Boletín Analítica nº1

Izasa
Analítica
Nº1 marzo 2014
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Dr. Xavier Llovet. Responsable de la Unidad de Microsonda de CCiTUB
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COLABORACIÓN
Nueva microsonda electrónica JEOL JXA-8230 en los
Centros Científico y Tecnológicos de la Universidad de
Barcelona
Dr. Xavier Llovet
Responsable de la Unidad Microsonda Electrónica
Centros Científicos y Tecnológicos
Universidad de Barcelona
La microsonda electrónica es un instrumento que permite
realizar análisis químico cuantitativo de volúmenes
microscópicos de materiales sólidos. Para ello utiliza un
haz de electrones monoenergético, con una energía bien
definida, que se focaliza en un punto de la superficie de la
muestra, y como resultado de la interacción de los electrones
incidentes con los átomos del material se produce la
emisión de rayos X. El espectro de rayos X emitido por el
material se registra mediante uno o varios espectrómetros
dispersivos en longitud de onda (wavelength-dispersive
spectrometer, WDS). A partir del análisis de los rayos X
característicos de cada elemento se puede determinar la
composición química de la región de la muestra en donde
ha impactado el haz de electrones. La resolución lateral de
la técnica es del orden de 1 micra.
La microsonda electrónica es un instrumento semejante al
microscopio electrónico de barrido, si bien éste último está
diseñado especialmente para la obtención de imágenes
electrónicas y, en cambio, la microsonda electrónica está
optimizada para la obtención de análisis químicos precisos.
Así, mediante el análisis de las longitudes de onda de los
rayos X característicos emitidos por la muestra podemos
identificar cuáles son los elementos que componen la
muestra (análisis cualitativo). Una vez identificados estos
elementos, las intensidades de los rayos X (alturas
de las líneas en el espectro) nos permiten obtener las
concentraciones relativas de dichos elementos (análisis
cuantitativo). En general, los métodos de cuantificación
requieren el uso de patrones de referencia de composición
conocida.
La microsonda electrónica y las bases del análisis
cuantitativo fueron desarrollados a principios de los años 50
por el científico francés Raimon Castaing y el primer equipo
comercial fue puesto al mercado en 1958. Desde entonces
hasta la actualidad, se han producido numerosos avances y
mejoras tanto por lo que refiere a instrumentación (columna
electrónica, espectrómetros, cristales analizadores) como
a métodos de cuantificación. Estos avances han logrado
mejorar significativamente las microsondas electrónicas en
términos de reproducibilidad, resolución espacial y límites
de detección. En la actualidad diversos fabricantes ofrecen
equipos de microsonda electrónica entre los que destaca la
firma japonesa JEOL.
Los Centros Científicos y Tecnológicos de la Universidad
de Barcelona (CCiTUB) son un conjunto de infraestructuras
marzo-14
científico-técnicas cuya principal misión es dar soporte a la
investigación, desarrollo y innovación en diversos campos
entre los que destaca la Ciencia y Tecnología de Materiales.
Para realizar esta tarea, los CCiTUB ponen a disposición
de la comunidad científica e industrial, instrumentación
científica de última generación y ofrecen asesoramiento en
las diversas tecnologías instrumentales.
Desde mediados de 2013, los CCiTUB disponen de un
nuevo equipo de microsonda electrónica. Se trata de un
modelo JEOL JXA-8230 (ver Figura 1) equipado con
cinco espectrómetros WDS y una amplia variedad de
cristales monocromadores que permiten analizar todos
los elementos químicos desde el Boro (B) hasta el Uranio
(U), estando especialmente diseñada para la detección
de elementos ligeros (B, C, N, O y F). La composición del
material se determina con una precisión relativa del 1-3%
y con unos límites de detección del orden de 20 ppm. El
equipo dispone también de un espectrómetro dispersivo
en energía con tecnología SSD (silicon-drift detector) y
varios accesorios de última generación como un sistema
de “plasma cleaner” (EVACTRON) incorporado en la precámara que permite limpiar la superficie de la muestra a
analizar. El instrumento está completamente controlado
por ordenador lo que permite realizar todos los análisis en
modo automatizado.
Figura 1. Microsonda electrónica JEOL JXA-8230 de los Centros
Científicos y Tecnológicos de la Universidad de Barcelona
Boletín IZASA Analítica
La microsonda electrónica se utiliza habitualmente para
el análisis de materiales de interés tecnológico y industrial
como metales, aleaciones, aceros, cerámicos, vidrios,
materiales compuestos, materiales avanzados, minerales
y rocas, semiconductores, etc. Así, uno de los usos más
habituales de la técnica es la caracterización de las
diferentes fases presentes en éste tipo de materiales. Como
ejemplo ilustrativo, podemos citar la caracterización de
precipitados y fases secundarias que se forman en aceros
inoxidables y otros aceros especiales como consecuencia
de tratamientos térmicos específicos y que pueden producir
fuertes modificaciones de las propiedades del material en
servicio. Ligeras correcciones de composición química
pueden dar lugar a la formación de nuevas fases, o a la
modificación de los intervalos de estabilidad de las ya
existentes.
Otro de los usos importantes de la microsonda electrónica es
para el estudio de fenómenos de zonación, intercrecimiento
y difusión, por ejemplo, para el análisis de superfícies
carburizadas o nitruradas, o fenómenos de corrosión u
oxidación. En estos casos, es habitual realizar perfiles
en línea para determinar la variación de la concentración
de un determinado elemento a lo largo de una dirección.
La microsonda electrónica nos permite también realizar
mapas bidimensionales de composición en los que
podemos estudiar como varía la concentración de un cierto
elemento en la zona de interés. Como ejemplo la Figura
2 nos muestra los mapas de distribución de Al, Ca, Na, Si
y Zr en un material refractario (magmalox) utilizado para
la fabricación de hornos de laminación en acerías. Estos
mapas nos ayudan a entender cómo se distribuyen las
diversas fases que forman este material: corindón (Al2O3),
mullita (Al6Si2O13), vidrio y zirconia (ZrO2).
