凱氏定氮儀簡介及其技術參數對比分析

概述

凱氏定氮儀是根據蛋白質中氮的含量恆定的原理，通過測定樣品中氮的含量從而計算蛋白質含量的儀器。因其蛋白質含量測量計算的方法叫做凱氏定氮法，故被稱為凱氏定氮儀，又名定氮儀、蛋白質測定儀、粗蛋白測定儀。

凱氏定氮法原理圖

原理

將有機化合物與硫酸共熱使其中的氮轉化為硫酸銨。在這一步中，經常會向混合物中加入硫酸鉀來提高中間產物的沸點。樣本的分析過程的終點很好判斷，因為這時混合物會變得無色且透明（開始時很暗）

在得到的溶液中加入少量氫氧化鈉，然後蒸餾。這一步會將銨鹽轉化成氨。而總氨量（由樣本的含氮量直接決定）會由反滴定法確定：冷凝管的末端會浸在硼酸溶液中。氨會和酸反應，而過量的酸則會在甲基橙的指示下用碳酸鈉滴定。滴定所得的結果乘以特定的轉換因子就可以得到結果。

適用範圍

凱氏定氮儀儀器用凱氏方法檢測穀物、食品、飼料、水、土壤、淤泥、沉澱物和化學品中的氨、蛋白質氮含量、酚、揮發性脂肪酸、氰化物、二氧化硫、乙醇等含量。具有相當好的性價比，僅僅滴定過程需要人工操作一下，非常適合實驗室及檢驗機構常規檢測。廣泛用於食品、農作物、種子、土壤、肥料等樣品的含氮量或蛋白質含量分析。

使用步驟

消化

1、準備6個凱氏燒瓶，標號。1、2、3號燒瓶中分別加入適當濃度的蛋白溶液1.0mL，樣品要加到燒瓶底部，切勿沾在瓶口及瓶頸上。再依次加入硫酸鉀-硫酸銅接觸劑0.3g，濃硫酸2.0mL，30%過氧化氫1.0mL。4、5、6號燒瓶作為空白對照，用以測定試劑中可能含有的微量含氮物質，對樣品測定進行校正。4、5、6號燒瓶中加入蒸餾水1.0mL代替樣液，其餘所加試劑與1、2、3號燒瓶相同。2、將加好試劑的各燒瓶放置消化架上，接好抽氣裝置。先用微火加熱煮沸，此時燒瓶內物質炭化變黑，並產生大量泡沫，務必注意防止氣泡衝出管口。待泡沫消失停止產生後，加大火力，保持瓶內液體微沸，至溶液澄清後，再繼續加熱使消化液微沸15min。在消化過程中要隨時轉動燒瓶，以使內壁粘著物質均能流入底部，以保證樣品完全消化。消化時放出的氣體內含SO2，具有強烈刺激性，因此自始至終應打開抽水泵將氣體抽入自來水排出。整個消化過程均應在通風櫥中進行。消化完全後，關閉火焰，使燒瓶冷卻至室溫。

蒸餾吸收

蒸餾和吸收是在微量凱氏定氮儀內進行的。凱氏定氮蒸餾裝置種類甚多，大體上都由蒸氣發生、氨的蒸餾和氨的吸收三部分組成。

1、儀器的洗滌

儀器安裝前，各部件需經一般方法洗滌乾淨，所用橡皮管、塞須浸在10%NaOH溶液中，煮約10min，水洗、水煮10min，再水洗數次，然後安裝並固定在一隻鐵架臺上。儀器使用前，微量全部管道都須經水蒸氣洗滌，以除去管道內可能殘留的氨，正在使用的儀器，每次測樣前，蒸氣洗滌5min即可。較長時間未使用的儀器，重複蒸氣洗滌，不得少於三次，並檢查儀器是否正常。仔細檢查各個連接處，保證不漏氣。 首先在蒸氣發生器中加約2/3體積蒸餾水，加入數滴硫酸使其保持酸性，以避免水中的氨被蒸出而影響結果，並放入少許沸石（或毛細管等），以防爆沸。沿小玻杯壁加入蒸餾水約20mL讓水經插管流入反應室，但玻杯內的水不要放光，塞上棒狀玻塞，保持水封，防止漏氣。蒸氣發生後，立即關閉廢液排放管上的開關，使蒸氣只能進入反應室，導致反應室內的水迅速沸騰，蒸出蒸氣由反應室上埠通過定氮球進入冷凝管冷卻，在冷凝管下端放置一個錐形瓶接收冷凝水。從定氮球發燙開始計時，連續蒸煮5min，然後移開煤氣燈。衝洗完畢，夾緊蒸氣發生器與收集器之間的連接橡膠管，由於氣體冷卻壓力降低，反應室內廢液自動抽到反應室外殼中，打開廢液排出口夾子放出廢液。如此清洗2～3次，再在冷凝管下換放一個盛有硼酸-指示劑混合液的錐形瓶使冷凝管下口完全浸沒在溶液中，蒸餾1～2min，觀察錐形瓶內的溶液是否變色。如不變色，表示蒸餾裝置內部已洗乾淨。移去錐形瓶，再蒸餾1～2min，用蒸餾水衝洗冷凝器下口，關閉煤氣燈，儀器即可供測樣品使用。

