凱氏定氮法的優(yōu)化--不同滴定技術(shù)對凱氏定氮法的影響

發(fā)布：2020-06-22　點擊：2369

摘要

影響凱氏定氮儀的性能的幾個因素，即凱氏定氮儀自動蒸餾并滴定樣品以確定蛋白質(zhì)的性能。OPSIS凱氏定氮儀旨在通過顏色滴定，獨特的滴定算法（預(yù)測性滴定）和多種設(shè)計選擇來實現(xiàn)此分析的最高性能，殘留效應(yīng)和氣泡的產(chǎn)生影響最小化。

本文檔將描述這些選項以及它們?nèi)绾斡绊懛治龅淖罱K結(jié)果。注意，凱氏定氮法在本文件中未作解釋。有關(guān)消化爐的更多信息，請參見《針對OPSIS凱氏定氮儀應(yīng)用指南》

 

1-凱氏定氮法

凱氏定氮法是測定不同樣品中蛋白質(zhì)的參考標準，通常稱為TKN分析(Total Kjeldahl Nitrogen)。凱氏定氮法規(guī)定消化，蒸餾和滴定樣品三步驟。

最初，一個世紀以前，滴定是用滴定管手工完成的。這很耗時，出錯的風險很高，而且需要良好的分析技巧。因此，在20世紀80年代發(fā)展了一些儀器來簡化和自動化滴定。凱氏定氮分析儀現(xiàn)在可以自動進行蒸餾和滴定。

 

2-凱氏定氮儀功能

凱氏定氮法描述了將水和堿分配到樣品管中，然后開始蒸餾。通常用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽進行蒸餾。釋放出的氨氣收集在接收器溶液（通常為1％的硼酸）中，然后進行滴定。根據(jù)終點，儀器可以計算出結(jié)果�；瘜W過程可以通過以下化學反應(yīng)來描述：

加入氫氧化鈉使樣品管中的溶液呈堿性，然后將硫酸銨轉(zhuǎn)化為氨氣：

（NH₄）₂SO₄ + 2NaOH-> 2NH₃ + 2H₂O + Na₂SO₄

 

形成的氨氣從溶液中釋放出來，從消化管中移出，進入含有過量硼酸的接收容器(接收溶液)。接收瓶中溶液的低pH值將氨氣轉(zhuǎn)化為銨離子，同時將硼酸轉(zhuǎn)化為硼酸離子:

NH₃ + H₃BO₃（硼酸）- > NH₄ + + H₂BO ₃ -(硼酸離子)

 

 

凱氏定氮和滴定法：

用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽蒸餾樣品，冷卻氨氣并收集在接收容器中。

 

通過滴定由標準硫酸或鹽酸制成的硼酸銨，并使用合適的指示劑確定反應(yīng)的終點，來估算氮含量：

H₂BO₃ - + Н+ -> H₃BO₃

對于執(zhí)行凱氏定氮分析的所有儀器，此分步過程均相同結(jié)果的精度將取決于分析化學家在處理和移動樣品時，稱量程序，滴定劑的制備，分析變化以及最終儀器引入的變化。

 

3-滴定技術(shù)

能夠自動滴定的儀器通常使用pH電極直接測量pH值，或使用顏色傳感器來檢測指示溶液的變化。 兩種方法都有一定的優(yōu)點和缺點。

pH電極滴定：

只要正確校準，pH電極就可以準確檢測溶液中的pH值。該技術(shù)基于電流差異，因此需要定期校準。如果沒有根據(jù)已知解決方案進行重復(fù)校準，就不可能知道測量結(jié)果是正確的。

pH電極也可能很慢，無法識別pH值的變化。因此，更適合在開始用電極測量pH值之前完成凱氏蒸餾，即分開蒸餾和滴定。pH電極的使用壽命有限，通常為幾年。

 

顏色滴定法

顏色滴定還可以準確檢測溶液中的特定pH值。

顏色滴定基于指示劑溶液中的顏色變化，因此取決于指示劑的選擇。由于顏色變化與NH₃滴定的理論pH值匹配，因此經(jīng)常使用溴甲酚綠和甲基紅。顏色滴定不需要任何校準，因為指示劑將始終在相同的pH值下改變顏色。

連續(xù)滴定與顏色法滴定效果很好。

 

總結(jié)：

pH電極和顏色滴定都得到相似的可接受的結(jié)果。

OPSIS凱氏定氮儀采用顏色滴定法。

 

