NIR and Raman Applications for Olive Oil

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Aplicaciones NIR y Raman para el aceite de oliva
Antonio Martínez
Proprietary & Confidential
The world leader in serving science
La espectroscopia molecular y el aceite de oliva
• Espectroscopia UV-VIS
Determinación de los valores de delta K
• Espectroscopia NIR
Determinación cuantitativa de distintos parámetros
Determinación de adulteraciones
• Espectroscopia Raman
Nuevas aplicaciones para la determinación de PAH
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Nuestras soluciones en espectroscopia UV-VIS
3
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Lo que la normativa EEC 2568/91 requiere
• Una solucion al 1% w/v de aceite en iso-octano o c-hexano. La
concentración exacta debe de conocerse para los calculos posteriores.
• Medida de absorbancia a:
• 232 nm (K232)
• 270 nm o determinar experimentalmente la absorbancia del máximo cerca de
270 nm
• La absorbancia 4 nm por debajo y 4 nm por encima del la medida realizada a
270 nm
• La Absorbancia se modifica mediante la concentración real para
determinar el valor especifico de extinción.
Eλ
Kλ =
c ⋅s
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ΔK = K m −
K m-4 + K m + 4
2
El valor de ∆K
.
Clasificación
del aceite
5
K232
K270
∆K
Virgen extra
≤ 2.50
≤ 0.22
≤ 0.01
Virgen
≤ 2.60
≤ 0.25
≤ 0.01
Aceite de
Oliva refinado
none
≤ 1.10
≤ 0.16
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Una solución a medida
• Thermo Scientific ofrece un paquete con todo lo necesario
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• Thermo Scientific™ GENESYS 10S UV-Vis
PN 840-209700
• Thermo Scientific™ VISIONlite™ software
PN 834-091300
• Olive Oil method Pack
PN 869-128500
• Cubetas de cuarzo de 10 mm
PN 268-808900
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Paso previo – Toma de datos
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Paso 2 – Introducir la concentración
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The Interface 3 - Resultados
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Nuestras soluciones en espectroscopia NIR
• NIR: Vibraciones de sobretonos y combinación
12820 – 4000 cm-1
780 – 2500 nm
• MIR: Vibraciones fundamentales
4000 – 400 cm-1
2500 – 25000 nm
• FIR: Vibraciones estructura
400 – 20 cm-1
25000 - 500000 nm
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El espectro NIR
Vibraciones fundamentales
1.70
1.65
1.60
Vibraciones de combinación
1.55
1.50
1.45
1.40
Absorbance
1.35
1a Armonicos
1.30
1.25
1.20
1.15
1.10
2a Armonicos
1.05
1.00
3a Armonicos
0.95
0.90
0.85
0.80
10000
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9000
8000
7000
Wavenumbers (cm-1)
6000
5000
Thermo Scientific™ Antaris™ II FT-NIR Analyzer
• Permite trabajar con 3 modos de trabajo simultaneamente
• Comodo y flexible en el laboratorio
• Seguro , robusto y practico en producción
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Thermo Scientific™ Antaris™ II FT-NIR­ Modulo de transmisión
• Adecuado para el analisis cualitativo y cuantitativo de
muestras liquidas.
• Posicionamiento automatico de la cubetas/viales
• Background automatico
• Control automatico de la temperatura ( Peltier)
• Compatible con cubetas/viales 0.05 mm ­- 8 mm
• Aplicación determinación cuantitativa de los
principales parametros en aceite de oliva virgen
extra
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Thermo Scientific™ Antaris™ II FT-NIR ­ Modulo Fibra Optica
• Adecuado para la identificación de solidos y liquidos (SabIR™)
• La adquisión se inicia desde la sonda
• Connexión SMA (permite cualquier sonda)
• Background Automatico
• Adaptadores para medir en transflectancia:
muestras liquidas, con distintos pasos óptico
• Aplicación: control de proceso.
