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凯氏定氮法测定食品中蛋白质及在高考中应用

来源:未知作者:黄晓东 点击:所属专题: 凯氏定氮法 蛋白质
工艺技术 蛋白质被认为是构成生物体细胞组织的重要成分。食物中的蛋白质是人体中氮的唯一来源,具有糖类和脂肪不可替代的作用。含氮量是蛋白质区别于其他有机化合物的重要标志。 在检验食品中蛋白质时,通常是先检定出食品中的总氮量,然后乘以蛋白质换算系数,以此得到

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工艺技术

蛋白质被认为是构成生物体细胞组织的重要成分。食物中的蛋白质是人体中氮的唯一来源,具有糖类和脂肪不可替代的作用。含氮量是蛋白质区别于其他有机化合物的重要标志。

在检验食品中蛋白质时,通常是先检定出食品中的总氮量,然后乘以蛋白质换算系数,以此得到蛋白质含量。

凯氏定氮法由 Kieldahl 于 1883 年首先提出,至今仍被作为标准检验方法。

凯氏定氮法测定蛋白质分为样品消化、蒸馏、吸收和滴定过程。

原理

凯氏定氮法测定食品中蛋白质及在高考中应用

向样品中加入浓硫酸和催化剂,充分混匀,然后加热消化分解,样品中碳和氢被氧化成二氧化碳和水,其中的有机氮转化为硫酸铵。碱化蒸馏使氨游离,用硼酸吸收后以硫酸或盐酸标准滴定溶液滴定,根据酸的消耗量乘以换算系数,即为蛋白质的含量。

转换因子

转换因子是通过凯氏定氮法测得的氮换算为蛋白质的系数。理想状态下的蛋白质中的氮含量约为16%,所以测量值乘以6.25即为蛋白质量。下表为总结出的转换因子数值。


样本转换因子
乳制品6.38
面粉5.70
玉米、高粱6.24
花生5.46
大米5.95
大豆5.71
6.25
大麦、小米、燕麦、裸麦5.83
芝麻、向日葵5.30


样品消化

浓硫酸具有脱水性和氧化性,可使有机物中的碳、氢被氧化为二氧化碳和水,蛋白质会分解为氨,然后氨与硫酸结合生成硫酸铵。通常加入硫酸钾和硫酸铜作为催化剂来加快蛋白质分解。硫酸钾可以提高溶液的沸点,一般情况下,纯硫酸的沸点在 340 ℃左右,但是在添加硫酸钾后,可提高至 400 ℃以上。提高温度使有机物加快分解。但是不能加入过多的硫酸钾,否则会因为温度过高,使生成的硫酸铵发生热分解成氨而造成损失。硫酸铜除作为催化剂外,还可以指示消化终点的到达,有机物全部消化完全后,溶液呈现清澈的蓝绿色,硫酸铜还可以做蒸馏时碱性反应的指示剂。

蒸馏

消化液中的硫酸铵在碱性环境下会转化成氨。为防止水中微量的氨气受热逸出,影响测定结果,所以水蒸气发生器中的水要保持酸性。硫酸铵是一种强酸弱碱盐,需要足够的碱液使结合态的氨完全反应并释放出来,这个过程中的氢氧化钠一定要过量,过量的氢氧化钠会与硫酸铜生成蓝色的氢氧化铜沉淀,氢氧化铜受热分解成黑色的氧化铜沉淀。检验蒸馏是否完成,可用奈氏试纸法,NH4或 NH3遇奈氏试剂会反应生成棕红色的碘化汞铵化合物。

吸收

加热蒸馏放出的氨可用硼酸溶液吸收,硼酸有吸收氨的作用,又因其呈微弱酸性,不影响下一步滴定时指示剂的变色反应。温度过高会使硼酸吸收液对氨的吸收作用减弱,从而造成损失,故一般不超过 40 ℃。

NH3+H2BO3=NH3·H3BO3

滴定

待吸收完全后,用硫酸或者盐酸标准溶液进行酸碱滴定,滴定液的浓度直接影响结果的准确性,必须按照要求进行配制和标定。混合指示剂在中性溶液中呈灰色,滴定终点时液体呈灰色。

NH3·H3BO3+HCl= NH4Cl+H3BO3

注意事项

①所用的试剂溶液应用无氨蒸馏水配制;

②取样应具有代表性 , 取样前将样品充分混匀;

③样品称量放入凯氏烧瓶时,切勿使样品粘附在瓶颈部,避免样品未消化完全而造成氮损失;

④为了保证使烧瓶壁上的残渣消化完全,在消化过程中要不时地转动凯氏烧瓶;

⑤消化脂肪或糖含量较高的样品时,易产生大量泡沫,为防止泡沫溢出,消化时应先消化加热并不断摇动,或者加入少量辛醇或液体石蜡或硅油消泡剂;

⑥当样品消化液浑浊或未澄清透明时,可先将凯氏烧瓶放冷至室温后,再加入 30% 的过氧化氢,然后继续加热消化;

