A pesar de su antigüedad el método de Kjeldahl conserva su importancia hoy en día. Ya que, Kjeldahl(figura 1.1) ideó en 1883 un método para la determinación de nitrógeno en sus estudios sobre los cambios de proteínas en granos (grain) usado en la industria cervecera (1), llevados a cabo en el laboratorio de la Fundación Carlsberg. Desde entonces, el análisis de nitrógeno por Kjeldahl es una medida clásica en química analítica y ha sido extensamente usada durante los pasados 130 años. La continua aparición de nuevas evidencias y novedades justifica su valoración Además, el método se ha aplicado a casi todas las formas de nitrógeno orgánico a través de varios pre tratamientos y procedimientos modificados.
Figura1.1Johan Gustav Christofer Thorsager Kjeldahl (1849-1900). En Resumé du Compte-Rendu des Travaux du Laboratoire de Carlsberg, 1903.
Como es bien sabido el método de Kjeldahl implica una digestión ácida, destilación y posteriormente una valoración. En el método original, se usa ácido sulfúrico solo como medio de digestión. Diferentes reactivos o combinaciones de reactivos han sido usados para conseguir la descomposición de la material por el ácido sulfúrico (2), que transforma cuantitativamente la materia orgánica a iones amonio. Una digestión eficiente se asocia (3) con una serie de factores tales como digestor, temperatura de digestión, relación de ácido a sulfato potásico, catalizador, tiempo de digestión o uso de peróxido de hidrógeno. Las condiciones de la digestión se ajustan conforme a la concentración de la muestra y al tipo de material a ser analizado. El uso de un catalizador en la digestión de Kjeldahl acelera la oxidación y completa la digestión permitiendo la determinación de nitrógeno consecuente. El mercurio (su uso está declinando debido a consideraciones ambientales), selenio y cobre son los catalizadores elegidos, aunque para algunas aplicaciones el titanio ha encontrado algún uso.
El procedimiento puede definirse en términos de alícuota de muestra (macro, semimicro o micro) y por el método de ensayo del amonio generado, i.e. valoración ácido-base o acabado instrumental. Esto dependerá principalmente de la naturaleza de la muestra y el margen de error aceptado. Los métodos semimicro(TE-008/50-04) y micro(TE-040/25) han reducido considerablemente el tiempo requerido para la determinación. Tiempos de digestión cortos asociados con la máxima recuperación de nitrógeno pueden lograrse usando una metodología basada en el diseño experimental y en las superficies de respuesta, con procesos de digestión, y con la ayuda combinada del ácido sulfúrico-peróxido de hidrógeno sin catalizador (2).
Figura 1.2 El bloque digestor semimicro es un bloque robusto que logra uniformidad de temperatura mediante un controlador PID.
La cuantificación del amonio destilado se logra generalmente por valoración; el amoniaco es absorbido en un exceso de ácido bórico (4), seguido por valoración con un ácido estándar en presencia de un indicador apropiado (e.g. indicador de Tashiro: rojo de metilo al 0,1 % y azul de metileno al 0,1 %). El advenimiento de analizadores automáticos de nitrógeno por combustión (Dumas) en los últimos 20 años ha comenzado a reemplazar al método de digestión de Kjeldahl porque son menos laboriosos. Sin embargo, el método de Kjeldahl puede llevarse a cabo con recursos limitados; la determinación de nitrógeno por el método de Kjeldahl no requiere dispositivos costosos o técnicas especializadas, y es preciso y exacto (2).
Si bien el método NIR es un método práctico, requiere extensos datos para elaborar sus curvas de calibración. Para lo cual el método de Kjeldahl se utiliza para la calibración de éste y otros ensayos de proteínas; es todavía el método de referencia primario para el análisis de proteínas por encima del método de Dumas que son los dos únicos métodos aceptados.
Analizador NIR portátil de calidad de grano
El método original tal como lo presentó Kjeldahl ha sido objeto de continuas mejoras. Hoy día, los sistemas de digestión ofrecen seguridad tanto desde una perspectiva personal como desde un punto de vista medioambiental. La velocidad y versatilidad del método se ha incrementado así como simplificado el procedimiento analítico entero. Un amplio rango de bloques (blocs) de digestión, unidades de destilación (múltiples) y automáticos están disponibles hoy día (5-7). Los laboratorios cuya frecuencia de uso del análisis de nitrógeno por Kjeldahl no justifican la compra y mantenimiento de un equipo automatizado pueden beneficiarse de la aplicación de los métodos manuales (TE-0364). La determinación del contenido de nitrógeno es un análisis frecuentemente llevado a cabo en la industria y en el comercio, y numerosas organizaciones poseen métodos oficiales.
Figura 1.3 Destilador de Nitrógeno actual, calentamiento por arrastre de vapor.
Bibliografía
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- Sáez-Plaza P, Michalowski T, Navas MJ, Asuero AG, Wybraniec S. An overview of the Kjeldahl method of nitrogen determination. Part I. Early history, chemistry of the procedure, and titrimetric finish. Crit Rev Anal Chem 2013; 43(4): 178-223.
- Lynch JM, Barbano DM. Kjeldahl Nitrogen Analysis as a Refer- ence Method for Protein Determination in Dairy Products. J AOAC Int 1999; 82(6): 1389–98.
- ISO. ISO 5983–1:2005. Animal Feeding Stuffs – Determination of Nitrogen Content and Calculation of Crude Protein Content – Part 1: Kjeldahl Method. Geneve: International Organization for Standardization 2009.
- Persson JA, Wennerholm M, O’Halloran S. Handbook for Kjeldahl digestión. Hilleroed, Denmark: FOSS 2008.
- TECNAL TE-0365-1 Multi prueba destillation . 2018 .
- TECNAL. Kjeldahl Analysis automatical: New TE-0366 for distillation automatical in the Kjeldahl method .
Por: Ing. Gerardo Granados.