ケルダール法

ケルダール法による窒素定量：原理と手順、適用範囲、限界

ケルダール法は、物質中に含まれる窒素の量を正確に測定するための分析化学的手法です。デンマークの化学者ヨハン・ケルダールによって1883年に開発されました。この方法は、食品、肥料、土壌、水質などの様々な試料中の窒素定量に広く用いられています。

ケルダール法の原理

この方法は、試料中の有機窒素を硫酸を用いてアンモニウムイオン(NH₄⁺)に変換することに基づいています。具体的には、試料を濃硫酸と混ぜて加熱することで、窒素を含む有機化合物を分解し、アンモニアを硫酸アンモニウムとしてトラップします。その後、強アルカリを加えて加熱することで、アンモニアを遊離させます。遊離したアンモニアは、既知濃度の酸溶液に吸収され、その量を滴定によって測定することで、元の試料中の窒素量を定量的に求めることができます。

ケルダール法の手順

ケルダール法による窒素定量の手順は、大きく分けて以下の3つのステップに分けられます。

1. 分解: 試料をケルダールフラスコに入れ、濃硫酸、硫酸カリウム（沸点上昇剤）、およびセレンや水銀などの触媒を加えて加熱します。この過程で、試料中の有機窒素はアンモニウムイオンに変換されます。分解が完了すると、溶液は無色透明になります。
2. 蒸留: 分解後の溶液に強アルカリ（水酸化ナトリウムなど）を加えてアルカリ性にすることで、アンモニウムイオンからアンモニアを遊離させます。遊離したアンモニアは、水蒸気蒸留によってケルダールフラスコから分離され、硼酸などの酸溶液に吸収されます。
3. 滴定: アンモニアを吸収した酸溶液を、酸またはアルカリの標準溶液で滴定します。滴定によって消費された標準溶液の量から、試料中に含まれる窒素の量が計算されます。

ケルダール法の適用範囲と限界

ケルダール法は、多くの有機窒素化合物の定量に適用できますが、全ての窒素化合物を正確に測定できるわけではありません。この方法で正確に測定できるのは、アミノ態窒素（-NH2）やアミド態窒素（-CONH2）など、比較的容易にアンモニアに変換できる窒素です。

一方、アゾ化合物（-N=N-）やニトロ化合物（-NO2）などの窒素は、ケルダール法では完全にアンモニアに変換されません。これらの化合物を測定する際には、事前に還元剤を用いてアミノ態窒素に還元する必要があります。この変法をガニング変法と呼びます。

また、ケルダール法は、分析に時間がかかり、濃硫酸や重金属触媒を使用するため、環境負荷が懸念されるという欠点があります。そのため、近年ではより迅速で簡便なデュマ法が広く用いられるようになってきています。

まとめ

ケルダール法は、長年にわたって窒素定量の基本的な手法として利用されてきましたが、その適用範囲や分析時間、使用する試薬などの点で制限があります。試料の種類や分析の目的を考慮し、適切な分析方法を選択することが重要です。ケルダール法の原理と手順、適用範囲と限界を理解することで、より正確な窒素定量を行うことができます。

もう一度検索