2、無機氮標準樣品的蒸餾吸收

由於定氮操作繁瑣，為了熟悉蒸餾和滴定的操作技術，初學者宜先用無機氮標準樣品進行反覆練習，再進行有機氮未知樣品的測定。常用已知濃度的標準硫酸銨測試三次。 取潔淨的100mL錐形瓶五隻，依次加入2%硼酸溶液20mL，次甲基藍-甲基紅混合指示劑（呈紫紅色）3～4滴，蓋好瓶口待用。取其中一隻錐形瓶承接在冷凝管下端，並使冷凝管的出口浸沒在溶液中。注意：在此操作之前必須先打開收集器活塞，以免錐形瓶內液體倒吸。準確吸取2mL硫酸銨標準液加到玻杯中，小心提起棒狀玻塞使硫酸銨溶液慢慢流入蒸餾瓶中，用少量蒸餾水衝洗小玻杯3次，一併放人蒸餾瓶中。然後用量筒向小玻杯中加入10 mL 30%NaOH溶液，使鹼液慢慢流入蒸餾瓶中，在鹼液尚未完全流入時，將棒狀玻塞蓋緊。向小玻杯中加約5mL蒸餾水，再慢慢打開玻塞，使一半水流入蒸餾瓶，一半留在小玻杯中作水封。關閉收集器活塞，加熱蒸氣發生器，進行蒸餾。錐形瓶中的硼酸-指示劑混合液由於吸收了氨，由紫紅色變成綠色。自變色時起，再蒸餾3～5min，移動錐形瓶使瓶內液面離開冷凝管下口約lcm，並用少量蒸餾水衝洗冷凝管下口，再繼續蒸餾1min，移開錐形瓶，蓋好，準備滴定。 在一次蒸餾完畢後，移去煤氣燈，夾緊蒸氣發生器與收集器間的橡膠管，排除反應完畢的廢液，用水衝洗小玻杯幾次，並將廢液排除。如此反覆衝洗乾淨後，即可進行下一個樣品的蒸餾。按以上方法用標準硫酸銨再做兩次。另取2mL蒸餾水代替標準硫酸銨進行空白測定二次。將各次蒸餾的錐形瓶一起滴定。

3、未知樣品及空白的蒸餾吸收

將消化好的蛋白樣品三支，空白對照液三支，依次作蒸餾吸收。 加5mL熱的蒸餾水至消化好的樣品或空白對照液中，通過小玻杯加到反應室中，再用熱蒸餾水洗滌小玻杯3次，每次用水量約3mL，洗滌液一併倒入反應室內。其餘操作按標準硫酸銨的蒸餾進行。 由於消化液內硫酸鉀濃度高而呈粘稠狀，不易從凱氏燒瓶內倒出，必須加入熱蒸餾水5 mL稀釋之，如果有結晶析出，必須微熱溶解，趁熱加入玻杯，使其流入反應室。此外，還應當注意趁儀器洗滌尚未完全冷卻時立即加入樣品或空白對照液，否則消化液通過冷卻的管道容易析出結晶，造成堵塞。

滴定

樣品和空白蒸餾完畢後，一起進行滴定。打開接受瓶蓋，用酸式微量滴定管以0.0100mol/L的標準鹽酸溶液進行滴定。待滴至瓶內溶液呈暗灰色時，用蒸餾水將錐形瓶內壁四周淋洗一次。若振搖後復現綠色，應再小心滴入標準鹽酸溶液半滴，振搖觀察瓶內溶液顏色變化，暗灰色在一二分鐘內不變，當視為到達滴定終點。若呈粉紅色，表明已超越滴定終點，可在已滴定耗用的標準鹽酸溶液用量中減去0.02mL，每組樣品的定氮終點顏色必須完全一致。空白對照液接受瓶內的溶液顏色不變或略有變化尚未出現綠色，可以不滴定。記錄每次滴定耗用標準鹽酸溶液毫升數，供計算用。

缺陷

從凱氏定氮原理可以知道：凱氏定氮法是將含氮有機物轉變為無機氮硫酸銨來進行檢測，以得到含氮量的測定值乘以一定係數得出蛋白質含量。而含氮有機物不僅僅是蛋白質，還有三聚氰胺等等。再加上食品中蛋白質含量的現行國家標準和國際通行測定方法是經典凱氏定氮法，這就為造假者提供了可乘之機。蛋白質中的含氮量不超過30%，三聚氰胺的最大的特點是含氮量很高（66%），溶於水後無色無味，也就是說在一杯清水中加入三聚氰胺，然後用凱氏定氮法檢測，結果顯示是含有蛋白質的。由於「凱氏定氮法」只能測出含氮量,並不能鑑定飼料中有無違規化學物質,所以,添加三聚氰胺的奶粉理論上可以測出較高的蛋白質含量。

應用

凱氏定氮法的普遍適用性、精確性和可重複性已經得到了國際的廣泛認可。它已經被確定為檢測食品中蛋白質含量的標準方法。但是，這種方法並不能給出真實的蛋白質含量，因為所測定的氮可能不僅僅是由蛋白質轉化來的。這可以從2007年美國寵物食品汙染事件和2008年中國毒奶粉事件等食品安全事件中被體現：三聚氰胺，一種含氮量較高的物質，被添加到了食品中以偽造較高的含氮量。另外，由於不同的胺基酸序列，這種方法也需要許多不同的校正因子。而且，凱氏定氮法還需要使用濃硫酸和較長時間的加熱（一般來講，大於1小時）。這也造成了在粗略測量蛋白質含量時，杜馬斯法有時更方便些。

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