Nuevas herramientas de espectroscopía aplicadas al laboratorio

Nuevas herramientas de espectroscopía
aplicadas al laboratorio medioambiental y
agroalimentario
Fernando Tobalina
Spectroscopy Product Specialist
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Herramientas de análisis para la caracterización de
muestras medioambientales y agroalimentarias.
Técnicas de separación
cromatográfica
GC, GC-MS, LC, LC-MS
Técnicas espectroscopía molecular
RMN, FTIR, NIR, UV-VIS
Laboratorio de Control I + D
Tecnicas de espectroscopía atómica:
AA, MP-OES, ICP-OES, ICP-MS
Seguridad alimentaria, Tecnología de alimentos, Adulteraciones,
Discriminación de origen, Optimización de cultivos, Control Ambiental
Posibilidades de la espectroscopía
molecular en el mercado alimentario.
Análisis de muestras líquidas:
Vinos: polifenoles, flavonoides, antocianos, fenoles, color.
Aceites: K 270, K 232 y Delta K
Zumos: Colorantes, carotenos, vitamina C, estudios de estabilidad.
Bebidas: Lúpulo en cerveza,
Agua de consumo: aniones, cationes, color
Análisis de muestras sólidas:
Frutas y vegetales: Clorofilas, antocianinas, carotenoides
Carnes: hidroxiprolina, mioglobinas, nitritos, nitratos.
Envases alimentarios: Protección UV.
3
Línea de productos Agilent en espectroscopía molecular:
Desde el UV al IR
DAD 8454
Cary 60
Cary 630
Cary Eclipse
Cary 100/300
Microscopía FTIR
Cary 4000/5000/6000/7000
Requisitos instrumentales para el empleo de
equipos de UV—Vis en análisis alimentario
No fotodegradación inducida por el propio
espectrofotómetro
Exactitud y linearidad fotométrica
usando materiales certificados
medidos a 590 nm
Análisis cinético
Lecturas simultaneas a varias long de onda
Inmunidad a la luz ambiente
3.5
3.0
Abs
2.5
2.0
1.5
1.0
Closed
R² = 0.9934
0.5
Open
R² = 0.9934
0.0
0
5
50
100
mg/L 150
200
250
Las antocianinas El origen del color del vino
¿En que se basa la correlación del color con la
calidad del vino?
• Su extracción durante la fermentación se realiza de
forma conjunta con muchos de los aromas que
también proceden de la piel de la uva.
• Los pHs bajos potencian el intenso tono rojo de las
antocianinas
• El dióxido de azufre elimina el color
El color del vino indica si todo va bien en
su proceso de fabricación:
• Si el pH es correcto,
• Si el contenido de dióxido de azufre es bajo
• Si tiene una concentración de etanol adecuada
Evolución del contenido total de antocianas, taninos y flavonoles (en
mg) durante el crecimiento de la baya de Syrah (en g) (Ojeda 1999).
6
Parámetros analizables por UVVis en vinos
Análisis general de polifenoles totales.
•
•
Es un grupo extenso y complejo de compuestos que puede afectar al sabor, amargor
y bouquet del producto
Los fenoles pueden sufrir cambios químicos durante el envejecimiento que pueden
seguirse en el espectro provocando cambios de color del vino.
–
Un color más marrón en los vinos blancos y un color rojizo más intenso en los
tintos.
La cantidad total de compuestos fenólicos puede obtenerse por la lectura de
las absorbancias a 280nm
También se emplea el índice de Folin-Ciocalteu por reacción con el reactivo
del mismo nombre y determinación de la absorbancia a 750nm
7
Tono del color del vino
Es un indicador útil de la edad del vino
Durante la fermentación y el envejecimiento;
• Las antocianinas se combinan con los materiales fenólicos
Los cambios de color reflejan las proporciones de los pigmentos
poliméricos no debidos a las antocianinas
• Relación color amarillo-rojo
Medidos como absorbancia a 420nm o en la relación 420/520
En vinos tintos jóvenes
• El rojo predomina sobre el amarillo
• La relación esperada 420/520 es menor de 1
En vinos tintos maduros.
•
•
8
El amarillo predomina sobre el rojo.