Finalmente, mediante el análisis a diferentes voltajes de
aceleración es posible determinar el grosor y la composición
de capas delgadas depositadas en sustratos y multicapas
con grosores que van desde pocos nanómetros hasta
centenares de nanómetros.
Como ejemplos concretos de aplicaciones de la microsonda
electrónica de interés tecnológico y industrial podemos citar
los siguientes:
ŠCaracterización de fases microestructurales y precipitados
(a escala micro) presentes en aleaciones, metales,
aceros, cerámicas, vidrios, materiales avanzados, etc..
para aplicaciones de control de calidad o desarrollo de
nuevos materiales.
ŠCaracterización de fases metálicas y carburos presentes
en recubrimientos obtenidos por proyección térmica.
ŠAnálisis de composición y grosor de capas delgadas y
multicapas. Caracterización de materiales cristalinos
láser y y no-lineales para aplicaciones fotónicas.Análisis
de materiales para aplicaciones fotovoltaicas y baterías
recargables (Li, Na,etc..)Estudio de envejecimiento
de aleaciones metálicas y análisis de fallos (cambios
anticipados de la microestructura de un material).Control
de calidad de vidrios y soldaduras. Análisis de cementos
para entender su comportamiento a largo plazo.
ŠEstudios de difusión elemental en profundidad en
recubrimientos metálicos
ŠEstudio de minerales indicadores para exploración
minera (kimberlitas, oro, etc..)
ŠEstudio de la distribución de las fases sulfuradas en
carbones, su aplicación en su eliminación en los productos
combustibles de centrales térmicas, control de calidad en
los filtros de las turbinas de estas centrales.
ŠEstudio de la distribución metálica en aerosoles naturales,
materia particulada, suelos y sedimentos contaminados,
áreas contaminadas por actividad industrial y minera.
Conclusión
En conclusión, los CCiTUB disponen de una nueva
microsonda electrónica JEOL JXA-8230, un instrumento
versátil que permite el microanálisis químico y preciso de
un gran variedad de materiales de interés tecnológico y
industrial, con aplicaciones que van desde el control de
calidad hasta el desarrollo y caracterización de nuevos
materiales.
Figura 2. Mapas de rayos X que muestra la distribución de Al, Ca,
Na, Si y Zr, así como la imagen de electrones retrodispersados, en
un material refractario (magmalox) utilizado para la fabricación
de hornos de laminación en acerías.
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Freeslate, nueva representada de Izasa especializada en
sistemas automatizados de muestreo de altas prestaciones
para soluciones fáciles y prácticas en la Industria
ExxonMobil: "Hemos encontrado en la experimentación
de alto rendimiento un poderoso método para descubrir
y desarrollar nuevos catalizadores para aplicaciones
químicas en un plazo de tiempo mucho más corto. Nuestra
expectativa es que vamos a seguir cosechando un gran
valor en nuestra colaboración con Freeslate".
Dentro de sus gama de productos nos vamos a centrar en
la línea CM Protegeque es una familia de soluciones de
automatización de Freeslate diseñadas para hacer que
procesos específicos de laboratorio o aplicaciones (por
ejemplo, dispensadores de muestras en polvo) sean más
sencillos, más rápidos y más fiables.
Hay tres modelos cuyas configuraciones se adaptan
perfectamente a funciones concretas:
Izasa acaba de firmar un acuerdo de colaboración comercial
con Freeslate empresa norteamericana ubicada en
Sunnyvale, EEUU. Freeslate ofrece productos y servicios
relacionados con la investigación de alto rendimiento (High
Throughput Research, HTR).
Desde 1994, han automatizado la investigación en la
industria farmacéutica. Sus plataformas de automatización
de laboratorio, las mejores en su clase y un potente
software permiten a los usuarios de Freeslate aumentos
espectaculares en la productividad del desarrollo y
la innovación. Su misión es "permitir y ayudar a las
organizaciones de I+D de las empresas para lograr mejoras
notables en la productividad y la innovación ofreciendo flujos
de trabajo automatizados integrados a la investigación de
alto rendimiento."
Sistema CM Protege Powder Dispense
Para muestras en polvo, es un sistema robusto y
automatizado que proporciona un nivel inigualable de
rendimiento y elimina los errores asociados al pesaje y
dispensación manuales que son el cuello de botella en el
laboratorio.
El sistema se diseñó para un pesaje y dispensación
preciso, trazable y exacto en cantidades de submiligramos
a gramos en una amplia gama de materiales.
Así tenemos testimonios de usuarios suyos que comentan
sus experiencias con Freeslate:
Dow Chemical: "Mientras que los métodos convencionales
por ensayo y error son costosos y requieren mucho,
un margen de cinco a diez años desde la idea hasta la
comercialización, la metodología de alto rendimiento
completamente integrado de Freeslate puede identificar los
sistemas catalíticamente activos más prometedores ... en
cuestión de horas".
Eli Lilly: "Una de las fortalezas que Freeslate trae a la
mesa para la colaboración es su capacidad para ayudar a
pensar a través de su flujo de trabajo y diseñar un sistema
que satisfaga realmente sus necesidades. Eso no es una
cosa trivial que hacer".
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Es capaz de:
Sistema CM Protege para Bio-formulación.
ŠDispensar de forma precisa y exacta muestras en
polvo con la probada tecnología propia Powdernium™.
ŠLa dosificación de muestras en polvo de hasta 34 orígenes
diferentes en una variedad de contenedores.
ŠSeguimiento dinámico y optimización de los parámetros
de dosificación para compensar la variabilidad en las
propiedades de las muestras en polvo durante el proceso
de llenado.
ŠAlmacenar las condiciones de dispensación optimizadas
para una dosificación reproducible día tras día.
Sistema CM Protege PharmD.
