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【瑞士步琦】【應用】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:999

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秘密武器

降低凱氏定氮法的分析成本

萃取應用



1



簡介

凱氏定氮法是一項全球通用的官方標準,已獲包括國際分析化學家協會(AOAC)、美國谷物化學家協會(AACC)、美國油脂化學家協會(AOCS)、德國標準化學(DIN)、美國環境保護署(EPA)、國際標準化組織(ISO)、日本農業標準(JAS)和美國農業部(USDA)在內的多個科學協會的認可。該方法主要應用于食品和飲料行業,但也用于環境分析、飼料、制藥和農業行業,以測定氮及蛋白質。由于該方法的普及及其廣泛的應用,人們迫切希望提高分析的經濟性,在本應用說明中,展示了很多的凱氏定氮測量結果,以表明反應檢測傳感器(RDS)技術在節省氫氧化鈉方面的潛力,從而降低分析成本,并使其更具環保性。


凱氏定氮法將樣品有機氮經濃硫酸消化轉化為無機銨鹽,再經堿化蒸餾、硼酸吸收和鹽酸滴定來計算氮含量,依據蛋白質含氮量恒定推算蛋白質含量。在經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大過量加入以確保堿化完全,這對于完全釋放氨蒸汽而準確測定蛋白質含量至關重要。如果使用反應監測傳感器進行凱氏定氮蒸餾,堿化結束時會被檢測到,會立即停止加入氫氧化鈉。因此,對于含硫酸量較少的樣品,加入的氫氧化鈉量也會大大減少。圖1 展示了 RDS 技術的功能原理。


 圖1:反應檢測傳感器技術的功能原理


2



實驗設備

  • 凱氏消解儀 K-449

  • 尾氣吸收儀K-415

  • MultiKjel K-365

  • 反應檢測傳感器(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



實驗過程

測定各種食品樣品中的氮和蛋白質包括以下步驟:

  • 樣品均質化

  • 樣品的消化

  • 蒸餾和滴定


對比消解標準品甘氨酸,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驗


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

步驟

溫度 [°C]

時間 [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(Kjeldahl Tablet Missouri, 10 & 20 mL of conc. H2SO4)

步驟

溫度 [°C]

時間 [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(Kjeldahl Tablet ECO, 8 & 16 mL of conc. H2SO4)

步驟

溫度 [°C]

時間 [min]

1

250

0

2

280

20

3

380

30

4

420

90

Cooling

-

35


樣品編號 1–30:8mL

樣品編號 31–60:15mL

樣品編號 61–90:10mL

樣品編號 91–120:20mL

樣品編號 121–150:8mL

樣品編號 151–180:16mL


5



實驗結果

5.1 使用凱氏定氮鈦催化片進行的測量

使用不同類型的凱氏定氮片消化樣品的結果。空白(要求< 5%)和樣品(要求< 1%)的相對標準偏差(RSD)良好。此外,參考樣品的回收率在要求范圍內(98.0 ~ 102.0%),測定的蛋白質含量與期望值非常接近。與標準方法相比,在第一次測量時,每個樣品的NaOH最多可節省43.0%。



5.2 使用凱氏定氮片 ECO 進行的測量

表7 - 10 展示了使用凱氏定氮片 ECO 和消泡片消化的樣品結果。空白樣品和樣品的相對標準偏差(RSD)良好。此外,參考樣品的回收率在要求的范圍內(98.0  -  102.0%),測定的蛋白質含量也與預期值非常接近。






6



是否帶反應檢測傳感器的凱氏定氮法比較

表 11 展示了是否使用反應監測傳感器進行凱氏定氮蒸餾的蒸餾參數/步驟概覽。若使用 反應監測傳感器,則無需定義三個參數((H2O 體積、NaOH 體積和反應時間),只需定義一個參數((H2SO4 消解體積)。根據輸入的值, 系統會自動進行樣品預處理和加水。此外,系統還會自動檢測堿化結束并停止 NaOH 的添加。


表 11: 有無 RDS 的凱氏定氮法比較


7



結論

使用凱氏消解儀 K-449 和 MultiKjel K-365 以及反應檢測傳感器進行測定奶粉、奶酪、香腸和牛奶巧克力中的氮/蛋白質含量,可獲得可靠且可重復的結果。所有測定結果均與標簽值吻合良好,相對標準偏差低。此外,甘氨酸的所有回收率均在規定范圍內(98.0 - 102.0%)。


由于采用了 RDS 技術,在所有測量系列中都節省了氫氧化鈉溶液。對于用步琦凱氏定氮鈦片消化的樣品,RDS 表現最佳,每份樣品平均可節省高達 43.2%的氫氧化鈉,且堿化終點的檢測非常可重復。在消化時硫酸用量較低(例如 8 或 10 mL)的情況下,所有測量中都節省了氫氧化鈉。此外,對于含有機物量大、消化過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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