Titel: Bestimmung des Stickstoffes nach Kjeldahl.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1886, Band 259 (S. 553–560)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj259/ar259193

Ueber die Bestimmung des Stickstoffes nach Kjeldahl.

Zur Bestimmung des Stickstoffes in organischen Stoffen wurde von J. Kjeldahl (vgl. Jahresbericht der chemischen Technologie, 1883 S. 1008) etwa 1g der Probe mit etwa 10cc Schwefelsäure 2 bis 3 Stunden lang-erhitzt, zur vollständigen Oxydation etwas Kaliumpermanganat zugesetzt und das gebildete Ammoniak mit Natronlauge abdestillirt.

Wie A. Morgen (Chemikerzeitung, 1884 * S. 432) und M. Maercker (Wochenschrift für Brauerei, 1885 S. 190) berichten, hat sich das Verfahren im Maercker'schen Laboratorium bewährt. Während eine Verbrennung mit Natronkalk 15 Pf. für das Verbrennungsrohr, 13 Pf. für Natronkalk und 19 Pf. für Leuchtgas, zusammen 47 Pf. erfordert, kostet eine Bestimmung nach Kjeldahl nur 16,6 Pf., davon 7 Pf. für Gas. Das Verfahren beansprucht auch weniger Arbeit, so daſs zwei Personen täglich 48 Bestimmungen ausführen können. Vortheilhaft ist ferner, daſs die Proben nicht besonders gepulvert zu werden brauchen, ja daſs man selbst Flüssigkeiten, z.B. Würze nach dem Einkochen, in dem Versuchskolben selbst untersuchen kann.

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Von allen Substanzen, welche reich an organischen Stoffen sind, also die Futtermittel, besonders die an Fett sehr reichen Oelkuchen, verwendet man nur 1g zur Bestimmung, weil sonst bei Anwendung einer gröſseren Menge Substanz das Oxydiren zu viel Zeit und Permanganat in Anspruch nimmt; dagegen nimmt man bei Düngemitteln, welche verhältniſsmäſsig arm an organischer Substanz sind, 1g,5, um dadurch eine bessere Durchschnittsprobe zu erhalten. Eine Ausnahme hiervon machen die an Stickstoff sehr reichen und auch an organischen Stoffen reichen Düngemittel, wie Blutmehl und Hornmehl, von denen auch nur 1g verwendet wird. Die Probe wird mit 20cc eines Gemisches, bestehend aus 4 Vol. concentrirter reiner Schwefelsäure und 1 Vol. rauchender Schwefelsäure, welches Gemisch sich als das zweckmäſsigste erwiesen hat, übergössen, alsdann etwa 2g Phosphorsäureanhydrid hinzugefügt und hierauf erhitzt, zunächst bei kleiner Flamme, um das Schäumen, welches besonders bei Futtermitteln und zwar vornehmlich bei den an Fett sehr reichen eintritt, zu vermindern. Sobald das Schäumen nachläſst, steigert man die Temperatur bis zum lebhaften Sieden, d.h. bis die Flüssigkeit wirklich in wallende Bewegung geräth. Es hat sich gezeigt, daſs eine derartige Steigerung der Temperatur, wenigstens bei gewissen Stoffen, die sich schwer oxydiren; wie z.B. bei den sehr fetten Oelkuchen, ganz nothwendig ist, indem man zu niedrige Werthe erhält, wenn man die Mischung nur bis nahe an den Siedepunkt erhitzt, wie Kjeldahl dies angibt. Für Düngemittel reicht meist ½ stündiges Erhitzen aus, Futtermittel erfordern meist 2, Blut sogar 4 bis 5 Stunden, bis die Flüssigkeit nur noch wenig gefärbt ist, worauf man das Kaliumpermanganat zugibt. Ist die Oxydation beendet, so füllt man die Lösung in Halbliterkolben, übersättigt mit Natronlauge, destillirt das Ammoniak in vorgelegte Schwefelsäure und titrirt den Ueberschuſs derselben mit Barytlösung zurück. Um das lästige Stoſsen zu vermeiden, wird bei der Destillation etwas Zink zugesetzt.