A medida que el número de candidatos de fármacos
poco solubles en agua se ha incrementado, el screening
en forma sólida se ha convertido en una parte esencial
del desarrollo de fármacos. Debido al gran número de
parámetros que se deben estudiar para identificar la forma
sólida con las mejores características físicas, químicas y
biofarmacéuticas, la experimentación manual es demasiado
laboriosa y consume demasiado tiempo y materiales.
Este sistema de Freeslate es una plataforma automatizada
para el screening enforma sólida de alto rendimiento.
El sistema lleva a cabo seguimiento HTP en polimorfos,
sales, y cocristales de ingredientes farmacéuticos activos
(API).
Los estudios de formulación y estrés acelerado son un
paso esencial en el desarrollo de formulación de productos
biológicos.
Ambos implican la preparación de bibliotecas y el análisis de
muchas muestras para evaluar la estructura de las proteínas
y la estabilidad de su formulación. Tradicionalmente el
contaje de partículas visibles, la turbidez, el color, la
viscosidad y el pH se miden manualmente con instrumentos
individuales.
Este sistema de Freeslate automatiza estos ensayos y está
disponible en tres configuraciones diferentes que podemos
ver en la siguiente tabla:
Producto
Contaje de
partículas
visibles
Evaluación del
Color
Sistema CM Protégé Bioformulation Assessment 200
Sistema CM Protégé Bioformulation Assessment 300
Sistema CM Protégé Bioformulation Assessment 400
Turbidez
pH
Viscosidad
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Preparacion de nanotubos de carbono para
ultracentrifugación analítica mediante automatización y
centrifugación de alta eficacia
Única técnica efectiva para la evaluación cuantitativa de nanotubos de carbono de
pared simple y doble
Resumen
En este artículo se hace énfasis en dos áreas que
representan un desafío en el trabajo con nanopartículas:
el aumento rápido y fiable de la escala de purificación de
nanopartículas y el análisis cuantitativo de la concentración
de especies presentes.
La Estación de Trabajo Automatizada Biomek 4000
ayuda a superar la variabilidad humana y proporciona
un método para la preparación de gradientes de alta
productividad, consistente y reproducible que representa
una ruptura con los problemas de incremento de escala.
La Ultracentrifugación preparativa contribuye a mantener
la consistencia entre carreras al hacerlas altamente
reproducibles. La Ultracentrifugación Analítica es ideal
para el estudio de nanoparticulas como nanotubos,
quantum dots y grafeno ya que el volumen requerido es
pequeño y la concentración precisa baja mientras que
proporciona detalles estadísticamente significativos sobre
la composición de las nanopartículas en solución.
Introducción
Se ha producido un creciente interés en los Nanotubos de
Carbono de Pared Simple (Single Walled Carbon Nanotubes
(SWCNT)) en los últimos 15 años para semiconductores1,
pilas de combustible2 y aplicaciones biomédicas3.
Todas esas áreas, se enfrentan a dos cuellos de botella
principales:
En primer lugar la síntesis de SWCNT genera numerosas
impurezas de carbono así como la posible presencia de
nanotubos de paredes múltiples (MWCNT). Adicionalmente
no hay método fiable para la cuantificación del porcentaje
de material distinto de los SWCNT presente4.
En segundo lugar, los SWCNT son sintetizados en una
heterogénea variedad de esquemas de envoltura (conocidos
como quiralidades (n, m)) (Figura 1)5: quiralidades diferentes
tienen propiedades ópticas y electrónicas ampliamente
diferentes6,7.
Hay la necesidad de una separación a gran escala
posterior a la síntesis de los SWCNT para obtener una
quiralidad única y homogénea, especialmente para
semiconductores (donde los SWCNT metálicos reducen
grandemente el ratio on/off8 y en las aplicaciones in vivo
de drug delivery e imaging9,11 . Los esfuerzos iniciales para
determinar impurezas de SWCNT en solución se centraron
en microscopía electrónica, que carece de significación
estadística, puede ser influída por la apreciación humana
y difícilmente puede distinguir entre nanotubos de doble
marzo-14
Figura 1. Esquema de un Nanotubo de Carbono de pared
simple.
pared (DWNCT) de 3 nm de diámetro y SWCNT de 1 nm.
Se han estudiado también la Absorción UV-Vis, la
Fluorescencia en el Infrarrojo Cercano y la Espectroscopía
Raman, como soluciones al problema de las impurezas;
desafortunadamente estas técnicas contienen defectos
inherentes que les impiden ser una solución aceptable para
el análisis cuantitativo de impurezas de SWCNT 4.
Hasta la fecha, para el enriquecimiento de especies de
SWCNT de una única quiralidad una de las técnicas
utilizadas con más éxito ha sido la Ultracentrifugación en
gradiente de densidad (Density Gradient Ultracentrifugation,
( DGU)12,13. DGU es capaz de proporcionar (6,5) SWCNT del
99% de pureza lo que es altamente deseable. Sin embargo,
hay aspectos a mejorar en la escalabilidad de la técnica,
relacionados con el gradiente preparado manualmente que
se usa habitualmente.
En este artículo, se presenta un esquema de trabajo que
separa de forma rápida y reproducible (6,5) SWCNT en
bruto en quiralidades únicas, confirmadas por UV-Vis.
Las características clave de este flujo de trabajo son un
tratamiento rápido de dos minutos con ultracentrífuga
(Optima MAX-XP, Beckman Coulter, Inc.) para una
purificación inicial de SWCNT que elimina grandes
agregados seguido de un gradiente de densidad preparado
mediante un manipulador de líquidos automatizado (Biomek
4000, Beckman Coulter, Inc) y el uso de una Ultracentrífuga
Preparativa Optima X para purificar SWCNT y DWCNT
mediante el uso de gradientes de densidad. El uso de
la automatización permite una mejor reproducibilidad y
precisión en la preparación del gradiente que la que
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se puede conseguir haciéndolo a mano. Este nivel de
precisión es muy relevante para la separación de SWCNT,
donde los escalones de densidad difieren únicamente
en +/- 1% g/ml. Una mano trémula puede perturbar con
facilidad el gradiente mientras que la automatización no
se ve afectada por esa variable. En la segunda parte de
este artículo, resaltaremos como la Ultracentrifugación
Analítica puede distinguir cuantitativamente entre SWCNT
y DWCNT. La Ultracentrifugación Analítica (AUC) ha sido
usada tradicionalmente en análisis de proteínas, pero
AUC tiene capacidades muy adecuadas para caracterizar
nanopartículas. AUC mediante la determinación de
coeficientes de sedimentación y difusión y el ratio friccional
de nanopartículas en solventes de distintas densidades,
puede completar los huecos del análisis de nanomateriales
que dejan otras técnicas tales como la microscopía
electrónica y la espectroscopía óptica14,15.