4-蒸餾滴定速度

分開蒸餾和滴定

許多實驗室仍然使用兩個單獨的儀器，即蒸餾裝置和滴定儀進行凱氏定氮分析。這意味著處理錯誤和結(jié)果差異風險較大。它也相對較慢，因為在滴定開始之前需要完成蒸餾。

分開蒸餾和滴定的凱氏分析儀將消除操作錯誤，但這仍然是一種緩慢的儀器。

 

連續(xù)滴定

連續(xù)滴定具有明顯的固定性，如果設(shè)計正確，將獲得與分離蒸餾和滴定時相似的結(jié)果。

主要挑戰(zhàn)在于，當餾出物到達時如何快速響應(yīng)，而當最終的氨氣較少時仍要避免過度滴定。 一種常用的方法是測量是否已達到終點，否則，請?zhí)砑痈�多的滴定劑直至可以檢測到變化。 但是，當今的數(shù)字傳感器傾向開發(fā)更精確的滴定算法。

 

 

 

典型的氮氣/氨蒸餾； 在前半分鐘沒有氨氣，氨迅速增加，隨后緩慢減少。

 

 

 

 

 

 

 

總結(jié)

連續(xù)滴定速度快，可達到與分離蒸餾滴定相同的效果。

OPSIS凱氏定氮儀使用先進的顏色傳感器，配備了新的，專門開發(fā)的算法來優(yōu)化連續(xù)滴定。OPSIS液相線預(yù)測滴定算法允許凱氏定氮儀在任何時候準確地將實際顏色與終點進行比較。因此滴定劑的加入是非常準確的，而顯著快于蒸餾和滴定分離。

 

5-滴定儀分辨率

操作裝置

除了對滴定劑摩爾濃度的良好控制之外，具有高分辨率的定量給料裝置也很重要。滴定管通常用作凱氏定氮儀的定量裝置。每個加料步驟的分辨率都會影響最終結(jié)果的精度。

OPSIS凱氏定氮儀使用1.95 ul/步的小劑量步驟，可實現(xiàn)高精度。

 

儀器引入的錯誤

還有其他可能影響滴定和結(jié)果的錯誤。

氣泡

凱氏定氮儀的一個常見問題是管內(nèi)產(chǎn)生的氣泡。當一段時間不移動液體時，通常是整夜不使用儀器時，會出現(xiàn)氣泡。 如果滴定管中注入了氣泡，將導致錯誤的結(jié)果。OPSIS凱氏定氮儀旨在通過優(yōu)化滴定罐和滴定管等組件的位置來最大程度地減少氣泡的產(chǎn)生。聚四氟乙烯（Teflon）管也用于進一步減小投加氣泡的風險。

 

殘留效應(yīng)

殘留效應(yīng)可能也是一個問題，即先前的分析會影響后續(xù)的結(jié)果。要避免這種情況，最重要的是要有一個設(shè)計合理的噴頭，該噴頭可確保只有氣體且堿液中沒有樣品被傳送到冷凝器和接收瓶。在分析時候，必須用儀器徹底清洗噴頭。

OPSIS凱氏定氮儀配有玻璃飛濺頭，可將殘留效應(yīng)降至最低。

 

 

 

使用(NH₄)₂Fe(SO₄)₂在20種不同的凱氏定氮儀上進行回收率測試的摘要，平均值和最大值/最小值（n = 10）。這些儀器的相對標準偏差平均為0.36％

 

 

 

 

 

 

 

6-結(jié)論

應(yīng)該分析參考樣品以驗證凱氏定氮儀的性能。最常見的是分析具有已知氮含量的物質(zhì)，例如硫酸亞鐵銨- (NH₄)₂Fe(SO₄)_2。

該分析應(yīng)能完全恢復(fù)，沒有殘留影響，并且標準偏差（rsd）低。OPSIS凱氏定氮儀的相對標準偏差（rsd）小于0.75％。

軟件中提供了一個測試性能恢復(fù)的特定程序，稱為性能跟蹤，該程序可用于所有儀器的生產(chǎn)控制中。良好的設(shè)計導致儀器的檢測點非常低，樣品的定量限也很低。這是由于空白的變化很小，因此在分析低含量的氮時噪聲有限。OPSIS凱氏定氮儀的最低定量限（LOQ）可以低至0.013 mgN

 

OPSIS 凱氏定氮儀

使用技術(shù)：顏色滴定

滴定法：可預(yù)測的滴定

設(shè)計：PTFE管，防噴濺保護頭，1.95 ul / 步的高精度滴定管

檢測范圍：0.1-225 mgN

精度：<0.75％（標準偏差）

最低檢測限（LOD）：0.004 mgN

最低定量限（LOQ）：0.013 mgN

 

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