Zum Erhitzen der Substanz mit Schwefelsäure dient eine eiserne Pfanne mit 7 Vertiefungen, wie man sie zur Bereitung von Spiegeleiern benutzt. In der mittelsten Vertiefung ist ein kleiner eiserner Ständer eingeschraubt, der ein Blech mit 6 halbmondförmigen Ausschnitten trägt zum Einlegen der Hälse der 6 Kölbchen, welche in die 6 anderen mit Sand gefüllten Vertiefungen der Pfanne hineingesetzt werden, so daſs die Kölbchen schräg liegen, um bei Beginn des Erhitzens einen Verlust durch Verspritzen zu vermeiden. Zum Erhitzen der 6 Kölbchen dient ein rund gebogenes Gasrohr, in welches 6 Bunsen'sche Brenner eingeschraubt sind. Zur Destillation verwendet man ein einfaches, aus starkem Eisenblech gefertigtes Gestell, das 6 mit Drahtnetz bedeckte Löcher hat, auf welche die Kochflaschen gesetzt werden. Man kann erheblich an Gas sparen, wenn man sowohl die Vertiefungen der eisernen Pfanne, als statt dieser Drahtnetze verwendete Schalen mit einer leichtflüssigen |555| Legirung, z.B. 2 Th. Zinn, 2 Th. Blei und 1 Th. Wismuth, füllt. Das Erhitzen wird durch 6 Brenner besorgt, welche von einem Grashahne so gespeist werden, daſs jeder durch einen besonderen Hahn stellbar ist. Den Kühler bildet ein viereckiges Gefäſs aus Weiſsblech, das auf einem eisernen Gestelle in schräger Lage ruht und durch welches Wasser hindurchströmt. Durch diesen Kasten gehen 6 Glasröhren hindurch, die mittels durchbohrter Kautschukstopfen darin befestigt sind und welche von dem Kühlwasser umspült werden.

Nach Reinke (daselbst S. 191) ist dieses Verfahren namentlich für Hefenuntersuchung viel genauer als das Natronkalkverfahren. Für Würzeuntersuchung ist zu empfehlen, diese zunächst mit etwas Hefe zu vergähren. Man braucht nur wenige Hefezellen auf 100cc zu verdünnen und davon einige Tropfen auszusäen; nach einigen Stunden schon ist die Würze weit genug vergohren, um sie mit 2 bis 4 Tropfen Schwefelsäure in dem Trockenapparate eindampfen zu können; nachher geht die Verbrennung auſserordentlich schnell vor sich.

Nach G. Czeczetka (Monatshefte für Chemie, 1885 S. 63) entsteht beim Eintragen von trockenem Permanganat leicht ein heftiges Spritzen, so daſs es vortheilhaft ist, statt dessen eine gesättigte Lösung desselben durch ein Trichterrohr einzuführen. Um beim Zusammengieſsen der Natronlauge mit der oxydirten Lösung im Destillirkolben jeden Ammoniakverlust zu meiden, gieſst man die überschüssige Lauge nicht bei offenem Destillirkolben zu, sondern erst dann, wenn der Destillirkolben dicht verschlossen und mit dem Kühler verbunden worden ist, zu welchem Zwecke im Pfropfen des Destillirkolbens auſser dem Ammoniakableitungsrohre auch ein Welter'scher Sicherheitstrichter eingefügt ist, dessen Rohrende in die Flüssigkeit im Kolben taucht. Die vorgeschlagene1/10-Normalsäure wird mit 1/10-Normalalkali und Phenolphtaleïn zurücktitrirt.

E. Boſshard (Zeitschrift für analytische Chemie, 1885 S. 199) bestätigt die Zuverlässigkeit dieses Verfahrens für Asparagin, Leucin, Glutamin u. dgl., hebt aber hervor, daſs die verwendete Natronlauge keinen Salpeter enthalten darf, da dieser Ammoniak bildet. Bei Verwendung von viel Zink kann es ferner vorkommen, daſs durch die lebhafte Wasserstoffentwickelung Natronlauge staubförmig übergerissen wird. Bei geringer Grasentwickelung, wie sie zur Vermeidung des Stoſsens genügt, kommt dies nicht vor.