Procedimientos Experimentales
Preparación del Gradiente
El Gradiente de Densidad se preparó con la Estación de
Trabajo Biomek 4000, mediante el uso de una herramienta
de pipeteo de una punta P-1000SL y puntas P1000 de
gran diámetro. El método tiene flexibilidad para cambiar
volúmenes para cada gradiente así como el número de
tubos que se han de preparar. Se usa una gradilla de 24
posiciones de 14 mm de diámetro para sostener los tubos
de centrífuga (Beckman Coulter P/N 331372) que se
incorporaron a la programación como nuevo labware. Para
reducir el efecto de mezclado de los gradientes se usó una
técnica de pipeteo lenta. El gradiente se depositó por capas
tal como se muestra en la tabla 1.
Capa en el
Gradiente
Densidad
(g/mL)
1
1,160
30
900
0,75
0,175
2
1,147
27,5
756
0,75
0,175
3
1,133
25
972
0,75
0,175
% OP
Volumen
mL
SC
(%w/v)
SDS
(% w/v)
Figura 2. Distribución del espacio de trabajo de la Estación
de Trabajo Biomek 4000 donde se muestran las herramientas
básicas que se requieren para la Preparación de Gradientes.
(1) Una gradilla de tubos para colocar los nanotubos de 24
posiciones: los tubos de centrífuga encajan en la gradilla de
tubos de 24 posiciones, pero se ha de crear un nuevo tipo
de labware para ajustar la altura de los tubos; (2) Una caja
de puntas P1000 para puntas P1000 Gran diámetro; (3) Una
Herramienta de Pipeteo de Una Sola Punta para transferencia
de líquido Biomek 4000 P1000SL (4) un Reservorio Modular para
reactivos de gradientes.
perturbación de los agregados precipitados, y se usaron
para la carrera en gradiente de densidad. Se insertaron
1,8 mL de disolución de SWCNT igualada a una densidad
de 1,13 g/mL (25% OP) usando 2% SC+OP entre capas
de 27,5% y 25% de OptiPrep (Sigma Aldrich) en tubos
previamente llenos de gradiente.
Los tubos de centrífuga se llenaron y equilibraron hasta
2-3 mm del límite superior mediante el uso de agua
desionizada con la misma relación de surfactante que
Optiprep. Se centrifugaron en una Optima XPN usando un
rotor SW 41, a 41000 rpm (288.000 xg) durante 32 horas
a 22 ºC aplicando la aceleración y deceleración mínimas
(Perfil 9). Después de la centrifugación, se extrajeron los
2 mL superiores usando una jeringa, con la precaución de
no perturbar las bandas inferiores. Se tomaron alícuotas de
#–"•,—6–˜
&—;–˜5™(
Dispersión de Nanotubos de Carbono de Doble Pared
Se sometieron a sonicación 20 mg en agua desionizada
4
1,120
22,5
1,188
0,75
0,175
con 2% de SC en un baño de ultrasonidos Branson M1800H
5
1,107
20
1,188
0,75
0,175
durante una hora en un vial de vidrio de 20 mL. La solución
se centrifugó en un rotor TLA 120.2 en una ultracentrífuga
6
1,093
17,5
1,305
0,75
0,175
Optima MAX-XP a 22 ºC, 30000 xg durante 2 minutos
SWCNT
1,133
25
1,800
2
0
y se usaron tubos abiertos de policarbonato (Beckman
Coulter P/N 343778) para eliminar cualquier gran agregado
Tabla 1. Arquitectura del Gradiente de Densidad en la
presente. A fin de fraccionar la preparación de DWCNT por
Separación de especies de una única quiralidad
longitud se preparó manualmente un gradiente de densidad
en tubos de polialómero (Beckman Coulter P/N 331372)
16
tal como se muestra en la Tabla2. Se depositaron 1,5 mL
Preparación de Nanotubos de pared única (SWCNT)
Se sometieron a sonicación 20 mg de una solución de de la solución de DWCNT sobre el gradiente. Se llenaron
SWCNT en Colato de Sodio (SC) en agua desionizada (DI) y equilibraron hasta 2-3 mm de la parte superior del tubo
en un baño de ultrasonidos Branson M1800H durante una usando agua desionizada con 2% SC. Se procesaron en un
rotor SW 41Ti en una Optima XPN en un programa de dos
hora en un vial de vidrio de 20 mL.
La solución de SWCNT se centrifugó en un rotor TLA 120.2 etapas, primera carrera a 15000 rpm (38500 x g) durante
en una ultracentrífuga Optima MAX-XP, se usaron tubos una hora, seguida por una segunda carrera a 30500 rpm
abiertos de policarbonato (Beckman Coulter P/N343778) a (159,500 xg) durante una hora a 22 ºC con perfiles de
22 ºC, 55.000 rpm (131.000 xg) durante dos minutos para aceleración y deceleración máximos (Perfil 0). Después de
hacer caer cualquier gran agregado presente. Se tomaron 4
4
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##""•,
3
4
la parte superior a la base y se unieron las fracciones 4-6
(Figura 6).
