View
0
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Proteïne analyseDumas vs Kjeldahl
Maarten SchouffoerProduct specialistElement analyse
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Inhoud presentatie
• Salm en Kipp / Elementar
• Analyse methodes voor N / Proteïne
• Dumas vs Kjeldahl
• Dumas systeem Rapid N cube
• Einde / Vragen
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Salm en Kipp
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Elementar Analysensysteme GmbH
Elementar kantoor
Hanau, nabij Frankfurt / Main Germany
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
• 100 jaar geleden begon Heraeus met de ontwikkeling van instrumentenen componenten voor element analyse.
• In 1990 werd de productielijn van analytische instrumenten afgesplitst in
een onafhankelijke firma Elementar Analysensysteme, Elementar heeft
zich als doel gesteld om element analyzers verder te ontwikkelen en de
markt verder uit te breiden in diverse applicatie velden.
Elementar - Geschiedenis
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Elementar Element-analyzers
• CHNS Algemene element analyses ( R&D )
• CHN Verbrandingsanalyses
• CNS Grond, gewas en milieu-analyses
• CN Gewas, grond, food en feed en proteïne analyses
• N N / Proteïne analyses voor food en feed
• S S analyses voor petrochemische applicaties
• S/N trace S/N analyses voor petrochemische applicaties
• TOC Total Organic Carbon in water en vaste monster
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
ELEMENTAR is de pionier van de Dumas verbrandingsanalyses
voor de bepaling van N / proteïne in groot volume monsters
(gram bereik). De Dumas methode vervangt meer en meer de nat chemische Kjeldahl methode.
Elementar, pionier in Dumas techniek
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
� Dumas, Kjeldahl en NIR technieken kunnen worden gebruiktom het totaal stikstof gehalte in een monster te analyserenen hieruit het proteïne gehalte te bepalen.
� Het N gehalte wordt vermenigvuldigd met een factor (dezeligt tussen de 5.70 en 6.38) om de N concentratie om tezetten in het proteïne gehalte in het product.
Methodes voor stikstof bepalingen
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Methodes voor de bepaling van stikstof : De NIR methode
� Spectrofotometrische methode
� Het is een snelle methode en gemakkelijk uit te voeren
� Meting van het nabij infrarood gebied
� Calibratie moet worden gedaan met behulp van andere technieken
� Calibratie is matrix afhankelijk
� Calibratie veranderd van jaar tot jaar door verschillende groei condities
van de gewassen (klimaat afhankelijk).
Het is een complementaire methode aan Dumas of Kjeldahl
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Kjeldahl apparaat van Johan Kjeldahl
Johan Kjeldahl
1849-1900Kjeldahl apparaat voor Totaal Nbepaling 1883
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
� Het monster wordt bij hoge temperatuur ontsloten in geconcentreerdzwavelzuur in de aanwezigheid van een katalysator
� De stikstof verbindingen in de aminozuren worden hierbij omgezet in ammoniumsulfaat.
� Na toevoeging van NaOH wordt het gevormde ammonia door stoomdestillatie gescheiden en opgevangen in een zure standaardoplossing, waarna de oplossing wordt getitreerd voor de kwantitatievebepaling van TN.
� Door onvolledige Kjeldahl ontsluitingen kunnen afwijkingen ontstaan. De ontsluiting is afhankelijk van de gebruikte katalysator HgO , CuSO4/TiO4 of SeO2
Matrix afhankelijke analyse!
Methodes voor de bepaling van stikstof : De Kjeldahl methode
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Jean Baptiste Dumas
Jean Baptiste Dumas1800 - 1884
Gasanalysesysteemontwikkeld door Dumas
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
� De originele methode is ouder dan Kjeldahl (1831)
� Het monster wordt verbrand bij een temperatuur van ca. ~1000 °C met een overmaat aan zuurstof.
� De vrijgekomen gassen NOx, SOx, COx, H2O en HX worden van elkaargescheiden of weg gevangen door verschillende absorptie materialen.
� De oxidatie producten worden gereduceerd op heet Koper of Wolfraamom NOx om te zetten naar N2.
� Het N2 wordt daarna gedetecteerd met een TCD detector (Thermal Conductivity Detector).
Methodes voor de bepaling van stikstof :De Dumas methode
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Verbranding met zuurstof bij ~ 1000°C in CO2 gas stroom
O2, N2, NOx, CO, CO2, CH4, SO2, SO3, H2O, HCl...
Oxidatie op CuO
O2, N2, NOX, CO2, CH4 SO2, H2O, HCl...
Principe van Elementar Dumas analyzers
Organische componentenbevatten C, H, N, O, S, Cl ...
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Naverbranding op CuO/Pt catalyst
N2, CO2, SO2, H2O, O2, HCl...