Pfeiffer (daselbst * S. 390) bestätigt diese Angabe, so daſs es vortheilhaft erscheint, wenig Zink zu verwenden und auſserdem zwischen Kochflasche und Kühler ein Glasperlenrohr einzuschalten.

U. Kreusler (daselbst * S. 393) erhitzt die Kölbchen auf Drahtnetzen, welche der Wölbung des Glases entsprechend gebogen sind. Die Kölbchen werden schräg gelegt und mit spindelförmigen Glasstopfen lose verschlossen.

Nach C. Brunnemann und F. Seyfert (Chemikerzeitung, 1885 S. 1820) |556| ist es für die Zersetzungskölbchen wesentlich, daſs sie einen runden Boden haben. Nach mehrmaligem Erhitzen zeigen die Kölbchen am Boden unzählige winzige Risse, die erst im Lichte durch Irisiren sich bemerklich machen; sie schaden dem gewölbten Boden nicht im geringsten, bei flachen Böden aber dehnen sie sich alsbald entlang der Kante aus, welche durch den Uebergang des Bauches in den Boden des Kölbchens gebildet wird, und machen den Boden rund heraus springen. Während ein Kölbchen mit flachem Boden das Erhitzen kaum 5 mal aushielt, konnten mit 12 Kölbchen, deren Böden rund sind, weit über 200 Bestimmungen ausgeführt werden.

Bei Benutzung des runden Eisentellers ist es vortheilhaft, die Sandunterlage in den Vertiefungen einfach durch kleine, in dieselben eingedrückte Drahtnetze zu ersetzen; denn die Flüssigkeit in den Kölbchen muſs allerdings gut kochen, soll die Entfärbung bald herbeigeführt werden. Im Anfange des Erhitzens braucht man die Flamme nur mäſsig klein zu machen, sofern man auf die im Kölbchen mit Phosphorsäureanhydrid zusammengeschüttelte Substanz bloſs 5cc der concentrirten Schwefelsäure gibt und die anderen 15cc erst zufügt, wenn die lebhafte Gasentwickelung nach wenigen Minuten vorüber ist. Ein Ueberschäumen wird so unmöglich, selbst wenn man 2g Hochmoorboden, also fast reine organische und voluminöse Substanz zersetzt.

Das Destilliren aus den Kochflaschen bringt für diese die Gefahr mit sich, daſs sie durch Stoſsen der Flüssigkeit auf der Unterlage zertrümmert werden, oder daſs, wenn die Flamme den Boden umspült, dieser rund herausgesprengt wird. Bei Anwendung von Sternbrennern (Flammenverbreitern), deren Flamme aber auch nicht das Glas, bezieh. Drahtnetz treffen darf, wird das Platzen eines Kolbens zur groſsen Seltenheit,

Bei Stickstoffbestimmungen in Bodenproben, welche gleichzeitig Thonerde und Gyps enthalten, ist der Zusatz von Phosphorsäure auch deshalb vortheilhaft, weil dadurch das Stoſsen erheblich gemindert wird.

