TÉCNICAS INSTRUMENTALES MODERNAS DE APLICACIÓN QUÍMICA PROFESORADO EDUCACIÓN SECUNDARIA FORMACIÓN PROFESIONAL GRADO MEDIO 1. Caracterización de grasas en productos alimentarios mediante identificación de sus ácidos grasos Fundamento En esta actividad se pretende la identificación de los ácidos grasos de un producto comercial con el fin de controlar las características asociadas a dicho producto, tanto desde el punto de vista de las indicaciones de venta como desde la perspectiva de posibles alteraciones o adulteraciones. Equipo: Cromatógrafo de Gases Columna fase estacionaria SGE BPX70 Condiciones de medida: Tª 50ºC durante 1 minutos. Rampa 5ºC minuto hasta 225ºC, durante 5 minutos. Gas portador: N2, flujo 1 ml/min Detector: FID, Tª 275ºC Camara de inyección: Tª 220ºC Identificación de los ácidos grasos Para la identificación de los ácidos grasos, es necesario, previamente, proceder a la esterificación de los mismos. Obtención de los ésteres metílicos Pesar con precisión de ± 0,001g, alrededor de 0,3 g de grasa en un matraz pequeño de fondo redondo, se coloca en la manta calefactora y a continuación se añaden 6 mi de sodio metilato. Se coloca un refrigerante vertical en el matraz y se calienta hasta ebullición, manteniendo ésta hasta conseguir una sola fase (unos 15 min.). Se interrumpe la calefacción, se deja enfriar y se añaden 5 ml de la disolución de trifluoruro de boro en metanol, se vuelve a calentar durante unos 10 min. Se deja enfriar, para posteriormente extraer los ésteres formados. Extracción de los ésteres La disolución del matraz se lleva a otro aforado de 50 ml, de cuello estrecho y largo, se lava el primero con unos ml de hexano la disolución resultante, para evitar pérdidas de la muestra, se añade también al matraz aforado, por último se enrasa este, a continuación se añade disolución de NaCl saturada en cantidad suficiente para garantizar que el hexano contiene los ésteres metílico, la capa de hexano (limpia y transparente) se desplaza hasta el cuello del matraz, facilitando la toma de muestra. Análisis por CG Se toma 0,1ml de la capa de hexano y se diluye a 1 ml con hexano en un vial, se inyecta en el cromatógrafo, donde previamente se habrán fijado las condiciones de medida, anteriormente señaladas. El procedimiento operatorio a seguir con muestras patrón, de los aceites y grasas de referencia, es idéntico al descrito para la muestra de grasa. Resultados La identificación de los ácidos grasos se hace tomando como referencia los tiempos de retención obtenidos para una muestra patrón. La cuantificación se lleva a cabo mediante el método de normalización de áreas. 2.- Determinación de curcumina en alimentos Fundamento La cúrcuma es un pigmento picante amarillento que se extrae de la raíz de la planta curcumae longae, y forma parte de las especias que dan color al curry, debido a su intenso color amarillo, se emplea como aditivo alimentario (colorante E-100). La cúrcuma es una mezcla de tres compuestos polifenólicos, conocidos como curcuminoides: curcumina, demetoxicurcumina y bisdemetoxicurcumina. Estos compuestos poseen propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y anticanceríginas, siendo considerada la curcumina como el componente más activo Equipo: Cromatógrafo de líquidos con detector de fluorescencia. Columna de octadecilsilano. Fase Móvil: Ácido acético al 2% en agua y acetonitrilo en régimen de gradiente Tiempo (min) 2% AcOH (%) AcN (%) 0 55 45 9 43 57 10 55 45 Reactivos: Ácido acético, acetonitrilo, patrón de curcumina en acetonitrilo Condiciones de medida: Flujo de la fase móvil 1 mL.min-1. Volumen de inyección 20L. Longitudes de onda: λexc= 425 nm. : λemi= 515 nm Antes de inyectar, es necesario acondicionar la columna cromatográfica, por lo que se hace circular la fase móvil por el sistema durante 15 minutos. Procedimiento Preparación de muestra Se pesan alrededor de 0.3000g y se añaden 10 ml de acetonitrilo. Se lleva a un baño de ultrasonidos durante 15 minutos para extraer los analitos y