Kas ir Kjeldāla metode?

Ķīmiķis Johans Kjeldāls pirmo reizi iepazīstināja ar savu metodi Dānijas Ķīmijas biedrībā 1883. gadā. Viņš noteica, ka, tā kā slāpeklis ir galvenais olbaltumvielu elements, slāpekļa analīzi var izmantot, lai noteiktu olbaltumvielu daudzumu vielā. Kopš tā laika viņa atklājumi ir uzlaboti, bet pamatmetode paliek spēkā.

Kjeldāla metode sastāv no trim posmiem, ko parasti sauc par šķelšanu, destilāciju un titrēšanu. Gremošanas procesā slāpeklis tiek sadalīts amonjakā, un destilācija atdala amonjaku no citām sastāvdaļām. Amonjaka daudzumu aprēķina, izmantojot titrēšanu, tad slāpekļa un olbaltumvielu daudzumu var aprēķināt, pamatojoties uz amonjaka daudzumu.

Fermentācijas posmā nelielu analizējamās vielas paraugu sajauc ar sērskābi, kālija sulfātu un katalizatoru, kas paātrina reakciju. Šo maisījumu karsē līdz ļoti augstai temperatūrai — līdz 750 °F (apmēram 400 °C) — apmēram stundu, pēc tam atdzesē. Reakcijas, kas notiek sakarsētajā maisījumā, sadala lielas molekulas mazākos komponentos, tostarp amonija jonos.

Destilācijas posmā amonija jonus pārvērš amonjaka gāzē, maisījumam pievienojot nātrija hidroksīdu. Pēc tam šķīduma temperatūru paaugstina, pārvēršot amonjaku gaistošā gāzē, kas paceļas tvaikos. Tvaiki tiek ieslodzīti šķīdumā, piemēram, sālsskābē vai borskābē.

Skābē iesprostotais amonjaks neitralizē daļu skābes, kas nozīmē, ka tas pazemina pH. Skābes daudzumu, kas paliek pēc šīs neitralizācijas, titrē ar bāzi, piemēram, nātrija hidroksīdu. Skābes un amonjaka šķīdumam pievieno krāsvielu, kas maina krāsu, mainoties pH. Pēc tam skābei pievieno nelielu daudzumu bāzes, līdz šķīdums maina krāsu. Bāzes daudzumu, kas nepieciešams, lai sasniegtu šo beigu punktu, var izmantot, lai aprēķinātu amonjaka daudzumu sākotnējā šķīdumā.

Lai aprēķinātu slāpekļa daudzumu, zinātniekam vispirms jāzina gala šķīdumā esošo skābes un bāzes molu skaits. Bāzes molus atņemot no skābes moliem, iegūst amonjaka molus. Amonjaka moli gala šķīdumā ir tādi paši kā slāpekļa moli, tāpēc šis skaitlis tiek reizināts ar 14 – slāpekļa atomu masu, lai atrastu slāpekļa gramus.

Slāpekļa procentuālo daudzumu nosaka, dalot slāpekļa gramus ar kopējo gramu skaitu sākotnējā paraugā un reizinot ar 100. Proteīna procentuālo daudzumu pēc Kjeldāla metodes nosaka, slāpekļa procentuālo daudzumu reizinot ar konversijas koeficientu. Šis pārrēķina koeficients parasti ir 6.25, izņemot dažas vielas, piemēram, kviešus un piena produktus.