Guillermo Manrique Susana Dieguez gmanrique@fio.unicen.edu.ar susadie@vet.unicen.edu.ar

FACULTAD DE CIENCIAS VETERINARIAS LICENCIATURA EN TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS

2018

CUALITATIVO

¿De qué componente se trata? (elementos, compuestos, mezcla de compuestos, etc.)

CUANTITATIVO ¿En qué cantidad está presente un componente dado?

MUESTRA (PROBLEMA): Material sobre el que se realiza el análisis ANALITO: Componente que se desea analizar en la muestra MATRIZ: Sistema material que contiene al analito

ANÁLISIS QUÍMICO

MUESTRA BLANCO : Muestra que no contiene analito (misma matriz) MUESTRA PATRÓN : Muestra de analito de concentración conocida No necesariamente en la misma matriz Utilizada para calibrar respuesta de instrumentos

¿Qué información se busca?

Selección de método analítico

Estimar cantidad de muestra necesaria para el análisis

Obtener muestra representativa

Preparación de la muestra

Eliminar interferencias

Calibrar instrumentos mediante patrones

Medición de una propiedad del analito

Cálculo de resultados

Interpretación e informe de resultados

SISTEMA MATERIAL

A L I M E N T O

SISTEMAS HOMOGÉNEOS

Soluciones Sustancias puras

SISTEMAS HETEROGÉNEOS

Más de un sistema homogéneo o dispersión separados

SISTEMAS DISPERSOS

Aguas de bebida: Solución diluída de sales

SISTEMAS HOMOGÉNEOS

Otras soluciones: jugos de frutas clarificados, algunas bebidas

Aceites vegetales: Mezcla de sustancias puras conteniendo compuestos liposolubles

Miel líquida: Solución sobresaturada de azúcares

Clara de huevo: “Solución” de proteínas (sol)

SISTEMAS DISPERSOS

Manteca, margarina: Emulsión agua en aceite

Crema batida: Espuma Miga de pan: Espuma sólida

Leche: Solución (lactosa, sales, vitaminas, etc.)

Emulsión aceite en agua (lípidos, vitaminas)

Dispersión coloidal (caseínas, otras proteínas)

SISTEMAS COMPUESTOS (HETEROGÉNEOS)

Jugos no clarificados: Solución (sales, azúcares, ácidos, vitaminas etc.)

Suspensión coloidal (algunas pectinas)

Emulsión aceite en agua (lipoides)

Dispersión gruesa (pulpa)

Tejidos celulares animales: muscular, graso, conectivo, nervioso, etc.

Tejidos celulares vegetales

Sistemas complejos (dispersos, tejidos celulares, etc.)

MUESTREO Conjunto de operaciones realizadas para obtener una muestra

Ante imposibilidad de realizar un análisis integral a todo un lote debe realizarse un muestreo representativo del mismo Los resultados obtenidos para la muestra representativa pueden extrapolarse a todo el lote Método de muestreo varía de acuerdo a:

• Tamaño de lote • Estado físico de muestra (estado de agregación, homogeneidad) • Tipo de material a analizar (preservación de identidad del analito)

Para materiales de producción continua: muestras de igual tamaño a intervalos regulares de tiempo Materiales en lotes: Método de apilamiento y división en cuartos

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Serie de procedimientos que permiten obtener el analito en el estado apropiado

para ser analizado. Incluyen: disoluciones, extracciones, digestiones. Disolución de muestras sólidas • Muestra sólida se disuelve en solvente apropiado • Puede aplicarse temperatura, agitación, ultrasonido, microondas • Método a emplear puede requerir otro solvente diferente al de disolución (extracción líquido-líquido, evaporación y redisolución) Digestión Proceso drástico para disolver una muestra sólida Requiere de ácidos o bases fuertes, agentes oxidantes o enzimas Se distinguen:

• Digestión por vía húmeda • Digestión por vía seca (calcinación-incineración) • Digestión enzimática

Desproteinización Necesaria en muestras donde las proteínas interfieren con el análisis del analito Se usan reactivos precipitantes de proteínas (desnaturalizantes): ácido tricloroacético, acetato de plomo, sulfato de amonio, etc. Extracción • Para transferir el analito de una matriz sólida a una disolución • Para pasar al analito de un disolvente a otro apto para realizar el análisis • En general, se logra concentrar el analito Tipos

Extracción líquido-líquido (deben ser inmiscibles) Extracción Soxhlet (sólido-líquido) Fluídos supercríticos Extracción en fase sólida

Extracción con fluidos supercríticos Diagrama de fases: Permite conocer el estado de una sustancia pura de acuerdo a las condiciones de P y T