Reductie en verwijdering van gassen met wolfraam, koperzilverwol en Sicapent
N2, CO2
Detectie met TCD
Principe van Elementar Dumas analyzers
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Verschillen tussen Dumas en Kjeldahl Proteïne / Stikstof bepalingen op gewassen en voedingsmiddelen
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
• Waarom is er een afwijking tussen de Dumas en de Kjeldahl methodes?
• Wat is de grootte van de afwijking?
• Hoe kunnen we de resultaten met elkaar verenigen?
Dumas vs Kjeldahl
Waarom is er een afwijking?
De twee methodes hebben fundamenteel verschillendeprincipes!!
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Kjeldahl Methode
• Kjeldahl
• Meest gebruikte methode. Ontwikkeld in 1883
• Monster wordt ontsloten in concentreerd zwavelzuur in de aanwezigheid
van een katalysator. Stikstof verbindingen worden omgezet in ammonium
sulfate.
• Geconcentreerd NaOH wordt toegevoegd om ammonia te vormen, wat
via stoomdestillatie in een standaard zure oplossing wordt opgevangen.
• Via titratie wordt het totaal stikstof bepaald.
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Welke factoren beinvloeden deKjeldahl methode?
• Ontsluiting
• Destillatie
• Collectie / Opvangen
• Titratie
• Het monster ( soort N verbindingen)
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Dumas methode
• Dumas
• Originele methode is ouder dan Kjeldahl (1831)
• Monster wordt verbrand bij een hoge temperatuur in een zuurstofrijke
omgeving
• Via oxidatie en reductie stappen worden de stikstofverbindingen omgezet
in N2
• Andere verbrandingsgassen worden of geabsorbeerd of afgescheiden
• Detectie van N2 via Thermal Conductivity Detector
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Rapid N – compacte Dumas analyzer
Welke factoren beinvloeden de Dumas methode?
• Verbrandingscondities• temperatuur• soort katalysator
• Piek integratie• Calibratie• Functionaliteit van het systeem
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Waarom is er een afwijking tussen Kjeldahlen Dumas?
• Incomplete Kjeldahl ontsluiting veroorzaakt een afwijking, dit wordt
duidelijk bij gebruik van verschillende katalysatoren- HgO , CuSO4/TiO4 of
SeO2
• Geen volledige omzetting van sommige N-verbindingen naar ammonia
tijdens de destillatie (nicotinic acid etc.)
• Dumas analyseert het Totaal N via verbranding en meet al het aanwezige
stikstof in het monster
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Wat is de grote van de afwijking?
De gemiddelde Dumas resultaten liggen iets hoger dan de Kjeldahl resultaten echter dit is weer afhankelijk van het soort monster
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Er is een hoge correlatie tussen Dumas en Kjeldahl.
Via het bepalen van correlatiefactoren kunnen we het resultaat bepalen via een
methode gebaseerd op het resultaat van de andere methode.
Hoe kunnen de resultaten van de tweemethodes worden verenigd?
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
13.0
13.5
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
Pro
tein
co
nte
nt
[% d
. m.]
ICC 105/1 Dumas
correlation coeffizient: r = 0.99correlation coeffizient: r = 0.99
Vergelijking van Dumas/Kjeldahl methodemet analyse van meel: Correlatie coëfficiënt:r =0.99
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Oliehoudende zaden/granen
Relatieve afwijking
Dumas vs Kjeldahl
Varieert van + 0.2 to 3.2%
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Oliehoudende zaden/granen
Study Sample
Type
%N Relative Bias
Dumas vs
Kjeldahl
Comments
Biscak 1993
Soybean, canola Sunflower, wheat Barley, corn sorghum
Average 4.04% (1.4% to 6.6%)
Average 0.20% (-1.0 to 2.8%)
HgO catalyst
Berger and Brown 1994
Cottonseed, soybean, peanut, canola, safflower
Average 6.36% (3.3 to 8.3%)
Average 1.4% (1.1 to 1.6%)
CuSO4/TiO2 catalyst
Daun and DeClercq 1994
Canola Average 3.76% Average 3.2% CuSO4/TiO2 catalyst
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Vlees
Relatieve afwijking
Dumas vs Kjeldahl
gemiddeld +1.0%
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Vlees
Study Sample
Type
%N Relative
Bias
Dumas
Vs
Kjeldahl
Comments
King, BrinkSebranek1993
Meat andMeatProducts
Average 2.52%(1.6 to 3.2%)
Average 1.0%(-0.2 to 2.5%)
HgO
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Plant materiaal
• Afwijking sterk afhankelijk van monster
matrix
• Afwijking in vruchten en groenten variëren
sterk
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Plant materiaal
Study Sample
Type
% N Relative
Bias
Dumas vs
Kjeldahl
Comments
Watson &Galliher2001
Grass,alfalfa,Corn leafsilage
Average2.2%(1.1 to 3.4%)
Average0.2%(-11 to 4%)
KjelfossHgO catalystH2O2
Watson &Galliher2001
LettuceTomatoPotato
Average4.5 %(2.7 to 6.4%)
Average 14%(4 to 32%)
Simmoneet al 1998
AssortedVegetableLeaves
Average4.9%(2.5 to 6.6%)
Average 23%(15 to 38%)
CuSO4/TiO2
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Hoe kunnen de resultaten van de twee methodes worden verenigd?
