Для чего нужна колба кьельдаля

Посуда специального назначения (1 2 3 4)

Круглодонные колбы (рис.55) изготовляют из обыкновенного и из специального (например, иенского) стекла. Все, что сказано об обращении с плоскодонными колбами, относится и к круглодонным; их применяют при многих работах. Некоторые круглодонные колбы имеют короткое, но широкое горло.

Для нагревания круглодонных колб на голом пламени применяют асбестированные сетки с полушаровидным углублением.

Круглодонные колбы, так же как и плоскодонные, бывают самой разнообразной емкости; со шлифом на горле и без него.

Круглодонные колбы удобно ставить в подставки из дерева, имеющие углубление (рис. 56). Применяют также подставки в виде колец разного диаметра, изготовленные из различных материалов, например из резины, резиновых трубок и др.

Колбы Кьельдаля имеют грушевидную форму и удлиненное горло (рис. 57), их применяют для определения азота по Кьельдалю; емкость их обычно от 300 до 800 мл. Такие колбы изготовляют из тугоплавкого и термостойкого стекла типа пирекс.

Колбы для дистилляции. Для перегонки жидкостей применяют специальные колбы, например колбы Вюрца, Клайзена, Арбузова и другие.

Наиболее распространены колбы Вюрца (рис. 58) емкостью от 50 мл до 1—2 л; они представляют собой круглодонные колбы с длинным горлом, от которого отходит под углом длинная узкая отводная трубка.

Рис.55 Круглодонные колбы.

Рис.56 Подставлка для круглодонных колб.

Рис. 57. Колба Кьельдаля и установка для нагревания таких колб.

Эта трубка может быть расположена на различном расстоянии от шара колбы. Колбы Вюрца, имеющие пароотводную трубку, расположенную близко к шару, предназначены для перегонки веществ с низкой температурой кипения. Колбы с пароотводной трубкой, расположенной на середине горла, применяются для перегонки веществ со средней температурой кипения. Высококипя-щие жидкости перегоняют в колбах Вюрца, пароотводная трубка которых расположена ближе к открытому концу горла.

При работе в горло колбы Вюрца плотно вставляют корковую или резиновую пробку с термометром, а боковую трубку присоединяют на пробке или шлифе к холодильнику. Термометр устанавливают так, чтобы его

Рис. 58. Колбы Вюрца.

чтобы резервуар не касался стенок шейки и был посредине ее против отверстия отводной трубки. Пробки на боковую трубку надевают так, чтобы конец трубки, который будет вставлен в холодильник, входил в него не менее чем на 4—5 см.

Когда колба подготовлена, ее укрепляют в лапке на штативе, помещают на баню или на асбестированную сетку и затем присоединяют к ней холодильник. Перед началом работы пробку с термометром вынимают, в горло вставляют воронку с концом такой длины, чтобы он был ниже уровня отводной трубки, и в колбу наливают жидкость, которую нужно перегнать. Когда жидкость заполнит шар колбы максимум на 3/4, последнюю закрывают пробкой с термометром, проверяют еще раз весь прибор и приступают к перегонке.

Колбы с саблеобразной отводной трубкой (рис. 59) применяют для перегонки или сублимации веществ с высокой точкой затвердевания. Они имеют широкую саблеобразную отводную трубку, которая служит как воздушч. ный холодильник и одновременно как приемник. Наибо* лее употребительны колбы емкостью 50, 100 или 250 мл.

Колба Клайзена (рис. 60) отличается от колбы Вюрца тем, что ее горло имеет две шейки, причем одна снабжена отводной трубкой коленчатой формы. Иногда шейки бывают с одним или несколькими шаровидными расширениями. Колбы Клайзена применяют для перегонки жидкостей под уменьшенным давлением.