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Thermo Scientific™ Antaris™ II FT-NIR - Esfera integradora
• Optica revestida en oro (Eficiencia > 99%)
• Adquisición automática del background
• Adaptadores para solidos de distintos tamaños
• Permite analisis de muestras heterogeneas mediante rotación
de la cubeta de muestreo
• Thermo Scientific™ Antaris™ II FT-NIR VLS™ ⇒ para
liquidos viscosos
• Aplicación: determinación cuantitativa de la pasta de
aceituna, hojas, suelos…
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Aplicación cuantitativa
Determinación cuantitativa de los principales
parametros en aceite de oliva virgen extra
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Analisis de muestras
Condiciones experimentales
• Thermo Scientific™ Antaris™ II FT-NIR: Modulo de
transmisión
• Rango espectral: 4000-10000 cm-1
• Control de temperatura en la cubeta a 35°C
• Viales: Utilizamos viales de 8mm
• Tiempo de adquisición 1 minuto (64 espectros - 4 cm-1)
• La muestras se filtran previamente a su analisis
• La tecnica es multiparametrica con un solo espectro – n parametros
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Ejemplo de curva de calibración: Acidez - Peroxidos
Acidez:
Peroxidos:
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Proprietary & Confidential
1.3
0.22
Calibration
Validation
Correction
Cross-correction
Ignore
0.22
1.3
Actual
2.9
0.07 Calculated
Calibration
Validation
Correction
Cross-correction
Ignore
0.07
19
Actual
Proprietary & Confidential
0.22
Calibration
Validation
Correction
Cross-correction
Ignore
0.07
0.21
K264
RMSEC: 0.0108 Bias: (-0.564e-3) Corr. Coeff.: 0.8916
9 factors used
K268
RMSEC: 0.0129 Bias: (-0.678e-3) Corr. Coeff.: 0.8643
9 factors used
0.07 Calculated
Calculated
K232
RMSEC: 0.108 Bias: 0.00160 Corr. Coeff.: 0.8812
10 factors used
Actual
0.22
K272
RMSEC: 0.00968 Bias: (-0.607e-3) Corr. Coeff.: 0.9235
9 factors used
0.06 Calculated
2.9
Ejemplo de curva de calibración: K2xx
Calibration
Validation
Correction
Cross-correction
Ignore
0.06
Actual
0.21
Ejemplo de curva de calibración: Composición Acidica
Ac. Palmitico
Ac. Oleico
Ac. Palmitoleico
Ac. Linoleico
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coloesterolo
RMSEC: 0.0664 Corr. Coeff.: 0.9932
5 factors used
Calculated
3
Ejemplo de curva de calibración: Colesterol - CERA
0.5 CEREC40+C42+C44+C46
Actual
32
Calibration
Validation
Correction
Cross-correction
Ignore
162
32
Actual
209
Calculated
CERE C42+C44+C46
RMSEC: 1.62 Corr. Coeff.: 0.9975
8 factors used
18
Calibration
Validation
Correction
Cross-correction
Ignore
18
21
3.2
RMSEC: 1.05 Corr. Coeff.: 0.9995
9 factors used
Calculated
209
1
Calibration
Validation
Correction
Cross-correction
Ignore
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Actual
162
steroli totali
RMSEC: 43.4 Bias: (0.172e-3) Corr. Coeff.: 0.9863
7 factors used
1089 Calculated
2252
Ejemplo de curva de calibración: Esteroles totales
Calibration
Validation
Correction
Cross-correction
Ignore
1089
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Actual
2252
Ejemplo de curva de calibración: 1,2 digliceridos- 1,3
digliceridos
1,2 digliceridi:
1,3 digliceridi:
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Report analitico
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Analisis cualitativo
Determinación del origen del aceite y las posibles adulteraciones del mismo
NIR
Projection of the cases on the factor-plane ( 1 x 2)
Cases with sum of cosine square >= 0.00
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72
42
71
49 69 31
38
15
8
37
28
26
30
7
1
1
70
65
Factor 2: 14.93%
41
78
51
40
77
3
0
44
39
1
13
2
-2.10
-2.10
48
67
68
25
27
63
5245 43
20
56
14
4
24
76
59
46
54
50
57
60
66
58
-1
34 64
62
47
61
22
21
12
53
36
17 35
2318
5
19
PC3
32
74
73
75
55
-3.00
-3.00
79
80
81
6
-2
-3.50
-3.50
-3
30.0
30.0
-4
-3
-2
-1
0
Factor 1: 59.83%
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1
2
3
4
A
PC2
25.0
25.0
-80.0
-80.0
-60.0
-60.0
-70.0
-70.0
PC1
Ventajas del NIR
• Sin preparación de muestra
• Sin reactivos
• Posibilidad de utilizar fibra optica (analisis remoto)
• No destructivo
• Tecnica Multiparametrica
• Rapidez ( 1 minuto)
• No requiere personal cualificado para hacer los analisis
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Determinacion mediante Raman de BHA en aceite de oliva
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Determinacion mediante Raman de BHA en aceite de oliva
OXIDACION
DE LIPIDOS
PERDIDA
AROMAS
DEGRADACION DE
COMPONENTES
OLORES NO DESEADOS
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Butylate Hydroxyanisole (BHA)
ESTRATEGIA
Adición de antioxidantes
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29
Legislacion
LEGISLACION
EUROPEA
ACEITES COMESTIBLES
200 µg·g–1
(expressed on fat)
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Dificultades
• Viscosidad y complejidad de las muestras de aceite
• Consumo de tiempo y disolventes para el pretratamiento de las
muestras
• El Raman convencional no proporciona suficiente sensibilidad
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Substrato SERS “hecho en casa”
Soda-lime glass Petri dish (60
mm Ø, 15 mm altura)
Recubierto con plata
SEM image (120,000X) of silver substrate
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Medida SERS
DXR™ Raman
microscope
placa PETRI
recubierta en
plata
circuito
refrigerado
aislado
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33
Resultados
Pure olive oil SERS, –2 ºC
200 μg·g–1 BHA in olive oil SERS, –2 ºC
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34
Resultados
BHA
standard
BHA in sunflower oil SERS, -2 ºC
BHA in sunflower oil SERS, 25 ºC
BHA in sunflower oil without SERS, -2 ºC
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Sumario
• Factor de mejora (EF) > 115, dependiendo del tipo de aceite
• Ventajas: Substrato de plata barato y fácilmente realizable por el usuario
• Medida real de aceites sin manipulación alguna
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36
Preguntas
37
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