Bestimmung von Kjeldahl-Stickstoff

Stickstoff ist eines der fünf Hauptelemente, die in organischen Materialien wie Proteinen vorkommen. Diese Tatsache wurde erstmals von dem dänischen Chemiker Kjeldahl als Methode zur Bestimmung der Proteinmenge in Proben einer Vielzahl von Organismen erkannt. Kjeldahl hat diese Methode entwickelt, um den Stickstoffgehalt in Stoffgemischen zu bestimmen, die Ammoniumsalze, Nitrate oder organische Stickstoffverbindungen enthalten.

Das Hauptprinzip bei diesem Verfahren ist die Oxidation der organischen Verbindung mit starker Schwefelsäure. Wenn die organische Substanz oxidiert, wird der darin enthaltene Kohlenstoff zu Kohlendioxid und der Wasserstoff zu Wasser. Stickstoff aus Amingruppen wird in Ammoniumionen umgewandelt, die sich im oxidierenden Medium auflösen.

Die Kjeldahl-Methode der Stickstoffanalyse ist ein weltweit angewandter Standard zur Berechnung des Proteingehalts in einer Vielzahl von Materialien, von Futtermitteln für Menschen und Tiere, Düngemitteln, Abwasser und fossilen Brennstoffen.

Die Kjeldahl-Methode besteht aus drei Schritten, die in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden müssen:

• Die Probe wird zunächst in starker Schwefelsäure in Gegenwart eines Katalysators aufgeschlossen, der hilft, den Aminstickstoff in Ammoniumionen umzuwandeln.
• Die Ammoniumionen werden dann in Ammoniakgas umgewandelt, erhitzt und destilliert. Das Ammoniakgas wird in eine Auffanglösung geleitet, wo es sich auflöst und wieder zu einem Ammoniumion wird.
• Abschließend wird die durch Titration mit einer Standardlösung zurückgehaltene Ammoniakmenge bestimmt und berechnet.

Der erste Schritt (Probenaufschluss) ist der zeitaufwändigste Schritt in der Analyse. Der Zweck dieses Schritts besteht darin, die Bindungen aufzubrechen, die die Polypeptide zusammenhalten, und sie in einfachere Chemikalien wie Wasser, Kohlendioxid und Ammoniak umzuwandeln. Der nächste Schritt, die Destillation, dient dazu, Ammoniak (also Stickstoff) aus dem Aufschlussgemisch abzutrennen. Im dritten Schritt (Titration) neutralisiert Ammoniak beim Auflösen in der säurehaltigen Lösung einen Teil der dort vorgefundenen Salzsäure und titriert die verbleibende Säure zurück. Auf diese Weise kann die aus der Aufschlusslösung abdestillierte Ammoniakmenge berechnet und damit die Stickstoffmenge im Protein bestimmt werden.

Das Element Stickstoff ist die primäre Wachstumskomponente, die in Hunderten von chemischen Verbindungen von Düngemitteln, Lebensmitteln, Ölen, Wasser/Abwässern und Pharmazeutika bis hin zu Textilien vorkommt. Hohe Stickstoffkonzentrationen in Seen oder Bächen erhöhen indirekt den Sauerstoffbedarf, wodurch der Sauerstoffgehalt häufig zu toxischen Bedingungen abnimmt und Fische und andere Wasserorganismen getötet werden.

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