Верхняя часть обеих шеек колбы Клайзена несколько оттянута, и поместить в нее термометр на пробке, как. в колбу Вюрца, нельзя. Термометр в шейке колбы Клайзена закрепляют при помощи отрезка эластичной резиновой трубки длиной около 3 см. Трубку надевают на ту шейку колбы, у которой имеется отводная трубка, причем резиновая трубка должна выступать над шейкой на 1—1,5 см, и вставляют термометр диаметром чуть меньше диаметра шейки колбы. Положение резервуара термометра должно быть такое же, как и в колбе Вюрца.

Рис. 59. Колба с саблеобразной отводной трубкой.

Рис. 60. Колба Клайзена.

В другую шейку совершенно аналогично вставляют стеклянную трубку, конец которой, находящийся внутри колбы, вытянут в капилляр. Капилляр должен находиться на расстоянии 2—3 мм от дна колбы. На наружную часть этой трубки надевают резиновую трубку, снабженную винтовым зажимом. В резиновую трубку рекомендуется вставить отрезок тонкой проволоки, чтобы в месте сдавливания трубки зажимом резина не слипалась. Такое приспособление дает возможность создавать канал с очень малым сечением для регулирования поступления воздуха в колбу.

Вводить в колбу воздух при вакуум-перегонке необходимо для того, чтобы предотвратить или смягчить толчки и удары, которые наблюдаются при перегонке жидкостей под вакуумом. Однако следует помнить, что при пропускании струи воздуха температура кипения будет ниже истинной. В этом легко убедиться, если начать пропускать воздух очень интенсивно. Поэтому для поддержания температуры кипения близкой к истинной струя воздуха не должна быть сильной. Достаточно, если воздух будет проходить маленькими пузырьками по одному пузырьку в секунду.

Отводную трубку соединяют с холодильником при помощи резиновой пробки.

Колба Арбузова (рис. 61)— это усовершенствованная колба Клайзена. Такие колбы обладают большой

Рис. 61. Колба Арбузова. Рис. 62. Аллонж.

дефлегмационной способностью. При работе с колбой Арбузова исключается возможность попадания жидкости из колбы в приемник, так как оба горла колбы соединены между собой и в случае внезапного вскипания жидкость попадает в расширенную часть и стекает обратно в колбу. Колбы Арбузова обычно бывают емкостью от 20 до 1000 мл.

Аллонжи — стеклянные изогнутые трубки (рис. 62). Аллонжи применяют при перегонке для соединения, холодильника с приемником и при других работах.

К широкому концу аллонжа вначале подбирают пробку, в которой просверливают отверстие для фор-штоса холодильника; Форштос холодильника должен входить в аллонж на 3—4 см. Узкий конец аллонжа опускают в приемник.

Эксикаторы — приборы, применяемые для медленного высушивания и для сохранения веществ, легко поглощающих влагу из воздуха. Эксикаторы закрывают стеклянными крышками, края которых притерты к верхней части цилиндра. Различают два основных типа эксикаторов: обыкновенные (рис.63) и вакуум-экс и* каторы (рис. 64). Последние имеют отверстие, в ко*, торое на резиновой пробке вставляют трубку с краном или же в крышке имеется тубус с притертой пробкой, к которой припаяна стеклянная трубка с краном; это дает возможность соединять эксикатор с вакуум-насосом и, создавая внутри эксикатора уменьшенное давление, ве-сти высушивание под вакуумом (рис. 65). Между ваку-ум-эксикатором / и вакуум-насосом обычно помещают манометр 2 и предохранительную склянку 3.

Некоторые вакуум-эксикаторы (см. рис. 64) имеют приспособление для обогрева при помощи электричества, В таком эксикаторе возможно вести высушивание в вакууме при подогреве. Впускать воздух в вакуум-эксикатор нужно очень осторой(но, так как струя врывающегося воздуха может разбросать высушиваемое вещество. Поэтому впускной кран нужно поворачивать очень медленно и поднимать крышку только через несколько минут пс(сле того, как впускной кран будет приоткрыт.