C. Arnold (Archiv der Pharmacie, 1885 Bd. 223 * S. 177) bringt etwa 1g getrocknete Biertreber, Hundekuchen, thierischen Dünger u. dgl. in eine 100 bis 150cc fassende Kochflasche mit mindestens 10cm langem Halse, übergieſst mit 15cc rauchender Schwefelsäure und erwärmt den schräg gestellten Kolben auf einem Drahtnetze gelinde, so lange Aufschäumen stattfindet. Dann wird die Temperatur so weit gesteigert, daſs die Schwefelsäure zu sieden beginnt, und 2 Stunden lang die Erhitzung fortgesetzt. Während dieser Zeit bedarf der Kolben gar keiner Aufsicht. Ein Spritzen findet kaum statt, Verlust ist aber bei schräg stehendem Kolben auch in diesem Falle nicht zu befürchten. In der ersten Stunde ist der Kolben oft bis nahe an den Hals mit kohligen Theilchen bedeckt, aber mit zunehmender Lösung werden dieselben von der in dem Kohlenhalse wieder verdichteten Schwefelsäure zurückgespült. Das Abspülen unterstützt man dadurch, daſs man den Kolben von Zeit zu Zeit |557| etwas um seine Achse dreht. Nach beendeter Erhitzung hat man ganz reine Kolbenwände und eine gelbliche oder braungelbe dicke Lösung. Nun streut man 0,1 bis 0g,2 übermangansaures Kalium ein und läſst erkalten. Man setzt hierauf unter Umschwenken etwa 15cc Wasser zu, gieſst die Lösung dann in einen langhalsigen 0,6 bis 0l,8 fassenden Glaskolben, spült mit Wasser nach und wirft 2 bis 3 Zinkstückchen von Schrotkorngröſse hinein. Nun setzt man 80 bis 90cc einer 30 procentigen Natronlauge hinzu, schlieſst den Kolben rasch und destillirt etwa ¾ Stunden lang. Um das Ueberspritzen von Lauge zu verhüten, befindet sich an dem in den Kolben einmündenden, schräg abgeschnittenen Rohrende eine Hülse von zusammengerolltem und unten eingebogenem Drahtnetz, welche durch einen in das Rohr eingeklemmten Draht 1 bis 2cm vom Rohre entfernt festgehalten wird. Das Erhitzen soll, um Ueberspritzen zu vermeiden, so stattfinden, daſs die Flüssigkeit nur gelinde siedet und bloſs tropfenweise destillirt. Die Vorlage besteht aus einem Erlenmeyer'schen Kolben, in den das Kühlrohr zur Hälfte hineinragt und in welchem sich, je nach der zu erwartenden Ammoniakmenge, 10 bis 20cc Normalsäure, mit der gleichen Menge Wasser verdünnt, befinden. Nachdem die Destillation ¾ Stunden gedauert, nimmt man die Vorlage ab, prüft, ob die noch aus der Röhre abflieſsenden Tropfen neutral sind, und filtrirt hierauf unter Zusatz von Rosolsäure das farblose Destillat mit ⅕- oder 1/10-Normalalkali zurück.

Allseitig wird hervorgehoben, daſs die verwendete Schwefelsäure kein Ammoniak enthalten darf, sowie, daſs die Kühlrohre nicht angegriffen werden und somit dem Destillate eine alkalische Reaction ertheilen. Es empfiehlt sich daher, zeitweilig einen Controlversuch mit meinem Zucker o. dgl. auszuführen.

Nach R. Warington (Chemical News, 1885 Bd. 52 S. 162) gibt dieses Verfahren bei Gegenwart von Salpetersäure durch Zersetzung von Ammoniumnitrat ungenaue Zahlen. Er empfiehlt daher, die Probe mit concentrirter Salzsäure und etwas Eisensulfat zur Trockne zu verdampfen, um die Salpetersäure zu entfernen und den Rückstand in gewöhnlicher Weise in Schwefelsäure zu lösen.

J. H. Stebbins (Journal of the American Chemical Society, 1885 S. 108) findet dagegen, daſs selbst durch ziemlich erhebliche Mengen von Nitrat noch keine nennenswerthe Fehler bedingt werden, daſs das Verfahren aber für Stickstoffverbindungen der aromatischen Gruppe nicht brauchbar ist.

