کجلدال

دستگاه کجلدال و کاربرد آن

کجلدال به منظور تخمین محتوای پروتئینی غذاها مورد استفاده قرار می­گیرد. از دستگاه کجلدال همچنین به منظور ارزیابی خاک­ها ، فاضلاب­ها ، کود­ها و سایر مواد استفاده می­شود .لازم به ذکر است که دستگاه کجلدال میزان واقعی محتوای پروتئینی را نشان نمی­دهد ، ولی نیتروژن غیر پروتئینی به علاوه­ی نیتروژن موجود در پروتئین­ها را مورد ارزیابی قرار می­دهد. در قیاس با روش دوماس به منظور اندازه گیری میزان محتوای پروتئینی خام معایبی وجود دارد و از جمله این عیب­ها می­توان نیاز به سولفوریک اسید غلیظ شده در دمای بالا و زمان آزمایش نسبتا بالا را نام برد.

روش کجلدال در اوایل سال 1883 توسط یوهان کجلدال توسعه یافت و امروزه نیز این شکل مورد استفاده قرار می­گیرد. وی هنگام مطالعه بر روی پروتئین­ها در حین تولید مالت­، روشی را برای تعیین میزان نیتروژن ایجاد کرد که سریع تر و دقیق تر از هر روش موجود در آن زمان بود.

می­توان این روش را به 3 مرحله اصلی تقسیم کرد:

• Digestion of the samples with Sulphuric acid
• Distillation of the digestion solution with steam
• Titration of the distillate and calculation of the result

مراحل اصلی تجزیه و تحلیل کجلدال

هضم: تجزیه نیتروژن در نمونه­های آلی با استفاده از محلول اسید غلیظ. این امر با جوشاندن یک نمونه همگن در اسید سولفوریک غلیظ حاصل می­شود. نتیجه نهایی یک محلول سولفات آمونیوم است.

C_nH_mN_x + H₂SO₄ → n CO₂ + ½ m H₂O + ½ x (NH₄)₂SO₄ (solv)

تقطیر: یون­های آمونیوم به گاز آمونیاک تبدیل شده و تحت حرارت قرار داده می­شوند تا تقطیر شوند . گاز آمونیاک به درون یک محلول به تله انداز هدایت می­شود که در آن جا حل شده و دوباره به یون آمونیوم تبدیل می­شود. ( افزودن باز اضافی به مخلوط هضم اسید برای تبدیل ⁺NH₄  به NH₃ و به دنبال آن جوش و متراکم شدن گاز آمونیاک NH₃ در محلول دریافت کننده).

NH₃ + H₃BO₃ → NH₄⁺ + H₂BO₃^–

تیتراسیون: برای تعیین مقدار آمونیاک در محلول دریافت کننده است. مقدار نیتروژن موجود در یک نمونه را می­توان از مقدار کمی یون­های آمونیاک در محلول دریافت کننده محاسبه کرد.

NH₄⁺ + H₂BO₃^– + HCl → NH₄CL + H₃BO₃

عملکرد دستگاه کجلدال

شیوه­ی عمل دستگاه کجلدال از حرارت دادن یک ماده با اسید سولفوریک می­باشد، که ماده­ی آلی را بر طبق اکسیداسیون تجزیه می­کند تا به دنبال آن نیتروژن کاهش یافته به صورت سولفات آلومینیوم آزاد شود. در این مرحله سولفات پتاسیم به منظور بالا بردن نقطه­ی جوش محیط  افزوده می­شود. تجزیه­ی شیمیایی نمونه هنگامی کامل می­شود که رنگ تیره­ی محیط به شفافیت و بی رنگی تبدیل شود.

مواد مورد نیاز برای آزمایش

• اسید سولفوریک 98 درصد : اسید سولفوریک برای هضم نمونه ها استفاده می­شود
• 60 درصدNaOH ،10 درصد : Na₂S₂O₃ معرف هیدروکسید سدیم برای رقیق سازی معرف استفاده می­شود.
• آب مقطر در رقت معرف­ها استفاده می­شود.
• 2 درصد اسید بوریک: اسید بوریک در تهیه محلول­ها استفاده می­شود.

