第 2 课 · 30 分钟

凯氏定氮：从氮到蛋白质

食品标签上的蛋白质是怎么测出来的？消化、蒸馏、滴定三步测出氮，再乘以换算系数。用琼斯 1931 年的数据看 6.25 什么时候会出错，以及三聚氰胺为什么能骗过这个方法。

本课目标

说明凯氏定氮的三步——消化、蒸馏、滴定——各自发生什么化学反应
由滴定体积和空白算出样品的含氮量，再用换算系数求蛋白质含量
解释 6.25 这个系数的来历和局限，以及为什么凯氏法会被含氮掺假物欺骗

食品标签上的“蛋白质 3.4 g/100 mL”是怎么测出来的？蛋白质分子成千上万种，不可能一种一种去称。1883 年，哥本哈根嘉士伯实验室的凯达尔（J. Kjeldahl）想出了一个绕路的办法：不测蛋白质，测氮。食物里的氮大部分在蛋白质中，而且各种蛋白质的含氮量大致相同，约 16 %——测出氮，乘以 100/16 = 6.25，就是蛋白质。

这个办法简单、可靠、能批量做，一百多年来一直是食品、饲料、肥料和土壤分析中的标准方法。它把三种基本操作串在一起：用浓硫酸把有机物“烧”掉、把氮变成铵；用碱把氨赶出来；再用酸碱滴定数出氨的物质的量。

先预测

按 N × 6.25 算，明胶含 91.4 % 蛋白质。明胶几乎是纯蛋白质，但它的含氮量约为 18 %（高于平均的 16 %）。它真正的蛋白质含量大约是多少？

先选一个答案并锁定，再看模型怎么说。猜错比不猜学得更多。

约 81 % 仍是 91.4 % 约 100 % 约 105 %

消化、蒸馏、滴定

消化：样品与浓硫酸一起加热到沸腾，加硫酸钾提高沸点、加铜盐作催化剂。有机物先炭化变黑，碳和氢被氧化成 CO₂ 和 H₂O，溶液逐渐变清；氨基、酰胺中的氮则留在溶液里，成为 NH₄⁺（以硫酸氢铵的形式）。

蒸馏：冷却后加入过量浓 NaOH，NH₄⁺ 变成 NH₃，随水蒸气蒸出，通入一瓶硼酸溶液。硼酸太弱，滴定不了，但它能把 NH₃ 全部“接住”：NH₃ + B(OH)₃ + H₂O → NH₄⁺ + B(OH)₄⁻。

滴定：生成的 B(OH)₄⁻ 是与氨强度相当的弱碱（pKb ≈ 4.8），足以用标准盐酸准确滴定；甲基红–溴甲酚绿混合指示剂由绿色变为灰紫即为终点。每个 N 消耗一个 H⁺。试剂里难免有微量含氮杂质，所以要用不加样品的空白做一遍，从滴定体积中扣除。

\%\mathrm{N} = \frac{(V - V_\mathrm{blank})\,c_\mathrm{HCl}\times 14.007}{10\,m},\qquad \%\text{protein} = \%\mathrm{N}\times F

V 以 mL、c 以 mol/L、m 以 g 计；F 通常取 6.25，牛奶 6.38，小麦 5.70–5.83，明胶 5.55。

$V$: 滴定体积
$V_\mathrm{blank}$: 空白滴定体积
$F$: 氮–蛋白质换算系数

消化 → 蒸馏到硼酸 → 0.1000 M HCl 滴定 · 空白 0.10 mL

凯氏定氮：牛奶里有多少蛋白质

\ce{N_{organic} ->[H2SO4, Cu][\Delta] NH4+}

\ce{NH3 + B(OH)3 + H2O -> NH4+ + B(OH)4-}

\ce{B(OH)4- + H+ -> B(OH)3 + H2O}

滴定管读数 0.00mL

接收瓶 pH4.86

凯氏烧瓶中：样品与浓硫酸

先消化，再蒸馏，然后滴定接收瓶中的硼酸盐。

依次消化、蒸馏，再滴定接收瓶。接近终点时一滴一滴地加：硼酸缓冲的 pH 在终点附近骤降，指示剂由绿变灰紫。换成面粉、花生和明胶，看 6.25 与专用系数的差别。

例题精解

牛奶的蛋白质

5.000 g 牛奶经消化、蒸馏后，滴定用去 0.1000 mol/L HCl 18.95 mL，空白 0.10 mL。求含氮量和蛋白质含量（牛奶的换算系数 6.38）。

概念检查

为什么蒸馏出的氨要通入硼酸，而不是直接通入已知量的标准盐酸再回滴？

硼酸能定量吸收 NH₃，本身又弱到不干扰滴定，只需要一种标准溶液，硼酸的量也不必准确硼酸能把 NH₃ 氧化成 N₂ 盐酸会和 NH₃ 生成沉淀硼酸的颜色可以直接指示氨的量

计算练习

1.000 g 面粉滴定用去 0.1000 mol/L HCl 15.29 mL，空白 0.10 mL。用小麦粉的系数 5.70 计算蛋白质含量（%）。

要点回顾

凯氏法：浓硫酸消化把有机氮变成 NH₄⁺，加碱蒸出 NH₃ 吸收在硼酸中，再用标准盐酸滴定，每个 N 一个 H⁺。
%N = (V − V_空白)·c·14.007/(10m)；蛋白质 = %N × F，F 通常为 6.25（= 100/16），牛奶 6.38、小麦粉 5.70、明胶 5.55。
凯氏法测总氮：非蛋白氮和含氮掺假物（如三聚氰胺）都会被算成蛋白质。

学习进度只保存在你的浏览器里，不会上传。

数据与参考文献

J. Kjeldahl, “Neue Methode zur Bestimmung des Stickstoffs in organischen Körpern”, Z. Anal. Chem. 22, 366–382 (1883).
D. B. Jones, Factors for Converting Percentages of Nitrogen in Foods and Feeds into Percentages of Proteins, USDA Circular 183 (1931; revised 1941), Tables 5 and 6.
D. C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, 9th ed., W. H. Freeman (2016), ch. 10 (Kjeldahl nitrogen analysis).