【应用】步琦凯氏定氮仪上的秘密武器——降低分析成本

简介

凯氏定氮法是一项全球通用的官方标准，已获包括国际分析化学家协会（AOAC）、美国谷物化学家协会（AACC）、美国油脂化学家协会（AOCS）、德国标准化学（DIN）、美国环境保护署（EPA）、国际标准化组织（ISO）、日本农业标准（JAS）和美国农业部（USDA）在内的多个科学协会的认可。该方法主要应用于食品和饮料行业，但也用于环境分析、饲料、制药和农业行业，以测定氮及蛋白质。由于该方法的普及及其广泛的应用，人们迫切希望提高分析的经济性，在本应用说明中，展示了很多的凯氏定氮测量结果，以表明反应检测传感器（RDS）技术在节省氢氧化钠方面的潜力，从而降低分析成本，并使其更具环保性。

凯氏定氮法将样品有机氮经浓硫酸消化转化为无机铵盐，再经碱化蒸馏、硼酸吸收和盐酸滴定来计算氮含量，依据蛋白质含氮量恒定推算蛋白质含量。在经典的凯氏定氮蒸馏法中，所加入的氢氧化钠溶液的体积通常会大过量加入以确保碱化完全，这对于完全释放氨蒸汽而准确测定蛋白质含量至关重要。如果使用反应监测传感器进行凯氏定氮蒸馏，碱化结束时会被检测到，会立即停止加入氢氧化钠。因此，对于含硫酸量较少的样品，加入的氢氧化钠量也会大大减少。图1 展示了 RDS 技术的功能原理。

反应监测传感器实验演示如下：

实验设备

• 凯氏消解仪 K-449

• 尾气吸收仪K-415

• MultiKjel K-365

• 反应检测传感器（11072666）

• 分析天平（精度 ±0.1 mg）

试剂和样品

试剂：

• 浓硫酸 96%

• 步琦凯氏定氮片

• 氢氧化钠 32%，

• 2% 硼酸与 Sher 指示剂

• 甘氨酸，含量 99.7%,Sigma Aldrich

样品：

实验过程

测定各种食品样品中的氮和蛋白质包括以下步骤：

• 样品均质化

• 样品的消化

• 蒸馏和滴定

对比消解标准品甘氨酸，奶粉，奶酪，香肠及牛奶巧克力样品等，使用不同的催化剂片及不同体积的浓硫酸做消解实验

表2：样品1–60消解参数(Kjeldahl Tablets Titanium, 8 & 15 mL of conc. H₂SO₄)

表3：样品61–120消解参数(Kjeldahl Tablet Missouri, 10 & 20 mL of conc. H₂SO₄)

表4: 样品121–180消解参数(Kjeldahl Tablet ECO, 8 & 16 mL of conc. H₂SO₄)

样品编号 1–30：8mL

样品编号 31–60：15mL

样品编号 61–90：10mL

样品编号 91–120：20mL

样品编号 121–150：8mL

样品编号 151–180：16mL

实验结果

5.1 使用凯氏定氮钛催化片进行的测量

使用不同类型的凯氏定氮片消化样品的结果。空白（要求< 5%）和样品（要求< 1%）的相对标准偏差（RSD）良好。此外，参考样品的回收率在要求范围内（98.0 ~ 102.0%），测定的蛋白质含量与期望值非常接近。与标准方法相比，在第一次测量时，每个样品的NaOH最多可节省43.0%。

5.2 使用凯氏定氮片 ECO 进行的测量

表7 - 10 展示了使用凯氏定氮片 ECO 和消泡片消化的样品结果。空白样品和样品的相对标准偏差（RSD）良好。此外，参考样品的回收率在要求的范围内（98.0  -  102.0%），测定的蛋白质含量也与预期值非常接近。

是否带反应检测传感器的凯氏定氮法比较

表 11 展示了是否使用反应监测传感器进行凯氏定氮蒸馏的蒸馏参数/步骤概览。若使用 反应监测传感器，则无需定义三个参数（(H₂O 体积、NaOH 体积和反应时间），只需定义一个参数（(H₂SO₄ 消解体积）。根据输入的值， 系统会自动进行样品预处理和加水。此外，系统还会自动检测碱化结束并停止 NaOH 的添加。

表 11：有无 RDS 的凯氏定氮法比较

结论

使用凯氏消解仪 K-449 和 MultiKjel K-365 以及反应检测传感器进行测定奶粉、奶酪、香肠和牛奶巧克力中的氮/蛋白质含量，可获得可靠且可重复的结果。所有测定结果均与标签值吻合良好，相对标准偏差低。此外，甘氨酸的所有回收率均在规定范围内（98.0 - 102.0%）。

由于采用了 RDS 技术，在所有测量系列中都节省了氢氧化钠溶液。对于用步琦凯氏定氮钛片消化的样品，RDS 表现最佳，每份样品平均可节省高达 43.2%的氢氧化钠，且碱化终点的检测非常可重复。在消化时硫酸用量较低（例如 8 或 10 mL）的情况下，所有测量中都节省了氢氧化钠。此外，对于含有机物量大、消化过程中消耗大量硫酸的样品，氢氧化钠的消耗量也显著降低。

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