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Capa en el
Gradiente
Densidad (g/
mL)
% OP
Volumen mL
SC (%w/v)
1
1,320
60
1,500
2
2
1,160
30
1,500
2
3
1,133
25
1,500
2
4
1,107
20
1,500
2
5
1,080
15
1,500
2
6
1,053
10
1,500
2
DWCNT
1,000
0
1,500
2
Tabla 2. Arquitectura del Gradiente de Densidad en la
Separación de especies de doble pared
Análisis de Fracciones
Se obtuvo la representación de la absorción UV-Vis-NIR
(Paradigm, Molecular Devices) entre 400 y 1000 nm de
cada fracción de SWCNT. Se juntaron las fracciones con
los mayores picos de absorción a 570 y 990 nm y mínimos
de absorción a otras longitudes de onda.
Diálisis
Después del fraccionamiento, las quiralidades de SWCNT
separadas individualmente (6,5) se dializaron con
membranas de celulosa de 3,5 kDa MWCO contra 1%SC
para eliminar iodixanol y SDS de la solución SWCNT y para
reestablecer el envoltorio de surfactante de los SWCNT.
Se hicieron ocho cambios de agua con al menos cuatro
horas entre cambios. Después de la diélisis, el resultado
de la dispersión se concentró usando un Ultra Centrifuge
Filter Amicon (Millipore) en una microcentrífuga Microfuge
20 (Beckman Coulter Inc). Se usó el mismo procedimiento
con las fracciones reunidas de la solución de DWCNT
fraccionada por longitud.
Se compararon los coeficientes de sedimentación de
SWCNT y DWCNT; también se comprobó la capacidad
de la ultracentrifugación analítica para distinguir ambas
especies en solución.
Análisis de la Distribución de Tamaños vía Dynamic
Ligth Scattering
Se analizó una pequeña muestra de la muestra de DWCNT
fraccionada por longitud y de SWCNT de quiralidad
enriquecida (6,5) en un instrumento DelsaMax CORE
Dynamic Light Scattering/ Static Ligth Scattering (Beckman
Coulter, Inc).
Se colocaron 10 mL en la cubeta de cuarzo y procesada a
25 ºC con 10 adquisiciones, con cinco segundos/
adquisición.
Las curvas representativas se generaron por análisis de las
carreras en modo de Regularización (Multimodal).
PASO 1
Se compran SWCNT y DWCNT en polvo (Sigma), se disuelve en el
surfactante adecuado y se somete a sonicación para obtener una
solución bien dispersada.
PASO 2
Ultracentrifugación (Optima MAX-XP) para eliminar agregados de las
soluciones de SWCNT y DWCNT.
PASO 3
Estación de Trabajo para Biomek 4000 para preparar gradientes de
iodixanol para carreras en gradiente de densidad de SWCNT.
PASO 4
Determinación del Rango de Sedimentación
Se procesaron soluciones de SWCNT y DWCNT en una
Ultracentrífuga Analítica ProteomeLab XLA (Beckman
Coulter, Inc.). (Se cargaron SWNCT de quiralidad
enriquecida (6,5), con una absorción de D.O. 0,85 a
570 nm en una cubeta EPON rellena de carbón activo
con ventanas de cuarzo. Se usó como referencia agua
desionizada con 1% SC (tomada del último cambio de
'˜ * 4
$š" •,
4
4
$0" •, + 3
con las mismas especificaciones se cargó con DWCNT
fraccionados por longitud con una D.O. de 0,85 a 570 nm.
Una tercera cubeta se cargó con una dispersión 50%/50%
SWCNT/DWCNT por absorción a 570 nm. Las condiciones
iniciales de carrera fueron 4 h a 27000 rpm@22ºC. (17).
Se repitió el experimento con D.O. de 0.6 a 570 nm para
comprobar efectos dependientes de la concentración.
Análisis de Sedimentación
Se hizo el análisis en SEDFIT, ajustando los modelos
de acuerdo a la ecuación de Lamm considerando que la
difusión debería proporcionar el mejor ajuste para los
datos. (17).
marzo-14
Ultracentrífuga (Optima XPN) para carrera en gradiente de densidad
para aislar quiralidades específicas de SWCNT.
PASO 5
Espectro de Absorción para identificar la pureza de cada fracción de
SWCNT (Paradigm Molecular Devices).
PASO 6
Microcentrífuga (Microfuge20) y filtro centrífugo 10kDa MWCO (Millipore)
para concentrar las soluciones de SWCNT y DWCNT.
PASO 7
DelsaMax PRO para determinación del tamaño de SWCNT y DWCNT.
PASO 8
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y DWCNT
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Manual
Figura 3. Método para Gradiente de Nanotubos. Una nueva
técnica de transferencia se creó para reducir al mínimo la
mezcla durante la preparación del gradiente
B4K
Figura 4. Preparación de un gradiente de prueba de iodixanol con
colorantes alimentarios para mostrar las diferencias en la formación
de capas en cada gradiente y comparación del manual frente al
generado con la Estación de trabajo Biomek 4000.
Resultados
El éxito de la separación de SWCNT por DGU se visualiza
fácilmente en la Figura 5. Antes de la ultracentrifugación
(Figura 5a), los SWCNT se perciben como una solución
negra debido a la mezcla de quiralidades que tienen picos
de absorción a lo largo de todo el intervalo Visible.
Después de la ultracentrifugación, las quiralidades
individuales emerge como bandas coloreadas (Figura
5b); las parte superior, la banda púrpura contiene (6,5) los
SWCNT que se recogen para análisis en AUC.
Los SWCNT presentan picos de absorción con la
singularidad de Van Hoff en el espectro infrarrojo cercano
y Visible; para (6,5) SWCNT recubiertos con SC, los
picos aparecen, en teoría a 570 nm-580 nm y 980- 990
nm (16). La representación de la absorción de la Figura
7 se tomó después de diálisis y concentración de la
(6,5) SWCNT en solución de SC al 1%. Los intensos
picos intensos a 571 nm y 990 nm así como la falta de
picos intensos de absorción a otras longitudes de onda,
señalan la pureza de las quiralidades enriquecidas (6,5)
SWCNT. DWCNT se fraccionan por longitud siguiendo un
procedimiento similar a los SWCNT. (18).