La relación 420/520 es superior a 1
Densidad del color del vino
The 2 different types of wine Cabernet Sauvignon (+) and Shiraz (X) were representative of the March 1972 vintage in the Southern Vales district of South Australia
La densidad del color del vino tomada como la suma de las absorbancias a
420nm y 520nm correlaciona fuertemente con la calidad del mismo
9
Concentración de proteínas totales
Pueden emplearse cualquiera de los métodos habituales:
D 280, BRADFORD, LOWRY, BCA
10
CEPA
MOSTO
VINO
REF
Chardonay
85-100
108-89
Leleu (1993)
Sauvigñon
80
72
Bayly y Berg
(1967)
Semillón
55
30
Bayly y Berg
(1967)
Riesling
39.2-40.2
30.1-30.5
Hsu et al (1987)
Gewürztraminer
77.1
41,3
Hsu y Heathbell
(1987)
Sylvaner
90
70
Bayly y Berg
(1967)
Welder
133.4
30.3
Lamikanra et al
(1988)
11
12
Confidentiality Label
October 21, 2014
13
Percepción del color
• La percepción del color por el ojo humano depende de la
sensibilidad de las células especializadas.
• Bastones para visión nocturna
• Conos para visión diurna, especializados en colores rojo, azul
y verde.
• También de las condiciones de iluminación y observación.
• Es fundamental establecer un modo objetivo de medir el color
que no dependa de la fisiología del ojo y la subjetividad de
cada persona.
14
Análisis de zumos por UV-Vis
Rojo zumo natural de granada
Zumo comercial de granada
Zumo comercial de uva
Zumo comercial de manzana
15
Análisis por UV-Vis de muestras sólidas
16
Análisis de envases protectores UV
Env 75 ml Cara 1
Env 75 ml Cara 2
Env 150 ml Cara 1
Env 150 ml Cara 2
Env 500 ml Cara 1
Env 500 ml Cara 2
Env 900 ml Cara 1
Env 900 ml Cara 2
Fondo envase 75 ml
Fondo envase 150 ml
Fondo envase 500 ml
Fondo envase 900 ml
Long. onda a
%T max.
% T a long. de
onda max.
Resultado
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
6.56
5.62
5.57
5.94
4.63
7.56
5.88
6.44
4.46
4.22
4.47
6.63
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Pasa
Identificación de drogas ilícitas
•
Comparación de espectros de drogas
tomados en la calle frente a la
biblioteca Agilent Forensic.
•
La búsqueda revela:
 El espectro de la muestra
desconocida
 El espectro del mejor match
 La identidad de la muestra
 La calidad numérica del
match.
Identificación de
compuestos en una
mezcla de drogas
•
El resultado de la búsqueda
espectral de una sustancia
sospechosa de contener cocaína.
La búsqueda espectral indica que
se trata de una mezcla de cocaína,
acetophenetidine y pacetophenetidine. La calidad del
índice de similitud es baja debido a
la mezcla de los dos componentes
principales.
•
A traves de la búsqueda de
residuales, el primer match es
sustraído y el espectro residual es
automáticamente buscado frente a
la biblioteca.
•
El espectro residual, compara bien
con una base de cocaína (crack) y
la calidad del match es buena.
Red – Spectrum of Drug Sample
Blue - Spectrum of Best Match
Search After Spectral
Subtraction of Best Match
from Drug Sample
ANALISIS DE MATERIALES BIOLOGICOS:Comparación de imágenes de un
corte transversal de una hoja de Eucalyptus botryoides por radiación sincrotrón y FTIRFPA
Imagen IR basada en la banda Amida I
(1700-1580cm-1)
FPA IR Imaging
Synchrotron
Imagen
visible
FPA IR Imaging
Synchrotron
Imagen basada en la banda lipídica
(1770-1700 cm-1)
Análisis de fibras compuestas bicomponente
Nylon
Poliuretano
Ejemplo de detección
1.0
COCAINE HCl in KBr
0.9
0.8
0.7
Assorbanza
0.6
COCAINA
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
3600
1.0
3400
3200
3000
2800
2600
2400
SD00223 MILK-PROTEIN HYDROLYSATE PEPTONE
2200
2000
Numero d'onda
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
1000
800
600
0.9
0.8
Assorbanza
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
3600
ATR FTIR imaging in forensic science, Agilent
22
3400
3200
3000
2800
2600
2400
2200
2000
Numero d'onda
1800
1600
1400
1200
Importancia del Análisis Elemental
La composición elemental
determina las propiedades
químicas y físicas de las
muestras.