Рис. 64, Вакуум-эксикаторы.

стеклом (кроме тех случаев, когда в эксикатор ставят горячие тигли). Класть стекло нужно на пробки, чтобы не изолировать цилиндрическую часть эксикатора от конусообразной.При работе с эксикатором необходимо следить, чтобы притертые части всегда были слегка смазаны вазелином или другой смазкой. Эксикаторы очень часто приходится переносить с места на место, и при этом нередки случаи, когда крышка соскальзывает и разбивается. Поэтому при переноске эксикатора обязательно нужно придерживать крышку (рис. 67).

Рис. 65. Схема соединения вакуум-эксикатора с вакуум-насосом:

1 — вакуум-эксикатор; 2 — манометр; 3 — предохранительная склянка.

* Рис. 66. Фарфоровые вкладки для эксикаторов.

Если в эксикатор ставят горячие тигли, то вследствие нагревания воздуха крышка иногда приподнимается, при этом она может соскользнуть и разбиться. Поэтому, поместив горячий тигель в эксикатор и накрыв его крышкой, ее некоторое время притирают, т. е. двигают вправо и влево. При остывании тигля внутри эксикатора создается небольшой вакуум и крышка держится очень плотно. Чтобы открыть эксикатор, нужно не поднимать крышку, а сначала сдвинуть ее в сторону, после чего она легко снимается (рис.- 68).

Для того чтобы облегчить снимание крышки с вакуум-эксикатора, рекомендуется помещать полиэтиленовую прокладку между фланцами крышки и эксикатора. Прокладка приклеивается к фланцу эксикатора вакуумной смазкой. Смазывать крышку не следует. В эксикаторе с такой прокладкой вакуум удерживается до 3 дней.

Рис. 67. Положение рук при переноске эксикатора.

Рис. 68. Открывание эксикатора.

В качестве водопоглощающих средств для снаряжения эксикаторов применяют различные поглотители.

Посуда специального назначения (1 2 3 4)

Источник

Метод Кьельдаля

Когда азот находится в органической форме, соединение сначала минерализуется, чтобы перейти в минеральный азот. Органическая молекула разрушается путем окисления ее при температуре кипения концентрированной серной кислотой (H ₂ SO ₄ ) в присутствии катализатора : углерод удаляется в виде диоксида углерода (CO ₂ ), водород в виде воды и азота остается в растворе в виде иона аммония (NH ₄ + ).

Резюме

Исторический

Принцип

Разложение органического вещества представляет собой азот с использованием катализатора (далее сульфат меди и сульфат калия ), из серной кислоты при высокой температуре ( 380 ° C ).

Сода добавляется в избытке, чтобы изменить кислотный pH до основного pH, что приводит к получению аммиака. Аммиака в увлекаются воды пара путем перегонки. НЕТ ЧАС 3 <\ displaystyle <\ rm >>>

Пары аммиака конденсируются при контакте с хладагентом.

Режим работы

Минерализация обычно проводится в минерализаторе в течение от 1 часа 30 минут до 3 часов. Минерализация проводится под вытяжным шкафом (пары минерализации очень раздражают и токсичны из-за серной кислоты) или всасыванием колпаком, который восстанавливает выделение кислоты, чтобы она прошла в воде, а затем в растворе соды с цветной индикатор (обычно бромтимоловый синий ).

Колба теперь содержит атомы азота в виде соли аммония (кроме нитратов и нитритов).

Перегонка аммиака

Добавьте избыток концентрированной соды, слегка нагревая колбу, чтобы изменить pH до щелочной среды, это изменение pH превратит соли аммония в аммиак, который «испарится».

Аммиак пройдет через хладагент, что приведет к его возврату в жидкой форме, а затем перейдет в борную кислоту (прямая дозировка) или избыток сильной кислоты (непрямая дозировка), которая улавливает его (см. Принцип).