ابتدا باید 1 گرم از نمونه­های مورد آزمایش در داخل لوله­های هضمی کجلدال ریخته شود سپس 5 گرم کاتالیزور شامل 5/0 گرم سولفات مس و 5/4 گرم سولفات پتاسیم به همراه 15 میلی لیتر اسید سولفوریک 98 درصد به داخل لوله­ها افزوده شود.

لوله­­ها باید به مدت 5/2 تا 3 ساعت (با توجه به ماهیت نمونه) در دمای 300 درجه­ی سانتیگراد بر روی گرم کننده­ی مخصوص قرار داده شوند تا هضم صورت بگیرد و به صورت کاملاً شفاف در آیند و بعد از سرد شدن بالن و محتویات آن مقدار 75 میلی لیتر آب  مقطر باید به آن اضافه شود.

سپس این محلول در دستگاه کلتک برای تقطیر و تیتراسیون قرار داده شد. از محلول هیدروکسید سدیم 40 درصد برای قسمت تقطیر و برای قسمت تیتراسیون از اسید کلریدریک 1/0 نرمال و معرف اسید بوریک استفاده می­شود. تعیین کمی نیتروژن توسط تیتراسیون با اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک، با اندازه گیری مستقیم pH با الکترود pH یا با نشانگر pH انجام می­گردد.

به طور کلی آزمایش کجلدال را می­توان  به دو روش سنتی و دستگاهی انجام داد:

• روش سنتی آن همان استفاده از ست شیشه آلات کجلدال می­باشد.
• روش دستگاهی آن استفاده از دستگاه هضم و تقطیر (کجلدال ) می­باشد.

روش دستگاهی درکل شامل دو دستگاه هضم و تقطیر می باشد:

دستگاه هضم و نکاتی که باید هنگام کار با این دستگاه بدانید:
این دستگاه دارای سیستم حرارتی که شامل انواع حرارتی، کوره­ای  و ماکروویو است.

•  کوره حرارتی: منبع گرما در این مدل دستگاه  المنت­های میله­ای می­باشد از معایب این سیستم می­توان به یکنواخت نبودن دما در نقاط مختلف نمونه و همچنین مصرف بسیار زیاد انرژی و طول عمر پایین را مثال زد.
• سیستم حرارتی: این روش برخلاف کوره حرارتی هیچ گونه اتلاف دما، حرارت و انرژی ندارد و همچنین طول عمر نسبتاً زیادی دارد.
• سیستم حرارتی مایکروویو : امواج ماکروویو باعث افزایش انرژی جنبشی و نهایتاً افزایش دما در نمونه می­شود و بدون این که نمونه در معرض شعله و یا سوختگی قرار بگیرد به سادگی هضم می­شود و سرعت بسیار بالاتری به نسبت سایر روش­ها دارد. اما تجهیزات و دستگاه­های این روش بسیار گران قیمت هستند.
• برخی از دستگاه­های هضم قابلیت این را دارند که برنامه­های دمایی مختلفی را در خود ذخیره کنند و بر اساس شیب یک نمودار از قبل تعریف شده، دمای نمونه را کم یا زیاد کنند تا عملیات هضم با بهترین نحو ممکن انجام شود.
• سیستم اسکروبر جهت خنثی سازی گازهای اسیدی به کار برده می­شود و این سیستم در راستای هود جمع کننده گازهای پسماند قرار می­گیرد و گازهایی که توسط هود جمع شده­اند را در محلول­های قلیایی هدایت کرده و خنثی می­کند.

دستگاه تقطیر و نکاتی که باید هنگام کار با این دستگاه بدانید

دستگاه تقطیر به دو صورت تقطیر نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک وجود دارد.

• دستگاه تقطیر نیمه اتوماتیک :عملکرد دستگاه به این صورت است که فرآیند تقطیر آن به طورکامل اتوماتیک می­باشد و فرآیند تیتراسیون به صورت دستی انجام می­شود.
• دستگاه تقطیر تمام اتوماتیک : عملکرد دستگاه به این صورت است که فرآیند تقطیر و تیتراسیون هر دو به طور کامل اتوماتیک انجام می­شود.

منبع : رویان ایران | بزرگترین مرجع تخصصی تجهیزات آزمایشگاهی کشور