Before
After
Figura 5. Separación de (6,5) SWCNT basada en la quiralidad. Fotos
de tubo de centrífuga con SWCNT antes (5a) y después (5b) de
la Ultracentrifugación en Gradiente de Densidad. Se recogieron
fracciones de 0,2 mL de la región de color púrpura (indicada con
la flecha) y se sometieron a a análisis de absorción y mezcladas
basándose en el pico de absorbancia a 575 nm.
La fracción superior que se indica en la Figura 6b, debería
contener mayormente DWCNT desagregados; los datos de
dispersión de luz dinámica (Figura 8) confirman que los
DWCNT tienen una longitud promedio próximo a 200 nm
3'
4
4
!#Š#"-8 cm2/s.
Los datos de dispersión de luz dinámica tomados en el
DelsaMax CORE, también resalta la dificultad de discernir
entre los nanotubos de pared simple y doble (Figura 8).
Mientras DWCNT y SWCNT tienen propiedades ópticas
diferentes, incluyendo absorción (figura7) y fluorescencia
(19), los parámetros físicos y la densidad son muy similares:
ambos tienen longitudes entre 100 y 1000 nm y diámetros
muy próximos (alrededor de 1 nm para SWCNT, entre 2
y 3,5 nm para DWCNT(19)). Esto dificulta que técnicas
que evalúan el conjunto como la dispersión de luz sean
capaces de diferenciar las dos especies. Igualmente,
incluso la microscopía electrónica tiene dificultades para
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Figura 6. Separación por longitud de DWCNT. Imagen óptica de
tubo de centrífuga con DWCNT, antes de la Ultracentrifugación
en Gradiente de Densidad (6a) y después (6b). Se obtuvieron
alícuotas de 0,6 mL y se tomaron las fracciones 4-6 para análisis
ulterior. La posición aproximada de las fracciones 4-6 se muestra
con un corchete }.
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distinguir entre SWCNT Y DWCNT de forma fiable cuando
la diferencia de alturas de la sensibilidad es pequeña, a la
vez que el contaje de unos centenares de nanotubos no es
representativo de una solución que puede llegar a contener
1018 partículas.
La Ultracentrifugación Analítica es capaz de distinguir
fácilmente entre SWCNT y DWCNT (Figura 9c). Los
DWCNT sedimentan con mucha rapidez durante la
ultracentrifugación en tampón SC, debido a un pobre
revestimiento con el surfactante, con un coeficiente de
sedimentación promedio de 80.4 +/-25.6S (Figuras 9b,
10b). En cambio, los SWCNT sedimentan lentamente,
como se había reportado anteriormente en la literatura,
(17,20) con un coeficiente de sedimentación promedio de
11.3 S (Figuras 9a, 10a). Para demostrar verdaderamente
la potencia de la AUC, se preparó una mezcla de SWCNT
y DWCNT. Ambas soluciones presentan absorciones
"0? + –š" ž & #š– •, solución y se procesaron en la AUC (Figura 9c).
Si observamos (6,5) SWCNT puros, se muestra que
hay muy pocas partículas que tengan coeficientes de
sedimentación mayores de 30S (Figura 10a), mientras
que los DWCNT fraccionados por longitud contienen muy
pocas partículas que tengan coeficientes de sedimentación
menores de 30S. Si usamos el valor 30S como valor de corte
e integración de las representaciones de distribución del
coeficiente de sedimentación (Figura 10c), considerándolo
cuantitativamente, se muestra por absorción que la solución
contiene el 50,4% de SWCNT y un 49,6% DWCNT.
Esta evaluación cuantitativa de SWCNT y DWCNT
no se puede conseguir mediante ninguna otra técnica
analítica. Se analizaron otras dos mezclas de SWCNT/
DWCNT para confirmar la capacidad cuantitativa de la
AUC. Una muestra que por Absorción contenía 29% de
SWCNT y 71% de DWCNT resultó tener midiéndolo por
distribución del coeficiente de sedimentación un 28,3%de
SWCNT y un 71,7% de DWCNT (Figura 10d). De forma
similar, una solución que por absorción contiene 71,4% de
SWCNT y 28,6 de DWCNT resulta tener una relación de
64,7% SWCNT /35,3% por distribución del coeficiente de
sedimentación (datos no mostrados).
Ambos análisis usaron 30S como cut-off entre los (6,5)
SWCNT y DWCNT.
Figura 7. Gráfica de Absorción de soluciones concentradas de
Nanotubos de Carbono de pared doble separados por longitud
(DWCNT, Curva Roja) y de (6,5) Nanotubos de carbono de pared
simple (SWCNT, Curva Negra) en el recuadro se muestran
imágenes de las cubetas de AUC con tampón de referencia en la
cámara libre y muestra en la cámara derecha, (a) contiene solo
DWCNT, (b) contiene primariamente (6,5) SWCNT indicado por
los intensos picos a 570 nm y 980 nm.
Diameter (nm)
Figura 8 .Datos representativos de Dynamic Light Scattering
en el DelsaMax CORE. Las especies de nanotubos de carbono
generan los picos por encima de 1000 nm en diámetro mientras
que las micelas de surfactante aparecen representadas por picos
alrededor de 10 nm de diámetro. Señalar que sería imposible
distinguir entre SWCNT y DWCNT basándose en dispersión de luz
dinámica.
Figura 9. Curvas AUC de SEDFIT (9a). Los datos primarios de
absorbancia con ajuste de una solución que contiene solo (6,5)
SWCNT. (9b) Datos primarios de absorbancia con ajuste a una
solución que contiene solo DWCNT fraccionados por longitud.
(9c) Datos primarios de absorbancia con ajuste a una solución que
contiene las dos especies (6,5) SWCNT y DWCNT.