Als H. Wilfarth (Zeitschrift des deutschen Vereins für Rübenzucker-Industrie, 1885 S. 463) bei der Untersuchung von Futtermitteln zur Trennung der Amide von den Proteinstoffen nach dem Stutzer'schen Verfahren die Fällung des Eiweiſs durch Kupferoxyd vornahm und nun den Stickstoff derselben nach dem Kjeldahl'schen Verfahren bestimmte, beobachtete er eine auffallende Beschleunigung; der Zersetzung beim |558| Kochen mit Schwefelsäure. Bei näherer Untersuchung ergab sich die überraschende Thatsache, daſs die Gegenwart verschiedener Metallsalze, besonders Quecksilber-, Kupfer- und Eisensalze, die Oxydation erheblich steigert, indem durch die reducirende Wirkung der organischen Substanz dem Metalloxyde Sauerstoff entzogen wird, während andererseits die Schwefelsäure das entstandene Oxydul oxydirt, mithin das Metall gleichsam den Sauerstoff der Schwefelsäure auf die organische Substanz überträgt.

Sehr viele Stoffe, z.B. Heu, Rüben, getrocknetes Blut, auch reiner Zucker u. dgl., sind so widerstandsfähig gegen Schwefelsäure, daſs eine Erhitzung von 4 bis 6 Stunden nöthig war; auſserdem trat bei manchen Substanzen ein so heftiges Stoſsen ein, daſs die Bestimmung kaum gefahrlos zu Ende geführt werden konnte. Durch Zusatz von Kupfer gelingt es nun, die Zersetzung in etwa 80, durch Quecksilber sogar schon in 30 bis 50 Minuten zu bewirken; auſserdem tritt ein ganz ruhiges gefahrloses Sieden ein. Bei Zusatz von Quecksilber kann man leicht so lange erhitzen, bis völlige Farblosigkeit eingetreten ist, und dann das Oxydiren mit übermangansaurem Kali ganz unterlassen. Die Verwendung des Kupfers erschwert jedoch die Erkennung des Endpunktes der Zersetzung, und zudem ist die Zersetzungsdauer eine viel kürzere, wenn man etwa 0g,7 Quecksilber zusetzt. Da aber die Quecksilbersalze Mercurammoniumverbindungen liefern, welche sich durch Kochen mit Kalilauge nur langsam zersetzen, so muſs man das Quecksilber vor der Destillation durch Zusatz von Schwefelkalium ausfällen.

Zur Herstellung der erforderlichen Flüssigkeit löst man 40g käufliches Schwefelkalium in 1l Wasser und fügt noch etwas Kalihydrat hinzu, weil es dadurch den Geruch nach Schwefelwasserstoff verliert und beim Aufbewahren keinen Schwefel abscheidet; eine geringe Zersetzung im Laufe der Zeit durch die Einwirkung der Luft wird hierdurch zwar nicht verhindert. Um den Titer der Lösung festzustellen, löst man die anzuwendende Menge Quecksilber in Schwefelsäure, übersättigt mit Kalilauge und gibt soviel Jodkalium oder unterschweflig-saures Natron zu, daſs sich das entstandene Quecksilberoxyd wieder löst. Dann erhitzt man zum Kochen und läſst aus einer Bürette so lange Schwefelkaliumlösung hinzu, bis keine Fällung mehr entsteht und ein Tropfen auf Bleipapier eine braune Färbung hervorruft. Es braucht dies nur eine annähernde Feststellung zu sein; denn bei der Ausführung der Stickstoffbestimmung wird man gut thun, einen reichlichen Ueberschuſs, etwa die 1½ fache Menge Schwefelkaliumlösung, zu verwenden. Zum Abdestilliren des Ammoniaks ist Kalilauge besser als Natronlauge, weil sie sehr wenig stöſst, wenn die Lösung so concentrirt ist, daſs noch ungelöstes schwefelsaures Kali sich darin befindet, d.h. wenn das Volumen der Flüssigkeit weniger als 300cc (bei Anwendung von 20cc Schwefelsäure) beträgt. Bei stärkerer Verdünnung und bei Benutzung von Natronlauge |559| lauge tritt unter Umständen sehr heftiges Stoſsen ein. In allen Fällen kann man durch Zusatz von Zink ruhiges Sieden erzielen. Wenn, wie es gewöhnlich der Fall ist, die Laugen Salpetersäure enthalten, so reducirt das Zink diese zu Ammoniak und man kann beträchtliche Fehler machen. Hat man aber einen genügenden Ueberschuſs von Schwefelkalium, so findet keine Ammoniakbildung statt.

