Forskare använder Kjeldahl-metoden för att analysera procentandelen organiskt kväve i ett ämne. Kvävenivåerna kan sedan användas för att bestämma mängden protein. Metodens fullständiga namn är Kjeldahl-metoden för kväveanalys — ibland används proteinanalys i stället för kväveanalys, men termerna hänvisar till samma metod.
Kemisten Johan Kjeldahl presenterade första gången sin metod för det danska kemisamfundet 1883. Han fastställde att eftersom kväve är en viktig del av protein, kan kväveanalys användas för att bestämma mängden protein i ett ämne. Hans resultat har förbättrats sedan dess, men den grundläggande metoden finns kvar.
Kjeldahl-metoden består av tre steg, vanligen kallad rötning, destillation och titrering. Rötningen bryter ner kvävet till ammoniak och destillation separerar ammoniaken från andra komponenter. Mängden ammoniak beräknas med hjälp av titrering, sedan kan mängderna kväve och protein beräknas utifrån mängden ammoniak.
Under rötningssteget blandas ett litet prov av ämnet som ska analyseras med svavelsyra, kaliumsulfat och en katalysator som påskyndar reaktionen. Denna blandning värms upp till en mycket hög temperatur – upp till 750°F (cirka 400°C) – i ungefär en timme och kyls sedan. Reaktionerna som sker i den uppvärmda blandningen bryter ner stora molekyler till mindre komponenter, inklusive ammoniumjoner.
Destillationssteget omvandlar ammoniumjonerna till ammoniakgas genom att tillsätta natriumhydroxid till blandningen. Därefter höjs temperaturen på lösningen, vilket omvandlar ammoniaken till en flyktig gas som stiger i en ånga. Ångorna fångas i en lösning, såsom saltsyra eller borsyra.
Ammoniak som fångas i en syra neutraliserar en del av syran, vilket innebär att det sänker pH. Mängden syra som finns kvar efter denna neutralisering titreras med en bas, såsom natriumhydroxid. Till syra- och ammoniaklösningen tillsätts ett färgämne som ändrar färg när pH ändras. Sedan tillsätts små mängder av basen till syran bara tills lösningen ändrar färg. Mängden bas som behövs för att nå denna slutpunkt kan användas för att beräkna mängden ammoniak i den ursprungliga lösningen.
För att beräkna mängden kväve måste en forskare först veta antalet mol syra och bas som fanns i den slutliga lösningen. Att subtrahera molerna bas från molerna syra ger molerna ammoniak. Mol ammoniak i den slutliga lösningen är samma som mol kväve, så detta antal multipliceras med 14 – kvävets atommassa – för att hitta gram kväve.
Procent kväve hittas genom att dividera gram kväve med totala gram i originalprovet och multiplicera med 100. Procenten protein enligt Kjeldahl-metoden hittas genom att multiplicera procenten kväve med en omvandlingsfaktor. Denna omräkningsfaktor är vanligtvis 6.25, med undantag för ett fåtal ämnen som vete och mejeriprodukter.