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(a)
(b)
DWCNT
c(S)
c(S)
(6,5) SWCNT
Sedimentation Coefficient (S)
Sedimentation Coefficient (S)
(c)
(d)
71/29 DWCNT+(6,5) SWCNT
c(S)
c(S)
50/50 DWCNT+(6,5) SWCNT
Sedimentation Coefficient (S)
Sedimentation Coefficient (S)
Figura 10.
Gráfica de la Distribución de Coeficientes de Sedimentación (10a) (6,5) SWCNT de quiralidad enriquecida. El promedio de coeficiente de
sedimentación de (6,5) SWCNT es 11,3S que concuerda bien con la literatura. Subrayar que todas las partículas presentes en la solución
(6,5) SWCNT tienen esencialmente un coeficiente de sedimentación inferior a 30S. (10b) DWCNT fraccionados por longitud. El coeficiente
de sedimentación promedio para DWCNT fraccionados por longitud es 80.4 +/-25.6S; la gran propagación indica que algunos DWCNT
pueden estar presentes como pares de inclusión. Señalar que prácticamente todas las partículas presentes en la solución de DWCNT
tiene (6,5) SWCNT, ambas soluciones tienen una absorción idéntica a 570 nm y se mezclaron en cantidades equimolares, integrando
la distribución de la sedimentación, el 50,4% de la señal total tiene coeficiente de sedimentación entre 5 y 30S con un valor promedio
de 11.2 +/- 5,2S, mientras el 49,6% del total de la señal tiene un coeficiente de sedimentación entre 30 y 140, con un valor promedio de
70.2 +/- 21.3S. (10d) mezcla de soluciones de DWCNT y (6,5) SWCNT 71/29, ambas soluciones tienen una absorción idéntica a 570 nm y
se mezclaron en una relación 71:29 DWCNT/ (6,5) SWCNT. Integrando la distribución de la sedimentación, el 28,3% del total de la señal
tiene un coeficiente de sedimentación entre 2 y 30 S, con un valor promedio de 12,5 +/-3,9 S, mientras que el 71,7% de la señal total
tiene un coeficiente de sedimentación entre 30 y 120 con un valor promedio de 80.0 +/- 21.0 S.
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Medida de plomo en placas de circuito impreso
El siguiente artículo describe la medida del nivel de plomo en placas de circuito impreso de
acuerdo a las nuevas directrices RoHS 2
Hasta ahora, el plomo se encontraba en niveles de
aproximadamente el 60% en peso en las soldaduras
empleadas en la fabricación de placas de circuito impreso
para equipos eléctricos y electrónicos. Bajo la directiva
RoHS (Restriction of Hazardous Substances), el uso de
estos materiales de soldadura está permitido ahora solo en
casos excepcionales, de modo que se está incrementando
el número de productos alternativos.
En esta ocasión, se llevó a cabo un ensayo para determinar
la presencia de plomo en soldaduras en varias placas
de circuito impreso (Figura 1) de equipos eléctricos y
electrónicos empleando el espectrómetro de emisión por
plasma de acoplamiento inductivo Shimadzu ICPE-9000
(Figura 2).
Además de plomo, es posible determinar otros elementos
de manera simultánea en una sola medida empleando el
ICPE-9000, que proporciona gran cantidad de información
sobre la muestra en un tiempo muy corto. La emisión de los
átomos en la muestra, en el rango de longitudes de onda
entre 167 nm y 800 nm, se separa en un espectrómetro a
vacío y se detecta empleando un chip CCD de gran tamaño
y alta resolución. Gracias al funcionamiento a vacío, no es
necesario purgar el espectrómetro con gas inerte. El empleo
de una mini antorcha reduce considerablemente los costes
de operación debido a su bajo consumo de argón. Para un
funcionamiento estable del plasma analítico es suficiente
un caudal de 10 L/min.
Preparación de muestra
Figura 1: Placas de circuito impreso analizadas.
Resultados
Cabría esperar que un alto contenido en plomo se debiera a
varias fuentes de contaminación, como las soldaduras. Dado
que los resultados se basan en la masa total, incluyendo
materiales plásticos, las fuentes de contaminación sin diluir
podrían exhibir una concentración de plomo incluso mayor,
haciendo el uso de estos productos más problemático
en términos de RoHS 2. Esto ilustra la importancia de la
clarificación de definiciones vagas, como por ejemplo
“material homogéneo” para referirse a la fuente del material
a analizar.
La directiva define un material homogéneo de la siguiente
manera: “un material de composición completamente
uniforme o un material, compuesto por una combinación de
Previo a la medida, es necesario realizar una
preparación de muestra adecuada para convertir
una muestra heterogénea como las placas de
circuito impreso, en muestras líquidas homogéneas.
Para conseguirlo, cada placa se muele empleando
diferentes molinos, de modo que se obtiene un
polvo fino. Este polvo se somete a un proceso de
digestión ácida en un digestor por microondas.
La muestra así preparada puede medirse
directamente. Para asegurar la exactitud de los
resultados, se examinaron en detalle las líneas
analíticas de emisión empleadas para la evaluación,
con especial atención a las posibles interferencias.
Como ejemplo, los perfiles de emisión de la
calibración del plomo se muestran en la figura 3.
Figura 2: Espectrómetro de emisión ICPE-9000 de Shimadzu.
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Sample
Pb (g/kg)
A
30.3
B
41.1
C
8.47
D
11.9
E
0.616
F
34.9
G
46.4
Tabla 1: Contenido en plomo de diferentes placas de circuito
impreso.
materiales, que no pueda dividirse o separarse en materiales
diferentes, mediante acciones mecánicas consistentes en
destornillar, cortar, aplastar, pulverizar y procedimientos
abrasivos” [1].
De acuerdo con esto, ni una sola soldadura puede exceder
el valor límite si se quiere mantener la distribución de un
equipo eléctrico o electrónico dentro de la Unión Europea.