PT

TT

PC

TC

Punto crítico: Corresponde a las condiciones de P y T en la que la curva de presión de vapor (L G) finaliza. Fluido supercrítico: sustancia sometida a temperaturas y presiones mayores a las correspondientes a su punto crítico. Corresponde a uno en el que coexisten las fases líquida y gaseosa, sin que sea posible distinguir entre ambas

• Densidad del mismo orden que la de un líquido

• Viscosidad similar a la de un gas

• Alta difusibilidad

• Alta penetrabilidad en matrices poco porosas

• Puede disolver analitos con alta eficiencia

• CO2 el más empleado

Ventajas CO2 como fluido supercrítico

• Condiciones de Pc y Tc fáciles de conseguir en la práctica • No tóxico , no explosivo, no inflamable • Químicamente inerte • Se puede obtener de gran pureza a bajo costo • No contaminante • Apto para extraer analitos no polares o poco polares

Diagrama de fases del CO2

ALGUNAS APLICACIONES DE EXTRACCIÓN CON CO2 CRÍTICO

Analito extraido Matriz

Cafeína Granos de café

Nicotina Tabaco

Colesterol Yema de huevo

Aceites esenciales Especies y plantas aromáticas

Lípidos Tejidos biológicos

Lignina Madera

Aceite Granos oleaginosos

Pesticidas, herbicidas Suelos, alimentos

Micotoxinas Alimentos

Extracción en fase sólida (SPE) Pasaje de la disolución conteniendo el analito por un tubo relleno con un sólido que lo adsorbe específicamente El analito luego se eluye con algún disolvente Se consigue separar el analito de otros componentes de la disolución original Puede conseguirse la concentración del analito

MÉTODOS DE ANÁLISIS

GRAVIMÉTRICOS: Basados en la determinación de una masa Ejs. 1) Determinación de Ba2+ en aguas

Ba2+ + SO42-(exceso) BaSO4

El precipitado se filtra, lava, seca, calcina y pesa 2) Determinación de humedad y cenizas en alimentos 3) Determinación de lípidos por el método de Soxhlet La materia grasa de la muestra se extrae con un solvente El solvente se evapora Se determina la masa de la grasa extraida Se calcula el % de grasa de la muestra

MÉTODOS DE ANÁLISIS

Pesada balón (tara)

Extracción con solvente a reflujo

Evaporación del solvente

Pesada balón + materia grasa

MÉTODO DE SOXHLET

1

2

3 4

VOLUMÉTRICOS: Basados en la determinación de un volumen

Ejs. 1) Determinación del contenido de ácido mediante una titulación con una base de concentración conocida

2) Determinación de proteínas por el método de Kjeldahl La muestra se digiere por vía húmeda (el nitrógeno amínico total se transforma en NH4

+)

N amínico (proteínas) NH4+

El NH4

+ se transfoma en NH3 por agregado de NaOH, el que se recoge en H3BO3

NH4

+ + HO- NH3 + H2O NH3 + H3BO3 NH4

+H2BO3-

El ión HBO3

- se valora frente a a HCl de concentración conocida

H2BO3- + H+ H3 BO3

MÉTODOS DE ANÁLISIS

H2SO4

ELECTROQUÍMICOS: Basados en la determinación de alguna propiedad eléctrica de la muestra (carga eléctrica, voltaje o diferencia de potencial, intensidad de corriente, etc.)

Ejs. 1) Determinación de iones metálicos por potenciometría usando electrodos

específicos. 1) Como medios de indicar el punto final en titulaciones volumétricas.

MÉTODOS DE ANÁLISIS

MÉTODOS DE ANÁLISIS

FOTOMÉTRICOS: Basados en la determinación de una propiedad de la muestra frente a la radiación electromagnética (luz visible, ultravioleta, infrarrojo, etc.) Ejs. 1) Determinación refractométrica de azúcares 2)Determinación de hierro en harinas por espectrofotometría

a) Se extrae el Fe de la harina mediante una disolución

b) Se agrega un reactivo que genera con el Fe un compuesto coloreado

La intensidad del color formado es proporcional a la cantidad de Fe presente

c) Mediante un fotómetro se mide:

la cantidad de luz que absorbe la muestra

la cantidad de luz que absorbe una solución con un contenido de Fe conocido (patrón)

d) Se calcula la cantidad de Fe en la muestra comparando los valores de cantidad de luz

absorbida obtenidos en c).

