Metodo Kjeldahl. Calcoli svolti
Probabilmente la titolazione acido-base maggiormente usata che consente la determinazione dell’azoto organico presente in una sostanza chimica è il metodo Kjeldahl in onore del chimico danese Johan Kjeldahl che lo propose nel 1883. Esso è stato tradizionalmente il metodo di riferimento accettato per la determinazione delle proteine nei prodotti lattiero-caseari e comporta la determinazione dell’azoto totale nei prodotti
Il metodo Kjeldahl è utilizzato nell’analisi della caffeina e della saccarina presenti nelle sostanze per uso farmacologico oltre che per l’analisi di proteine, fertilizzanti, fanghi e sedimenti.
Le titolazioni acido-base per l’analisi di composti organici costituiscono ancora oggi un cardine negli ambiti più svariati della chimica analitica tra cui quello farmaceutico, biochimico e ambientale.
Fasi del metodo Kjeldahl
Il metodo Kjeldahl è costituito da tre fasi:
1) Digestione: in cui le proteine sono digerite e avviene la decomposizione dell’azoto a ione ammonio in presenza di acido solforico concentrato, solfato di potassio e di un catalizzatore come selenio, mercurio o sali di rame come il solfato di rame n un tubo resistente al calore a una temperatura di circa 400 °C. La funzione del solfato di potassio è quella di elevare il punto di ebollizione dell’acido solforico e di fornire una miscela ossidante più forte per la digestione.
Questa fase è essenzialmente un’ossidazione a umido del campione e i costituenti organici vengono inizialmente carbonizzati come evidenziato dall’aspetto di un colore nero sporco.
2) Distillazione: l’ammoniaca prodotta dalla reazione tra lo ione ammonio e una base forte viene condensata in ammoniaca gassosa e fatta fluire in una soluzione contenente acido forte
3) Titolazione
Se l’azoto presente nella sostanza ha numero di ossidazione – 3 esso è portato quantitativamente a NH4+.
Alla specie è aggiunto acido solforico concentrato a caldo che decompone la sostanza con formazione di solfato di ammonio:
analita + H2SO4(aq) → (NH4)2SO4(aq) + CO2(g) + SO2(g) + H2O(g)
La soluzione ottenuta viene resa alcalina con l’aggiunta di una piccola quantità di NaOH che trasforma lo ione ammonio in ammoniaca:
(NH4)2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + 2H2O(l) + 2NH3(g)
L’ammoniaca è distillata in una beuta contenente una quantità nota di acido forte precedentemente standardizzato.
L’eccesso di acido forte è poi determinato tramite retrotitolazione.
Alcuni composti aromatici come, ad esempio la piridina, si ossidano con difficoltà pertanto viene aggiunto ossido di mercurio (II) in modo da essere certi che l’ossidazione sia completa.
Se nel composto l’azoto ha un numero di ossidazione diverso da -3, come nei nitrocomposti, si aggiunge un agente riducente quale l’acido salicilico in modo che l’azoto assuma tale numero di ossidazione.
Esercizio con il metodo Kjeldahl
La quantità di proteine presenti in un campione di formaggio è determinata con il metodo Kjeldahl. Il campione ha massa 0.9814 g e, dopo averlo opportunamente trattato, l’ammoniaca ottenuta è messa in una beuta contenente 50.00 mL di HCl 0.1047 M. L’eccesso di HCl è retrotitolato con 22.84 mL di NaOH 0.1183 M. Determinare il % massa /massa della proteina sapendo che in tale formaggio vi sono 6.380 g di proteine per ogni grammo di azoto.
Le moli di HCl sono pari a 0.05000 L ∙ 0.1047 M= 0.005235
Le moli di NaOH che hanno titolato l’eccesso di HCl sono 0.02284 L ∙ 0.1183 M = 0.002702
Quindi le moli di HCl che hanno reagito con l’ammoniaca sono quindi: 0.005235 – 0.002702 = 0.002533
Le moli di azoto presenti sono quindi 0.002533 corrispondenti a 0.002533 mol ∙ 14.0067 g/mol = 0.03548 g
Poiché vi sono 6.380 g di proteine per ogni grammo di azoto la massa di proteine presenti sono pari a 0.03548 ∙ 6.38/1 = 0.2264 g
La percentuale di proteine presenti in tale formaggio è dunque:
% m/m = 0.2264 ∙ 100/ 0.9814 = 23.07
