Los científicos utilizan el método Kjeldahl para analizar el porcentaje de nitrógeno orgánico en una sustancia. Los niveles de nitrógeno se pueden usar para determinar la cantidad de proteína. El nombre completo del método es el método Kjeldahl de análisis de nitrógeno; a veces, el análisis de proteínas se usa en lugar del análisis de nitrógeno, pero los términos se refieren al mismo método.
El químico Johan Kjeldahl presentó por primera vez su método a la Sociedad Química Danesa en 1883. Determinó que, dado que el nitrógeno es un elemento importante en las proteínas, el análisis de nitrógeno podría usarse para determinar la cantidad de proteína en una sustancia. Sus hallazgos se han mejorado desde entonces, pero el método básico sigue vigente.
El método Kjeldahl consta de tres pasos, comúnmente denominados digestión, destilación y titulación. La digestión descompone el nitrógeno en amoníaco y la destilación separa el amoníaco de otros componentes. La cantidad de amoníaco se calcula mediante titulación, luego las cantidades de nitrógeno y proteína se pueden calcular en función de la cantidad de amoníaco.
Durante la etapa de digestión, una pequeña muestra de la sustancia a analizar se mezcla con ácido sulfúrico, sulfato de potasio y un catalizador que acelera la reacción. Esta mezcla se calienta a una temperatura muy alta, hasta 750 ° F (aproximadamente 400 ° C), durante aproximadamente una hora, luego se enfría. Las reacciones que tienen lugar en la mezcla calentada descomponen las moléculas grandes en componentes más pequeños, incluidos los iones de amonio.
La etapa de destilación convierte los iones de amonio en gas amoniaco añadiendo hidróxido de sodio a la mezcla. Luego se eleva la temperatura de la solución, convirtiendo el amoníaco en un gas volátil que se eleva en forma de vapor. Los vapores quedan atrapados en una solución, como ácido clorhídrico o ácido bórico.
El amoníaco atrapado en un ácido neutraliza parte del ácido, lo que significa que reduce el pH. La cantidad de ácido que queda después de esta neutralización se titula con una base, como el hidróxido de sodio. Se agrega un tinte a la solución de ácido y amoníaco, que cambia de color cuando cambia el pH. Luego, se agregan pequeñas cantidades de la base al ácido hasta que la solución cambie de color. La cantidad de base necesaria para alcanzar este punto final se puede usar para calcular la cantidad de amoníaco en la solución original.
Para calcular la cantidad de nitrógeno, un científico primero debe conocer la cantidad de moles de ácido y base que estaban presentes en la solución final. Al restar los moles de base de los moles de ácido se obtienen los moles de amoníaco. Los moles de amoníaco en la solución final son los mismos que los moles de nitrógeno, por lo que este número se multiplica por 14, la masa atómica del nitrógeno, para encontrar los gramos de nitrógeno.
El porcentaje de nitrógeno se calcula dividiendo los gramos de nitrógeno por el total de gramos de la muestra original y multiplicando por 100. El porcentaje de proteína del método Kjeldahl se calcula multiplicando el porcentaje de nitrógeno por un factor de conversión. Este factor de conversión suele ser 6.25, con la excepción de algunas sustancias como el trigo y los productos lácteos.