当前课程知识点:精细化学品生产工艺学 > 第十章 精细化学品的分析 > 10.2 氮元素分析 > 讲义 10.2
10.2 氮元素的测定
1 三聚氰胺奶粉事件
2008年中国奶制品污染事件,是中国的一起食品安全事故。事故起因是很多食用三鹿集团生产的奶粉的婴儿被发现患有肾结石,随后在其奶粉中被发现化工原料三聚氰胺。
根据公布数字,截至2008年9月21日,因使用婴幼儿奶粉而接受门诊治疗咨询且已康复的婴幼儿累计39,965人,正在住院的有12,892人,此前已治愈出院1,579人,死亡4人,另截至到9月25日,香港有5人、澳门有1人确诊患病。事件迅速恶化,包括伊利、蒙牛、光明、圣元及雅士利在内的多个厂家的奶粉都检出三聚氰胺。该事件亦重创中国制造商品信誉,多个国家禁止了中国乳制品进口。2011年中国中央电视台《每周质量报告》调查发现,仍有7成中国民众不敢买国产奶。
为什么在奶粉中加入三聚氰胺?这与蛋白质的测定方法有关-实质是氮元素测定
2 氮的测定
有机物中很多含氮化合物,如氨基酸、蛋白质、胺类等,动植物体的主要成分都是含氮化合物,因此测定有机物中氮的含量具有重要的意义。有机物中氮的测定,通常是将有机物中氮转化为 N2 或 NH3 的形式。然后分别用气量法或气相色谱法测定 N2,用容量法或分光光度法测定 NH3,从而计算有机物中氮的百分含量。前法主要归于经典的杜马法(Dumas),后者归于经典的克达尔法 (Kjedahl) 。
图1 氮的测定
3 克达尔法
克达尔法亦称硫酸消化法。
3-1 基本原理
克达尔法全过程可分为:消化煮解、碱化蒸馏、吸收和滴定等四步。
①消化煮解。含氮化合物在催化剂的存在下,用浓硫酸煮沸分解 ,有机物中的氮转化为 NH3,被过量浓硫酸吸收生成 NH4HS04 。如以氨基乙酸为例,可用下式表示。
催化剂
H2 NCH2COOH + 3H2SO4 → 2CO2 ↑+4H2O+ 3SO2 ↑ +NH3 ↑
△
NH3 十 H2SO4 → NH4HSO4
②碱化蒸馏。于消化煮解后的溶液中加入过量的碱溶液,用直接蒸馏法或水蒸气蒸馏法将 NH3 蒸出。
NH4HSO4+2NaOH → NH3 ↑ +Na2SO4 十 2H2O
△
③吸收。蒸馏过程放出的NH3,可用硼酸吸收液吸收 ,生成硼酸氢铵。
NH3+H3BO3 → NH4H2BO3
④滴定。生成的硼酸氢铵是弱酸弱碱盐 ,可用盐酸标准溶液直接滴定。
NH4H2BO3 十 HC1 → NH4Cl+H3BO3 同样条件下进行空白实验。
3-2 分析结果的计算
分析结果按下式计算。
氮含量 = (V-V。)C × 14.01×100%
1000m
氮化物含量 = (V-V。)C M×100%
1000nm
V 一一试样试验消耗盐酸标准溶液的体积,mL
Vo-- 空白试验消耗盐酸标准溶液的体积 ,mL
C 一一盐酸标准溶液的浓度 ,mol · L-1;
m 一一试样的质量,g;
M 一一氮化物的摩尔质量 ,g·mol-l ;
n一一 -氮化物分子中氮的数目 ;
14.01 一一氮的摩尔原子量 ,g · mol-10
蒸馏过程放出的 NH3,也可用一定量的酸标准溶液吸收 ,再用碱标准溶液滴定过量的酸。因为需用两种标准溶液,过程麻烦,使用者较少。
克达尔法广泛应用于含氮化合物中总氮量的测定。也常用于化合物含量的测定。如食品中蛋白质含量的测定,一般都是测定总氮量后,乘以换算系数如 6.25 来计算出含量,此法迄今被作为法定的标准检验方法。又如利尿药物双氢氯噻嗪(sāi qín)等较复杂的含氮化合物,通常也采用克达尔法测其含量。
4 杜马法
试样置于填有氧化剂和还原铜的燃烧管中,在二氧化碳气流下,于 600~800 ℃燃烧分解 ,有机物中的氮转变为氮气。
图2 杜马法
氮气随二氧化碳气流进入装有 50% 氢氧化钾的氮量管中,二氧化碳被吸收,测量氮气的体积,再根据氮气的体积,换算成标准状况下氮气的质量 ,即可求出有机物中氮的含量。
经典的杜马法用氧化铜作氧化剂,近年来,已成功地应用四氧化三钴和高锰酸银热解产物作催化剂,改良了杜马法。可以顺利地测定多种难于燃烧分解的含氮化合物,并能在 短时间 (10~15min) 内完成,得到满意的结果。
5 两种方法的优缺点
克达尔法的仪器设备简单,测定过程也比较简便 ,又能同时测定多个试样 ,所以国内外应用较为普遍,多用于化工生产的常规分析。此法尤其适于氨基酸、蛋白质中氮的测定,但不能直接用于硝基化合物、亚硝基化合物、偶氮化合物及肼、腙等的测定。杜马法仪器装置比较复杂,因此 ,在实际应用中不如克达尔法普遍,但杜马法对于大多数含氮化合物都适用。所以,在使用克达尔法有困难或结果可疑的情况下 ,往往可用杜马法来测定或核对结果。
小结
有机物中氮的测定,通常是将有机物中氮转化为 N2 或 NH3 的形式。然后分别用气量法或气相色谱法测定 N2,用容量法或分光光度法测定 NH3,从而计算有机物中氮的百分含量。前法是杜马法(Dumas),后者是克达尔法 (Kjedahl) 。克达尔法的仪器设备简单,常用。杜马法仪器装置比较复杂,不常用,常用来核对结果。
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-4.1 胶粘剂概述
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-第六章 医药制剂笔记(北林林化17课程要求)
-7.1 造纸助剂概述
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-第七章 造纸助剂笔记
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--第八章 涂料笔记
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-9.2 活性炭纤维
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--第九章其它精细化学品笔记
-作业:梁希混合式教学笔记(8-9章)
-10.1 碳和氢元素分析
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-10.2 氮元素分析
--讲义 10.2
--考核-习题 10.2
-10.3 硫和卤素分析
--讲义 10.3
--考核-习题 10.3
-10.4 精细化工产品的仪器分析法
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--考核-习题 10.4
-第十章 精细化学品的分析检测 学习要点、结构导图及精华笔记
-第十章 精细化学品的分析笔记
-北林林化讨论课视频