Gli scienziati usano il metodo Kjeldahl per analizzare la percentuale di azoto organico in una sostanza. I livelli di azoto possono quindi essere utilizzati per determinare la quantità di proteine. Il nome completo del metodo è il metodo Kjeldahl dell’analisi dell’azoto: a volte l’analisi delle proteine viene utilizzata al posto dell’analisi dell’azoto, ma i termini si riferiscono allo stesso metodo.
Il chimico Johan Kjeldahl presentò per la prima volta il suo metodo alla Società chimica danese nel 1883. Ha stabilito che, poiché l’azoto è un elemento importante nelle proteine, l’analisi dell’azoto potrebbe essere utilizzata per determinare la quantità di proteine in una sostanza. Le sue scoperte sono state migliorate da quel momento, ma il metodo di base rimane in vigore.
Il metodo Kjeldahl consiste in tre fasi, comunemente chiamate digestione, distillazione e titolazione. La digestione scompone l’azoto in ammoniaca e la distillazione separa l’ammoniaca dagli altri componenti. La quantità di ammoniaca viene calcolata utilizzando la titolazione, quindi le quantità di azoto e proteine possono essere calcolate in base alla quantità di ammoniaca.
Durante la fase di digestione, un piccolo campione della sostanza da analizzare viene miscelato con acido solforico, solfato di potassio e un catalizzatore che accelera la reazione. Questa miscela viene riscaldata a una temperatura molto elevata – fino a 750 ° F (circa 400 ° C) – per circa un’ora, quindi raffreddata. Le reazioni che avvengono nella miscela riscaldata scompongono le grandi molecole in componenti più piccoli, inclusi gli ioni ammonio.
La fase di distillazione converte gli ioni ammonio in ammoniaca gassosa aggiungendo idrossido di sodio alla miscela. Quindi la temperatura della soluzione viene innalzata, convertendo l’ammoniaca in un gas volatile che sale in vapore. I vapori sono intrappolati in una soluzione, come acido cloridrico o acido borico.
L’ammoniaca intrappolata in un acido neutralizza parte dell’acido, il che significa che abbassa il pH. La quantità di acido rimasta dopo questa neutralizzazione viene titolata con una base, come l’idrossido di sodio. Alla soluzione di acido e ammoniaca viene aggiunto un colorante, che cambia colore quando cambia il pH. Quindi piccole quantità della base vengono aggiunte all’acido fino a quando la soluzione non cambia colore. La quantità di base necessaria per raggiungere questo punto finale può essere utilizzata per calcolare la quantità di ammoniaca nella soluzione originale.
Per calcolare la quantità di azoto, uno scienziato deve prima conoscere il numero di moli di acido e base che erano presenti nella soluzione finale. Sottraendo le moli di base dalle moli di acido si ottengono le moli di ammoniaca. Le moli di ammoniaca nella soluzione finale sono le stesse moli di azoto, quindi questo numero viene moltiplicato per 14 – la massa atomica dell’azoto – per trovare i grammi di azoto.
La percentuale di azoto si trova dividendo i grammi di azoto per i grammi totali nel campione originale e moltiplicando per 100. La percentuale di proteine secondo il metodo Kjeldahl si trova moltiplicando la percentuale di azoto per un fattore di conversione. Questo fattore di conversione è solitamente 6.25, ad eccezione di alcune sostanze come il grano ei latticini.