⑦加碱后,漏斗要进行水封,避免因装置漏气造成氨的逸出影响结果的准确性;

⑧要保证蒸馏装置不能漏气;

⑨在蒸馏时反应室与外界存在的压力差,蒸汽可将氨带出。故蒸馏时,要保证蒸汽均匀、充足,中间不能停止加热,防止发生倒吸;

⑩蒸馏前如果加碱后消化液呈蓝色而没有生成氢氧化铜沉淀,说明加入的碱量不足,需要适量补加碱;

蒸馏时为防止水蒸气发生器内液体爆沸,加入几片碎瓷片或大的玻璃珠,玻璃珠直径最好大于联通的玻璃管直径,以免玻璃珠进入玻璃管内影响蒸汽均匀、充足的输出;冷凝管下端要插入硼酸吸收液液面以下,防止氨逸出,蒸馏完毕后先将冷凝管下端提离液面,再蒸 1 min后清洗管口,再移开吸收瓶,最后关掉热源,否则可能发生倒吸。

结语

凯氏定氮法经典、准确,适用于食品中蛋白质的测定。但是因样品中一般会含有一些非蛋白质的含氮化合物,所以凯氏定氮法测定结果为样品中粗蛋白质含量。然而,此法实际上测的不是蛋白质含量,而是通过测氮含量来推算出样品中蛋白质的含量。

在凯氏定氮法中消化操作的条件是产生误差的主要原因,因此要格外注意。

在实际的生产实验中,每一步应该严格按照标准的规定来进行操作。本文为笔者日常工作实验总结所得,望对实验者有些许帮助。


2017年高考

凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用如图所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。已知:NH3+H2BO3=NH3·H3BO3;NH3·H3BO3+HCl= NH4Cl+H3BO3


凯氏定氮法测定食品中蛋白质及在高考中应用


回答下列问题:

(1)a的作用是____________________。

(2)b中放入少量碎瓷片的目的是___________________。f的名称是_______________。

(3)清洗仪器:g中加蒸馏水;打开K1,关闭K2、K3,加热b,蒸气充满管路;停止加热,关闭K1,g中蒸馏水倒吸入c,原因是____________________;打开K2放掉水。重复操作2~3次。

(4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗d,关闭K3,d中保留少量水。打开K1,加热b,使水蒸气进入e。

①d中保留少量水的目的是____________________

②e中主要反应的离子方程式为____________________。e采用中空双层玻璃瓶的作用是____________________。

(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定,滴定g中吸收时消耗浓度为c mol·L-1的盐酸V mL,则样品中氮的质量分数为_______%,样品的纯度≤______  %。


解析:本题考查实验方案设计与评价。蛋白质是含氮的有机化合物。蛋白质与硫酸和催化剂一同加热消化,使蛋白质分解,分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵。然后碱化蒸馏使氨游离,用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸标准溶液滴定,根据酸的消耗量乘以换算系数,并换算成蛋白质含量。题给装置为定氮蒸馏装置,b为蒸汽发生瓶、c为汽水分离管、e为反应管使氨气完全蒸馏出来、g为氨气吸收装置。

(1)a管插入水中起安全瓶作用,若烧瓶内气压过高水会进入a管中维持压强平衡。

(2)b中放入少量碎瓷片的目的是防止暴沸,f的名称是直型冷凝管。

(3)清洗仪器时,停止加热,关闭K1,c中水蒸气冷凝为水后,装置内气体压强小于外界大气压,在外界大气压的作用下,g中蒸馏水由e倒吸进入c中,起到清洗仪器的目的。

(4)d中保留少量水可以防止氨气逸出,也可以用PH试纸试馏出液是否为碱性检验氨是否完全蒸馏出来。e采用中空双层玻璃瓶的作用是减少热量损失,有利于铵根转化为氨气逸出。

(5)由题意可知甘氨酸中n(C2H3NO2)=n(N)= n(HCl)=cV×10-3mol,则样品中氮的质量分数为凯氏定氮法测定食品中蛋白质及在高考中应用,样品的纯度≤凯氏定氮法测定食品中蛋白质及在高考中应用

答案:

(1)安全管,烧瓶内气压过大,水会进入a管中维持压强平衡

(2)防止暴沸  直型冷凝管

(3)c、e及其所连接的管道内水蒸气冷凝为水后,气压远小于外界大气压,在大气压的作用下,锥形瓶内的蒸馏水被倒吸入c中

(4)①防漏气,便于检验d氨是否完全蒸馏出来

NH4+OH凯氏定氮法测定食品中蛋白质及在高考中应用NH3↑+H2O,减少热量损失,有利于铵根转化为氨气逸出

(5)凯氏定氮法测定食品中蛋白质及在高考中应用  ,凯氏定氮法测定食品中蛋白质及在高考中应用

(责任编辑:化学自习室)
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