Прямое определение аммиака

Выполняется прямой кислотно-щелочной анализ; есть косвенный метод: борную кислоту заменяют избытком серной кислоты, и этот избыток кислоты дозируют после перегонки.

Борная кислота не влияет на pH (слабая кислота).

В качестве меры предосторожности удалите раствор перед прекращением нагрева, чтобы избежать сифона.

Расчет от прямого дозирования

Нахождение результата в г% (м / об):

1 моль кислоты реагирует с 1 моль аммиака, поэтому мы получаем следующее равенство:

1 моль кислоты = 1 моль аммиака (отмечен моль N)

n (моль) = C (моль / л) * V (л)

моль N = C кислоты (обозначено C1) * V эквивалента (обозначено Va).

m N (масса азота) = M молярная масса азота (г / моль) * n N (моль)

ищем результат в г%, умножаем на 100 и делим на массу образца.

Пример: определение общего азота в молоке

Режим работы

Минерализация

Довести до кипения. Затем от осветления раствора кипячение продолжают в течение трех часов.

Восстановление аммиака

в воздушном шаре мы вводим:

Колба умеренно нагревается.

Расчеты

Один моль NH ₃ образуется из одного моля атомов азота (N). Итак, найдя количество молей атомов азота, мы можем определить его массовую концентрацию.

Источник

Одна из важнейших конструкций для определения азота в органических веществах – аппарат Кьельдаля на шлифах. Назван в честь химика, который использовал данный метод (1883 год).

Установка состоит из нескольких стеклянных элементов, позволяющих провести полное исследование, начиная от пробоподготовки, а заканчивая конечным определением содержания нитрогена. Данная конструкция незаменима в химических, пищевых, экологических, нефте-химических и других лабораториях.

Для чего используется Аппарат Кьельдаля?

Подходит для объектов, в которых азот соединен с водородом или углеводом.

Объекты исследования методом Кьельдаля:

В кормах или зернопродуктах определяют белок в пересчете на азот и аминокислоты. В живых объектах данный метод позволяет узнать количество белка. Азот в мясе физиологи стали определять при помощи метода Кьельдаля, так как это позволяет избежать длительного высушивания и обезжиривания образов. Этот подход в физиологии впервые использовал Павлов И.П.

Краткое описание аппарата Кьельдаля

Обычно установка имеет такие размеры: 59,5х11,4х39,5 см.

Стандартная установка Кьельдаля (шифр 1706) состоит из следующих элементов:

Хоть все соединено шлифами, для лучшей герметичности их закрепляют хомутами, пружинами. Предпочтительнее брать посуду из боросиликатного стекла, она отличается большей термостойкостью плюс химической инертностью. Для разложения удобнее использовать колбу Кьельдаля без шлифа, так проще переносить навеску на дно колбы (размеры навесок очень маленькие, каждая утерянная пылинка образца будет важна).

Дополнительно понадобятся: плитка для разложения, водопровод и канализация, баня для отгонки и титровальная установка (титратор или бюретка). Обязательно вытяжной шкаф.

Метод Кьельдаля постадийно

Метод Кьельдаля бывает нескольких видов: классический (прямое или обратное титрование), ускоренный (сжигание в потоке кислорода) и микрометод. Арбитражным считается классический вариант.

Основные стадии метода Кьельдаля:

Все операции проводятся под вытяжкой. Особенно это касается озоления, когда концентрированная серная кислота, катализатор (если берется селен, то особенно опасно) с образцом кипятится длительное время.

Разложение образца производится при помощи концентрированной серной кислоты. Вся органическая часть пробы распадается на простые составляющие. Для полного озоления используется катализатор (подбирают от типа образца). В результате азот из белка и аммония переходит в сульфат аммония ((NH₄)₂SO₄).