Er is een hoge correlatie tussen Dumas en Kjeldahl.
Via het bepalen van correlatiefactoren kunnen we het resultaat bepalen via
een methode gebaseerd op het resultaat van de andere methode
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Voordelen van een Dumas analyzer
� snelle analyse methode, resultaten in minuten ipv uren
� volledig geautomatiseerd
� Geen monster voorbewerking
� Geen gebruik van schadelijke chemicaliën en reagentia
� 100% N-recovery (matrix onafhankelijke methode)
� zowel hoog als laag concentratie bereik
� hoog precisie
� gemakkelijk te installeren, geen afzuiging nodig
� lage prijs per analyse
� standaard methodes voor veel applicaties
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
rapid N cube De compacte proteïne analyzer
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
rapid N cubeFlow diagram
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
� 60 of 80 posities
� bijvulbaar tijdens gebruik
� enkelvoudige monsters of
volledige geautomatisch
60 of 80 positie autosampler
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
� Hoge temperatuur oven voor continu
gebruik tot 1200°C
� Laag voltage concept, betrouwbaar en
veilig
� Gemakkelijke toegang voor verwisselen
van buizen
� 10 jaar garantie
Betrouwbaar ovensysteem
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
� Hoge kwaliteit stalen reactiebuizen
� Lange levensduur
Reactiebuizen voor probleemloos gebruik
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Monster voorbereiding
Tablet pers Capsule pers
Tin bootjes en tin folie cups
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Kosten per analyse
� Verbruiksartikelen per analyse van de rapid N gebaseerd op een kit voor 4,000 analyses ca. EUR 0.50 – 1.00 incl. gassen en energiekosten
� De prijs per analyse met de rapid N is ca. 50 % lager dan eenkjeldahl analyse ( dit is inclusief investering, personeel en verbruiksartikelen)
• Bij vervanging van een bestaande Kjeldahl is een Dumas reedsrendabel bij 10-15 monsters / dag.
• Daarbij zijn er de grote voordelen van de analysetijd en geenchemicalien verbruik.
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
5 minuten per analyse
Rapid N cube Analyse van feed samples
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Analyse data: Analyse van feed samples
0.140.14SD rel [%]
0.030.01SD abs [%]
19.923.19Mean [%]
19.893.18„
19.943.19„
19.943.19Dairy cattle mixed feed
Protein [%]N [%]Sample (~300 mg)
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Analyse data: vaste monsters
0.36
0.15
0.37
0.36
0.15
0.10
0.98
0.38
0.16
SD rel [%]
0.0411.72Sausage („Lyon style“)
0.0535.74Parmesan cheese (N=5)
0.013.34Milk powder
0.0616.77Gras
0.0321.73Corn gluten
0.0112.24Wheat flour (N=10)
0.4546.05Soya shred
0.1232.26Cat fodder
0.0532.99Animal feed with fish meal
SD abs [%]Protein [%]Sample (N=3, 200-500 mg)
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
6.35
0.891
0.96
3.2
SD rel [%]
0.040.64Liquid soya extract
0.010.46Beer
0.033.11Milk 1.5% fat cont., dried after
weighing (N=10)
0.093.01Milk 1.5% fat cont. (N=10)
SD abs [%]Protein [%]Sample (N=5, 200-500µl)
Analyse data: Vloeibare monsters (laag proteine gehalte)
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
� Stikstof/ proteïne analyzer volgens het Dumas principe voor
routine analyses van food en feed tot ca. 1 g monster gewicht
� Sneller, veiliger en milieuvriendelijker alternatief voor de klassieke Kjeldahl methode
� Betrouwbaar en duurzaam instrument
rapid N cube eigenschappen
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
� Werkt volgens internationale standaarden (ISO, AACC, ICC,
AOAC, AOCS, DIN.....)
� Lage kosten per analyse en compleet geautomatiseerd
� 10 jaar garantie op de oven
rapid N cube eigenschappen
09.11.2011 (C) Elementar Analysensysteme GmbH
Bedankt voor uw aandacht !
Voor meer informatie kunt u contactopnemen met Salm en Kipp:
Web site: www.salmenkipp.nl
e-mail: info@salm-en-kipp.nl
Recommended