La presencia de ciertos
elementos, incluso a niveles de
traza y ultratraza puede tener
un impacto significativo en la
salud humana, medio ambiente
o en la industria.
23
Agilent está guiándo la Innovación en la
Espectroscopía Atómica
Agilent ICP-MS
7900
World’s First ICP-QQQ
Agilent MP-AES
Enabling a new
level of ease of
use in ICP-MS
5100
4200
8800
Next Generation
ICP-OES
Agilent MP-AES
4100
7700
2009
2011
2012
2013
2014
July 2014
SIPS Simplifica el análisis por FlAA
• Elimina la rutinaria tarea de preparar patrones
•Permite una rápidísima dilución on-line para las
muestras de concentración elevada
• Incrementa en 200 veces el intervalo lineal.
•Adición On-line de supresores de ionización o
modificadores químicos
• Simplifica la preparación de muestra
• Minimiza el consumo de reactivos
•Preparación automática de adiciones standard.
•Adición y Corrección automática con standard interno
en equipos FS
•
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Permite trabajar en modo de lavado inteligente.
El mejor sistema Zeeman de GFAA
Los sistemas Zeeman de Agilent
proporcionan:
• Mejor rendimiento a niveles de sub-ppb
gracias al diseño CTZ del horno y la
disposición transversal de los imanes.
• No hay restricciones al paso de luz.
• Alineamiento sencillo – Solo requiere una
fuente de luz.
• La corrección Zeeman más precisa.
• Interpolación polinómica de la señal del fondo
• Imán del Zeeman modulado al doble de la
frecuencia principal.
• Intensidad de campo variable
Page 26
“ Una nueva tecnología: El plasma indicido por
microondas MP-4200”
Altas
prestaciones
• Alternativa ideal a FLAA
• Mide mayoritarios,
minoritarios y la mayoría
de trazas.
• Sin demasiadas
interferencias de matriz
Menor coste
operativo
Seguro
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• Sin gases inflamables
• Trabajo multielemental
desatendido
Rápido & Facil
de usar
•
•
•
•
•
Solo precisa aire
Sin lámparas HCl
Multi-elemento
Trabaja desatendido
Buena productividad
• Medidas secuenciales
rápidas
• Corrección de fondos
simultánea
• Nueva generación de
software con modos de
trabajo definidos o
avanzados
Análisis de metales en Leche desnatada
con el MP-AES 4200
Análisis directo tras dilución 1/20 en
CFA-C pH 8.
Resultados de los análisis de vinos
Se analizan 5 tipos de vinos: Shiraz (M-1), Cabernet
Sauvignon (M-2), Chardonnay (M-3), Sauvignon blanc (M4), y Viognier (M-5).
Y dos materiales de referencia de vinos:
Vino tinto: TM-Wine R1A
Vino blanco: TM-Wine W1A
Análisis directo por dilución 1/10 en 5% HNO3
Análisis de suelos
Análisis de muestras
Los resultados de los materiales de referencia de los
distintos elementos son consistentes con los certificados y
entre todas las técnicas ensayadas.
30
Nuevo ICP-OES 5100
Smallest
footprint of
major ICPOES
vendors
Robust solid state RF
Unique Synchronous
Vertical Dual View (SVDV)
Smart electronics
High Resolution
Simultaneous echelle
optics
Easy access to
power, gas,
cooling water and
comms from RHS
Vista Chip II Detector
Corrosion
resistant sample
compartment
Easy access to
Easy-Fit torch
Pump position close
to samples reduces
sampling times –
improves throughput
Algunas características del ICP-OES 5100
Dichroic
Spectral
Combiner
(DSC)
To detector
Vertical
torch
Mirror
5100 SVDV Pre-optics
Hole
DSC
32
1. Menores gastos de operación
Consumo de Ar por muestra
Basado en la norma US EPA 200.7 app notes
5100
SVDV
CCD
segmentado
flat plate
Detector
CID
Secuencial
Circulo
Rowland
1.16
2.36
2.36
5
2.5
Ar L/sample
23.664
39.53
43.0228
168
36.25
Valve/No Valve
Valve
Valve
Valve
No Valve
No Valve
USEPA 200.7
(min)
Ar/sample
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
5100 SVDV
CCD
segmentado
Detector CID
Secuencial
Círculo Rowland
33
Exactitud en las determinaciones
Materiales de referencia de leche en polvo
Todos los elementos en una sola lectura y dilución
Detectores ICP-MS para análisis de ultraratrazas y
especiación de metales
ICP-MS 7700
Especiación en rutina
ICP-MS 7900
Especiación en alta sensibilidad
Señales transientes muy rápidas
Nanopartículas.