a continuación se centrífuga durante un minuto a 4500 r.p.m., se recoge el sobrenadante para inyectar en el sistema cromatográfico. Análisis por HPLC A partir de una disolución patrón 50 mg/l de curcumina , se prepara por dilución con acetonitrilo, disoluciones de concentraciones comprendidas entre 1 mg/l y 5 mg/l, para realizar la correspondiente línea de calibrado. Antes de realizar la línea de calibrado se inyecta un patrón para determinar los tiempos de retención correspondientes a cada uno de los analitos, lo cual nos permitirá confirmar en la muestra su presencia Resultados Las líneas de calibrado relacionan, para cada uno de los patrones, el área del pico con la concentración. De la señal obtenida para las muestras, se determina el contenido de curcumina en mg/kg. 3.-Determinación de nitratos, y amonio en aguas por espectroscopia molecular Fundamento En esta práctica se plantea el control de dos de los principales contaminantes en aguas de pozo, derivados en muchos casos de las prácticas agrícolas, mediante espectroscopía molecular. Material Espectrofotómetro apto para lecturas entre 200 y 850 nm Material Material de vidrio de uso corriente en Laboratorio Cubetas para medida espectrofotométrica de UV-Visible Determinación de Nitratos. Reactivos Agua desionizada; Disolución patrón de nitrato. Procedimiento Preparación de la muestra, tomar una cantidad representativa de la misma y pasarla a través de un filtro de membrana de 0.45µm. previamente lavado con 200ml de agua desionizada. A 50 mI de la muestra ya filtrada, añadir 1ml de disolución de HCI 1M y agitar. Se hace un barrido del compuesto, para uno de los patrones, en zona de absorbancia óptima, para comprobar el intervalo de longitudes de onda de absorción Medir en el espectrofotómetro a 220 y 275nm. Construcción de la curva de calibrado entre cero y 30 ppm de nitratos. Resultados Se determina el contenido en nitratos mediante la correspondiente línea de calibrado. Realícense las correcciones pertinentes en el supuesto de posibles interferencias Determinación de Amonio Material y Reactivos Reactivo Nessler comercial o bien preparado, en este caso: Disolver 100g de ioduro mercúrico anhidro y 70g de ioduro potásico anhidro en un pequeño volumen de agua desionizada, agregar esta disolución lentamente y con agitación sobre una disolución fría de 160g de NaOH en 500 ml de agua desionizada, diluyendo el conjunto hasta un litro Disolución patrón de amonio, disolución de hidróxido de sodio 6N Procedimiento Determinación por formación de un complejo amarillo-pardo rojizo I(NH2)Hg que se obtiene cuando se mezcla el reactivo Nessler (I2Hg.2IK) con una disolución acuosa que contiene amonio. El reactivo debe producir el color dentro de los diez minutos siguientes a su adición. Se hace un barrido del complejo obtenido, para uno de los patrones, se elige la longitud de onda óptima y se mide Resultados Se determina el contenido en amonio mediante la correspondiente línea de calibrado 4.- Caracterización de componentes en muestras mediante espectroscopía Raman La espectroscopía RAMAN es una técnica basada en la dispersión de la luz monocromática de un láser sobre la muestra a analizar. Fundamento La rápida caracterización de un producto, tiene en esta técnica una serie de ventajas tales como la casi nula necesidad de preparación de la muestra y el carácter no destructivo de la misma, su rápida respuesta y la posibilidad de utilización de equipos portátiles. Se aplica en muchos campos: forense, arqueología medio-ambiente etc…. En nuestro caso vamos a aplicarlos a la caracterización de principios activos de medicamentos: ácido acetil salicílico, ácido salicílico, Vitamina C, paracetamol y algunos alcaloides tales como: cafeína, teobromina y teofilina Material Espectrómetro micro RAMAN BWS 415 i-RAMAN, con un detector TE cooled CCD array BTC Rango espectral 175 – 3100cm-1 Sonda laser: rojo 784.92 nm Tiempo de integración 9 ms (mínimo) – 65×16 (máximo) Material de vidrio de uso corriente