Wichtig ist, daſs die verwendete Schwefelsäure keine Salpetersäure enthält. Hat man reine rauchende Schwefelsäure zur Verfügung, so verwendet man passend ein Gemenge von 3 Raumth. concentrirter und 2 Raumth. rauchender Schwefelsäure. Bei Verwendung gewöhnlicher reiner Schwefelsäure muſs man vorsichtiger und länger erhitzen. Ein Zusatz von Phosphorsäureanhydrid bietet keine Vortheile. 20cc Säure genügen für 1 bis 2g der Probe. Kochkolben aus Kaliglas halten besser als solche aus Natronglas.

Beim Abdestilliren des Ammoniaks nach Zusatz von Kalilauge wird die Kochflasche mit einem Kautschukpfropfen verschlossen, durch dessen Durchbohrung ein ziemlich weites Glasrohr geht, welches bis in den mit Wasser gefüllten offenen Kasten aus Zinkblech reicht. Erst im Wasser bringt man die Kautschukverbindung mit der Kühlröhre an, wodurch der Schlauch, welcher bei der Morgen'schen Einrichtung durch die heiſsen Dämpfe sehr leidet, sich lange gut erhält. Die Kühlröhre führt in einen Erlenmeyer'schen Kochbecher mit der titrirten Schwefelsäure und taucht natürlich nicht ein, sondern mündet über der Oberfläche des Destillates. Man kann scharf destilliren, ohne daſs die geringste Spur Lauge übergerissen wird. Die Destillation ist so lange fortzusetzen, bis das Destillat auf neutrales Lackmuspapier nicht mehr reagirt; es tritt das an Stickstoff armen Substanzen gewöhnlich ein, wenn etwa 100cc Destillat gewonnen sind; bei viel Ammoniak muſs man meist 150cc abdestilliren, wozu 30 bis 45 Minuten nöthig sind.

Die zu untersuchende Probe muſs lufttrocken sein und braucht nur so weit zerkleinert zu werden, als es nöthig ist, um eine richtige Durchschnittsprobe zu bekommen. Flüssigkeiten, welche leicht verdampfen, kann man im Kolben selbst eindunsten. Bei anderen, wie z.B. Rübensaft, Melasse u. dgl., verdampft man wie gewöhnlich mit Sand in einer Porzellanschale bis zur völligen Trockne, bringt dann soviel wie möglich in den Zersetzungskolben, löst unter Erwärmen die noch in der Schale haftende Substanz in Schwefelsäure auf und spült mit dem Reste der 20cc nach. Der Sand ist bei Anwendung von 0g,7 Quecksilber in keiner Weise hinderlich (ohne Zusatz tritt Stoſsen ein); natürlich wird man nicht mehr Sand nehmen, als dringend nothwendig ist, aber selbst 20g werden gut vertragen. Enthält die Probe mehr als 2 Proc. Salpetersäure, so erhält man oft zu niedrige Zahlen.

Bei der Ausführung der Analyse wird die Probe in den Zersetzungskolben gebracht, 0g,7 Quecksilber und 20cc Säuregemisch zugegeben, |560| erst schwach (damit die Entwickelung der Schwefligsäure nicht gar zu heftig wird), dann stärker erhitzt und nun in nicht gar zu lebhaftem aber deutlichem Sieden unterhalten, bis die Flüssigkeit völlig farblos geworden ist. Nun läſst man abkühlen, verdünnt mit Wasser, bringt nach dem Erkalten in den Destillationskolben, gibt Kalilauge (etwa 50 Proc.) bis zum Ueberschusse und nun schnell, damit nicht Ammoniakverluste entstehen, etwas Zink und die schon vorher abgemessene Schwefelkaliumlösung hinzu. Die Gesammtmenge der Flüssigkeit soll dann 250 bis 300cc betragen. Das Ammoniak wird hierauf in bekannter Weise abdestillirt und titrirt.

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