號(hào) 151–180:16mL


5



實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.1 使用凱氏定氮鈦催化片進(jìn)行的測(cè)量

使用不同類型的凱氏定氮片消化樣品的結(jié)果。空白(要求< 5%)和樣品(要求< 1%)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)良好。此外,參考樣品的回收率在要求范圍內(nèi)(98.0 ~ 102.0%),測(cè)定的蛋白質(zhì)含量與期望值非常接近。與標(biāo)準(zhǔn)方法相比,在第一次測(cè)量時(shí),每個(gè)樣品的NaOH最多可節(jié)省43.0%。



5.2 使用凱氏定氮片 ECO 進(jìn)行的測(cè)量

表7 - 10 展示了使用凱氏定氮片 ECO 和消泡片消化的樣品結(jié)果??瞻讟悠泛蜆悠返南鄬?duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)良好。此外,參考樣品的回收率在要求的范圍內(nèi)(98.0  -  102.0%),測(cè)定的蛋白質(zhì)含量也與預(yù)期值非常接近。






6



是否帶反應(yīng)檢測(cè)傳感器的凱氏定氮法比較

表 11 展示了是否使用反應(yīng)監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行凱氏定氮蒸餾的蒸餾參數(shù)/步驟概覽。若使用 反應(yīng)監(jiān)測(cè)傳感器,則無(wú)需定義三個(gè)參數(shù)((H2O 體積、NaOH 體積和反應(yīng)時(shí)間),只需定義一個(gè)參數(shù)((H2SO4 消解體積)。根據(jù)輸入的值, 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行樣品預(yù)處理和加水。此外,系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)檢測(cè)堿化結(jié)束并停止 NaOH 的添加。


表 11: 有無(wú) RDS 的凱氏定氮法比較


7



結(jié)論

使用凱氏消解儀 K-449 和 MultiKjel K-365 以及反應(yīng)檢測(cè)傳感器進(jìn)行測(cè)定奶粉、奶酪、香腸和牛奶巧克力中的氮/蛋白質(zhì)含量,可獲得可靠且可重復(fù)的結(jié)果。所有測(cè)定結(jié)果均與標(biāo)簽值吻合良好,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低。此外,甘氨酸的所有回收率均在規(guī)定范圍內(nèi)(98.0 - 102.0%)。


由于采用了 RDS 技術(shù),在所有測(cè)量系列中都節(jié)省了氫氧化鈉溶液。對(duì)于用步琦凱氏定氮鈦片消化的樣品,RDS 表現(xiàn)最佳,每份樣品平均可節(jié)省高達(dá) 43.2%的氫氧化鈉,且堿化終點(diǎn)的檢測(cè)非??芍貜?fù)。在消化時(shí)硫酸用量較低(例如 8 或 10 mL)的情況下,所有測(cè)量中都節(jié)省了氫氧化鈉。此外,對(duì)于含有機(jī)物量大、消化過(guò)程中消耗大量硫酸的樣品,氫氧化鈉的消耗量也顯著降低。




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