en Laboratorio Procedimiento Se realiza la calibración previa con silicio cristalino, banda más intensa del espectro a 520 cm-1. A continuación se tritura la muestra y se deposita en uno de los “pocillos” de la placa y se procede al análisis de cada uno de los patrones mediante el correspondiente barrido espectral, con el fin de obtener los resultados óptimos de medida, se regula la intensidad (variación de la altura de la sonda) y tiempo de exposición. Se toman los correspondientes espectros y se estudian las bandas características del mismo. Por último se procede al estudio de mezclas de patrones y muestras reales Resultados Del estudio comparativo de los correspondientes espectros, se deduce la composición de la muestra. 5.- Determinación de metales en aguas por Técnicas de Absorción y Emisión Atómica Fundamento A efectos del Código Alimentario español y para ser destinada a bebida y a la preparación o manipulación de alimentos, se considera agua "natural" a la de este origen, que como mínimo reúna las condiciones físicas, químicas y microbiológicas que se señalan como toleradas en este Código. A continuación vamos a plantearnos la determinación de algunos elementos, metales alcalinos y alcalinoterreos, comúnmente presentes en las mismas y otro como el mercurio que puede aparecer en aguas de pozo debido al uso de fungicidas que llevan este componente y que por su toxicidad tiene limitada su presencia a muy bajas concentraciones, según las directrices de la OMS no superior a 0,001 mg/l. Emisión atómica de llama Sodio Material y Reactivos Espectrofotómetro o fotómetro de llama, con capacidad para realizar lecturas en un amplio intervalo de longitudes de onda Disolución patrón de 1000mg/L Na. Disoluciones patrón de 1, 2, 4, 6 mg/L en Na, preparadas a partir de la disolución anterior Procedimiento Se realizar por fotometría de llama, por aspiración directa de la muestra y lectura a 589 nm Dejar estabilizar el aparato. Seleccionar la longitud de onda. Obtener la línea de calibrado con los patrones y a continuación aspirar la muestra y efectuar la lectura. Expresar los resultados en mg/L o ppm Absorción atómica de llama Calcio Material: Espectrofotómetro de absorción atómica Se realizar mediante aspiración directa de la muestra a una llama y lectura a 422,7 nm Material y Reactivos Espectrofotómetro de Absorción Atómica de llama, con capacidad para realizar lecturas en un amplio intervalo de longitudes de onda Lampara de Cátodo Hueco combinada de Calcio y Magnesio, 10mA Disolución patrón de 1000mg/L Ca. Disoluciones patrón a partir de la disolución anterior de 1, 2, 4, 8 mg/L en Ca, Procedimiento Dejar estabilizar el aparato y la lámpara durante 15 minutos. Seleccionar la longitud de onda. Obtener la línea de calibrado con los patrones y a continuación aspirar la muestra y efectuar la lectura. Expresar los resultados en mg/L o ppm Absorción Atómica de Vapor Frío Mercurio Material Espectrofotómetro de absorción atómica. Lámpara de mercurio de cátodo hueco Cámara de absorción con ventanas de cuarzo, acoplables al espectrofotómetro Equipo de reducción del ión mercúrico a mercurio metálico y de arrastre de éste con corriente de gas hasta la cámara de absorción, incluyendo un sistema de desecación. Equipo de suministro de gas con flujo regulable. Reactivos Ácido nítrico y clorhídrico concentrado. Cloruro estannoso al 20% p/v en ácido clorhídrico al 20%. Disolución patrón de mercurio 1000 mg/L. Disoluciones patrón de mercurio de 1; 2, 5, 10 µg/L, se obtiene de la anterior por sucesivas diluciones con agua desionizada, llevando la concentración final de ácido nítrico al 5% v/v. Procedimiento Reducción de los iones mercúricos a mercurio metálico por la acción del Sn (II), volatilización del mercurio metálico y arrastre del mismo hasta la celda de absorción mediante corriente de gas y medida a 253,7 nm Obtener la línea de calibrado con los patrones y a continuación aspirar la muestra y efectuar la lectura. Expresar los resultados en µg/L o ppb