La potencia de 10!
ICP-MS QQQ 8800
Especiación en alta sensibilidad
Operación en modo MS_MS
Especiación de P y S a bajos
niveles de concentración
Acoplamientos con ICP-MS para especiación metálica
GC-ICP-MS
LC-ICP-MS
(IC, RP-LC, SEC, FFF)
Todas las combinaciones posibles
Plataformas integradas
Software Mass Hunter
CE-ICP-MS
Especiación de Cr – agua mineral adicionada y no adicionada
Componentes mayoritarios en
la muestra estudiada (ppm)
Na
9.4
Ca
468
Mg
74.5
K
2.8
Sulfate
1121.0
Estudio de recuperaciones
Element
Cr (III)
Cr (VI)
Original Water C
DL
0.09
Found (ppb)
Spike Amount Spike Found
10.18
10.0
9.20
10.0
Recovery (%)
101.8
92.0
Mineral Water C + 10ppb de Cr (III), Cr (VI)
Mineral Water C original
Test de reproducibilidad 8H(n=100)
52 Cr(III)-EDTA
Height
Average
x104
STD
100SMPL
001SMPL
RSD%
2
777
1.0
2.0
RT(min)
3.0
5.0
8219
2.7
2.1
53 Cr(III)-EDTA
Area
52 Cr(VI)
Conc. [ ug/l ] Height
28672 395084
Height
0
Area
Area
Conc. [ ug/l ]
17110 374145
4.9
0.1
467
9837
0.1
2.1
2.7
2.6
53 Cr(VI)
2.6
Conc. [ ug/l ] Height
Area
Conc. [ ug/l ]
Average
3514
47831
4.8
2148
46126
5.0
STD
102
2.9
1435
3.0
0.2
3.2
77
3.6
1775
3.8
0.2
3.7
RSD%
Especiación de As por LC-ICP-MS
Separación isocrática de AsB & Cl del As inorgánico usando una nueva columna
*Surface Aminated Polymer Substrate
Column G3288-80000 (4.6 x 250 mm)
Guard Column G3154-65002
Fase móvil (alcalina):
2 mM phosphate buffer solution (PBS)
pH 11.0 ajustado con NaOH
0.2 mM EDTA
10 mM, CH3COONa
3.0 mM NaNO3
1% etanol
Agilent Application Note:
Routine Analysis of Toxic
Arsenic Species in Urine
Using HPLC with ICP-MS,
5989-5505EN, by Tetsushi
Sakai and Steven Wilbur,
Agilent Technologies
*Ajustado a pH 11 para separar la AsB. La fuerza iónica de la fase móvil acorta la elución del As V
10ug/L de cada especie de As
Especiación multielemental mediante IC-ICP-MS
Rápida adquisición de datos – múltiples medidas dentro de un mismo pico
Separación por intercambio iónico
ICP-MS puede extraer cada uno de
los cromatogramas elementales,
por lo que no es necesario resolver
cromatográficamente todas las
especies como en conductividad
Interfase GC-ICP-MS totalmente calentada
Linea de transferencia totalmente calentada y aislada
Antorcha modificada inyector calentado. Linea de
transferencia y liner de acero “Sulfinert”.
Efluente del GC inyectado directamente dentro de la
base del plasma– importante para especies de alto
punto de ebullición
20 ppb Organo-Tin mix en Agilent GC-ICP-MS
Cromatograma mezcla de
organoestannicos (20ng/mL (ppb)
de cada compuesto.
Orden de elución:
Sn, MBT, TPrT, DBT, MPhT, TBT,
TeBT, TPeT, DPhT TPhT.
DL(3s)
MBT :
TPrT :
DBT :
MPhT :
TBT :
DPhT :
TPhT :
4.4 fg
5.3 fg
9.4 fg
44 fg
9.9 fg
10 fg
11 fg
Injection volume : 1ul
Preguntas?
fernando.tobalina@agilent.com
Los líderes en el mercado de la Espectroscopía Molecular
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