% p/p g de analito /100 g de muestra % v/v mL de analito / 100 mL de muestra % p/v g de analito / 100 mL de muestra mg % mg de analito / 100 g (o mL) de muestra Molaridad moles de analito / 1000 mL muestra (1 L) (M) o milimoles de analito (mmoles )/ mL muestra o moles (micromoles)/ L o nmoles (nanomoles) / nL Partes por millón mg de analito / 1000 mL ó 1000 g de muestra (ppm) Partes por trillón g de analito / 1000 mL ó 1000 g de muestra (ppt)

PRECISIÓN ¿Cuánto se dispersan los valores obtenidos?

EXACTITUD ¿Cuánto se alejan los valores obtenidos del real?

Valor real

precisión óptima exactitud óptima

precisión óptima empeora exactitud empeora precisión exactitud aceptable

empeora precisión empeora exactitud

ESPECIFICIDAD Capacidad de un método para determinar el analito de interés sin que interfieran otras sustancias presentes en la matriz

REPRODUCIBILIDAD Capacidad de un método para ofrecer el mismo resultado, cada vez que se repita en análisis, bajo las mismas condiciones. LÍMITE DE DETECCIÓN o SENSIBILIDAD Concentración más baja del analito que puede detectarse sin que sea posible estimar la misma con exactitud (Concentración del analito que origina una señal igual a la obtenida para la muestra blanco, más dos veces la desviación estándar de dicha señal) LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN Concentración más baja del analito que puede detectarse y cuantificarse con exactitud (concentración de analito que origina una señal igual a la obtenida para la muestra blanco, más diez veces la desviación estándar de dicha señal)

CALIBRACIÓN

Requerida cuando se desea conocer la concentración de una sustancia en una matriz mediante una medición indirecta, es decir, determinando cantidades que se relacionan con dicha concentración La calibración nos permite conocer cómo se relacionan la concentración de la sustancia con la magnitud medida Se utilizan estándares (patrones de la sustancia de concentración conocida) Permite estimar la concentración de la sustancia en muestras problema Pueden aplicarse distintos métodos de calibración

CALIBRACIÓN POR MÉTODO DE ESTÁNDAR EXTERNO Se mide la respuesta que genera una serie de soluciones patrón (o estándares) del analito y se obtiene una curva de calibración, frecuentemente lineal

y: valor de la señal x: valor de concentración 0,0098: pendiente (sensibilidad o respuesta del método) 0,0806: ordenada al origen (señal del ensayo blanco) R2: coeficiente de regresión lineal (linealidad)

Concentración

Re

spu

est

a Ecuación de la recta obtenida por regresión

CALIBRACIÓN POR MÉTODO DE ADICIÓN DE PATRÓN El estándar es agregado a las muestras a analizar, se relaciona la señal obtenida en muestras con patrón con aquellas a las que no fue agregado el estándar.

Usos

• Cuando la matriz de una muestra sea, o bien desconocida o tan compleja que no podría emplearse un estándar externo con suficiente garantía (efecto matriz).

• Cuando el proceso de preparación de la muestra o la técnica de ensayo sea compleja o muy variable.

Sea:

[X]i : conc. del analito en la muestra ―→ IX: señal analítica correspondiente

Al agregar un volumen medido de solución estándar de conc. [S] del analito a la muestra (se produce dilución!), se obtiene una señal IS+X.

[X]f : conc. del analito en la muestra luego de la adición del estándar

[S]f : concentración del estándar en la solución final

Dado que I α conc., se obtiene: IX [X]i

IS+X [S]f + [X]f

=

Procedimiento gráfico • Un mismo volumen de solución problema se vierte en sendos matraces • Se adicionan volúmenes crecientes de solución estándar del analito • Se enrasan los matraces • Se obtienen las señales analíticas correspondientes a cada solución Ej.

Datos:

[S] = 0,2 M Vfinal = 50 mL

Rta. : [X]i = 0,42 M

Verter 5,00 mL de la muestra problema en cada matraz

Agregar 0, 5, 10, 15 y 20 mL de la solución estándar, repectivamente

Enrasar con agua al volumen del matraz

CALIBRACIÓN POR MÉTODO DE ESTÁNDAR INTERNO Se incorpora a la muestra una cantidad conocida de un compuesto diferente del analito que genere una señal individual con la que pueda ser comparada la señal del analito. Usos • Cuando las cantidades de muestra analizadas o la respuesta del instrumento varían ligeramente entre ensayos, por razones difíciles de controlar (cromatografía). • En casos que se produzcan pérdidas de analito durante preparación de la muestra Debe conocerse el factor de respuesta IX = A [X]

Is = B [S] (F = A/B)

IX [X]

IS [S]

= F