Из водного раствора аммоний сульфат при воздействии концентрированной щелочи аммиак отгоняется в приемную колбу с точным объемом борной кислоты или другого реактива. Перегоняют до полного перехода аммиака (дистиллят проверяют нитратом серебра или другим способом на следы NH₄OH). Обычно отгоняют 100 см³ или больше.

Методом кислотно-основного титрования определяют полученный азот.

При помощи контрольного опыта вычитаются следы азота, которые могут присутствовать в реактивах или воде. Титруют чаще серной кислотой до полной нейтрализации в присутствии смешанного катализатора.

Размер навески для каждого конкретного объекта исследований указан в НД. Если необходимо вес подбирают так, чтобы азот полностью озолился используемым объемом серной кислоты. Если вес большой, размер навески уменьшают или увеличивают концентрации реактивов, учитывая все параметры и данные в расчетах.

Арбитражный метод Кельдаля или автоматизация процесса?

Не смотря на то, что производители предлагают автоматизировать как отдельные этапы метода Кьельдаля, так весь процесс полностью, арбитражное определение «на стекле» не теряет свою востребованность и актуальность. К этому методу прибегают, чтобы подготовить контрольные образцы или проверить оборудование, работающее по методу Кьельдаля. Поэтому, каждая лаборатория стремится купить аппарат Кьельдаля на шлифах для контрольных проверок, контроля качества, проверки точности работы установок.

Первую стадию автоматизирую при помощи блоков разложения или дегисторов. Вторую – при помощи автоматической отгонки. Третью – титратором. Для совмещения второго и третьего этапа применяют автоматические анализаторы. Не смотря на ускорение отгонки и титрования до десяти минут, процесс разложения проходит так же долго, начиная от часа и дольше.

Источник

Метод Кьельдаля: сущность, стандарты, образцы, оборудование

Метод Кьельдаля — один из самых распространённых способов количественного определения азота в органических веществах. Его используют для определения белков (или других азотсодержащих органических веществ) в мясной и молочной продукции, соках, сырах, пиве, кондитерских изделиях, зерновых и бобовых культурах, лекарственных средствах.

Сущность метода

Датский химик Йохан Кьельдаль создал метод определения общего азота ещё в 1883 году. С тех пор принципиально в методе ничего не поменялось — полученные результаты отличаются точностью и хорошей воспроизводимостью. Все усовершенствования направлены на ускорение процесса (в основном на подбор новых нетоксичных катализаторов) и автоматизацию стадий.

Определение азота в пробе проходит в три этапа.

Органическую пробу, особым образом подготовленную, нагревают с серной кислотой в присутствии катализатора (CuSO₄, солей ртути или каких-то других катализаторов, которые обязательно указаны в стандарте). При этом связанный азот (в виде амино-, амидо-, нитро-, нитрозо-, азо-, азокси-групп) переходит в сульфат аммония (NH₄)₂SO₄. Этот процесс называется озолением или минерализацией.

Затем полученный раствор подвергают воздействию концентрированной щёлочи. В результате реакции высвобождается аммиак.

Полученный аммиак отгоняют в приёмную колбу, в которой находится борная кислота, связывающая его в лабильный комплекс.

На третьем этапе анализа полученный аммиак титруют серной или азотной кислотой. Полученные результаты титрования используют для вычисления массовой доли общего азота и дальнейших расчётов (например, количества общего белка).

Вот так выглядела установка Кьельдаля во времена Кьельдаля

Стандарты

Метод Кьельдаля на сегодняшний день является референтной методикой измерений. Это значит, что результаты измерения могут использоваться для оценки правильности измеренных значений величины, полученных по другим методикам, а также для калибровки или определения характеристик стандартных образцов.

Общие указания по определению содержания азота методом Кьельдаля приведены в ГОСТ 26889-86 (он до сих пор действующий, последняя редакция была 1 марта 2010 года). В нём приведены рекомендации по проведению анализа, но указано, что отдельные моменты могут быть приведены в более специализированных стандартах.

Все эти стандарты оговаривают, что вместо стандартной стеклянной установки Кьельдаля можно использовать автоматическое оборудование.

Оборудование для анализа по Кьельдалю

Для облегчения и ускорения анализа существует целый комплекс оборудования, которое позволяет значительно упростить работу лаборанта, минимизировать возможные ошибки определения и проводить одновременно серию анализов.

Минерализация

Для осуществления минерализации (первого этапа в анализе) были разработаны специальные сжигатели, которые называют дигесторами (или просто приборами для разложения проб). Они позволяют проводить минерализацию при точной и высокой температуре. Оптимальной температурой для процесса считается 360-380 °С, так как уже при 390 °С начинаются первые потери азота, а при более низких температурах реакция не даёт стопроцентного выхода. Но различные стандарты определяют свою температуру для разных образцов, и она может быть выше: например по ГОСТ 54662-2011 для анализа сыров требуется температура минерализации 420±10 °С, а для анализа молока по ГОСТ 34454-2018 нужен нагрев до 450-500 °С.

Дигесторы позволяют одновременно подготавливать несколько проб, обычно 4, 6, 8 или 12. Объём пробы составляет порядка 200-250 мл. Есть дигесторы, рассчитанные на больший объём пробы: Gerhardt TURBOTHERM TTs 625 позволяет работать с пробами до 300 мл, а TTs 480 до 800 мл.

К дигестору обязательно прилагается скруббер — прибор, который будет улавливать и очищать пары. Он конденсирует агрессивные кислотные пары, нейтрализует их в щёлочи и затем разбавляет водой.

Всё многообразие установок для разложения проб от Gerhardt

Дистилляция

Для ускорения второго этапа — дистилляции — существуют специальные дистилляционные аппараты, которые оснащены встроенным парогенератором и устройством для автоматической подачи в дистилляционную колбу необходимых количеств щёлочи и воды. Дистилляция занимает всего 3-5 мин. В зависимости от степени автоматизации (то есть сложности и стоимости дистиллятора), дистилляторы могут добавлять заданное количество воды и щёлочи, борной кислоты и даже (если они совмещены с титратором) автоматически проводить титрование и выдавать готовый результат.
В моделях Gerhard VAPODEST 200, Beger SDU 100 и LOIP LK-500 пользователь задаёт необходимое количество добавляемой щёлочи и время дистилляции, в VAPODEST VAP 300 можно ещё регулировать количество воды для охлаждения, а VAP 400 в дополнение ко всему позволяет добавить нужное количество борной кислоты.

Различные модели VAP

Титрование

Последний этап анализа — это кислотно-основное титрование аммиака серной кислотой. Борная кислота образует лабильный комплекс с аммиаком. Её добавляют только для того, чтобы избежать потерь аммиака вследствие его испарения, и в титровании она не участвует. Конечную точку титрования можно определить вручную, но намного проще и точнее использовать автоматический титратор. Есть приборы, которые совмещают дистиллятор и титратор, к примеру, у VAP 450 есть внешний титратор и ПО, которое посчитает готовый результат.

Если позволяют средства, то лаборатория может приобрести полностью автоматизированный комплекс для анализа методом Кьельдаля. В работе с ним участие человека сводится к взвешиванию образца и размещению навески в минерализационной колбе, всё остальное комплекс сделает сам.

Полученные результаты анализа выражают в пересчёте на азот (N). Если делается пересчёт на содержание общего белка, то обязательно указывают коэффициент пересчёта. Этот коэффициент и формулировки расчёта будут зависеть от стандарта, по которому проводятся измерения.

Автоматический дистилляционный комплекс

Нужна помощь в подборе оборудования? Менеджеры компании «НВ-Лаб» помогут выбрать оборудование исходя из методик и стандартов, использующихся конкретно в вашей лаборатории. Звоните или пишите:

Источник