Substancias peligrosas restringidas para
equipos eléctricos y electrónicos
RoHS significa Restriction of Hazardous Substances
y regula el uso de ciertas substancias peligrosas en
equipos eléctricos y electrónicos, concretamente
plomo, mercurio, cadmio, cromo VI y dos retardantes
del fuego especiales.
Mientras que la primera directiva RoHS (2002/95/
EG) ha estado vigente desde el 1 de junio de 2006,
su sucesora RoHS 2 (2011/65/EU)[1] se aplica
desde enero de 2013. A pesar de las discusiones
sobre el cambio de los límites o la inclusión de
elementos adicionales, los valores originales
permanecen vigentes. Por ejemplo, el valor límite
para plomo permanece en 0,1% en peso. Sin
embargo, se han introducido cambios en el alcance
de la directiva en cuanto a los tipos de instrumentos
afectados. De esta forma, los dispositivos médicos
o equipos de monitorización y control quedan ahora
cubiertos por la directiva.
Referencias
[1] DIRECTIVA 2011/65/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y
DEL CONSEJO de 8 de junio de 2011 sobre restricciones a la
utilización de determinadas sustancias peligrosas en aparatos
eléctricos y electrónicos (refundición).
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:201
1:174:0088:0110:ES:PDF
Figura 3: Perfiles de emisión de la calibración para plomo a
220,353 nm (izquierda) y una posible fuente del plomo: la
soldadura empleada para la fijación de los distintos componentes
electrónicos a la placa (derecha).
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YSI 2900. El “ no va más” en aplicaciones de lácteos
La producción de leche ha sido una importante actividad
humana desde hace miles de años. Se cree que las cabras
fueron domesticados en Asia occidental entre hace 10.000
y 11.000 años y la evidencia de la domesticación del
ganado se ha encontrado en el Sáhara oriental hace unos
9.000 años.
YSI2900 da resultados precisos en menos de un minuto y
puede ser configurado para medidas de hasta 6 químicas
Obviamente los animales se crían para carne y leche,
pero también existe considerable evidencia, a través de la
asociación de la cerámica, lo que indica un origen temprano
para la producción lechera, la producción de productos
lácteos secundarios, tales como la mantequilla, el queso
y el yogur. La evidencia se remonta ya en el sexto milenio
antes de Cristo para Europa oriental y se extiende hacia el
norte de Europa en el cuarto milenio antes de Cristo.
Parece muy apropiado entonces que una habilidad humana
tan antigua ahora se beneficie de algunas de nuestras
últimas tecnologías. Tecnología de sensor de enzima
inmovilizada, desarrollado por YSI y aplicado en su gama
YSI 2900 de analizadores de bioquímicos, está ayudando
con éxito en la industria láctea. Este método rápido
(resultados en menos de 1 minuto!) y preciso para analizar
productos químicos, como los constituyentes lácteos clave,
está demostrando ser valiosa en muchos procedimientos
derivados de lácteos diferentes.
La leche condensada, por ejemplo, contiene los ingredientes
cruciales sacarosa y dextrosa. La leche condensada
se hace mediante la eliminación de 60 % de agua de la
leche, seguida por la adición de 40-45 % de sacarosa. Este
producto puede ser analizado en el analizador bioquímico
YSI 2900 simplemente equilibrando una muestra con
tampón, seguida por análisis simultáneo de sacarosa y
dextrosa en el instrumento precalibrado y fácil de operar.
intolerantes a la lactosa. Aquí la automatización ahorra
tiempo, permite realizar pruebas de muestras de forma
rápida, ahorrando costes de corrección del proceso.
La pantalla táctil integrada en el sistema con vídeos de
formación incluidos en el YSI2900 lo hace increíblemente
fácil de utilizar
La serie YSI 2900 de los analizadores Life Science puede
configurarse para medir hasta seis químicas diferentes,
con características como un muestreador automático
integrado, el muestreo flexible (incluyendo una opción
de placa de 96 pocillos), conectividad y un mecanismo
antiobstrucción, lo que hace que cumpla lo que promete.
En la producción de queso los niveles de lactato y la lactosa
son cruciales, así la dureza queso está relacionada con la
concentración de lactosa, porque durante el proceso de
acidificación la lactosa se convierte en ácido láctico. Estos
dos componentes importantes pueden ser analizados
fácilmente en el YSI 2900, sin la necesidad de especialistas
ni personal altamente capacitado. Del mismo modo, los
niveles de lactosa pueden ser controlados fácilmente en
la leche con baja lactosa fabricado para las personas
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Nuevo analizador de tamaño de partícula y potencial Z
NanoBrook Omni
El analizador de tamaño de partícula y potencial zeta
incorpora todo lo necesario para una caracterización
rápida y exacta de partículas en el rango nanométrico
El instrumento se basa en los principios de la dispersión
de luz dinámica (DLS – Dynamic Light Scattering) para la
determinación de la distribución de tamaño de partícula,
velocimetría Doppler o dispersión de luz electroforética
(ELS – Electrophoretic Light Scattering) para medidas de
potencial Z y análisis de fase de luz dispersada (PALS –
Phase Analysis Light Scattering) para medidas de potencial
Z en muestras con baja movilidad, bien en disolventes
orgánicos o en soluciones de alta concentración salina,
así como en muestras delicadas como proteínas, péptidos,
anticuerpos o DNA/RNA.
Tres ángulos de medida
Las medidas de tamaño de partícula en coloides suelen
hacerse a un ángulo de dispersión de 90º, debido a los
excelentes resultados obtenidos, sin desviaciones. Para
nanopartículas de muy pequeño tamaño, por debajo de
50 nm, proteínas, IgG y péptidos es posible emplear el
ángulo de retrodispersión de 173º, para obtener la mejor
reproducibilidad y relación señal / ruido. Finalmente,
el ángulo de medida de 15º se puede seleccionar para
obtener una mayor sensibilidad en la medida de tamaño
de agregados. Asimismo, las medidas de potencial Z se
realizan empleando el ángulo de 15º.
Determinación de tamaño de partícula
Se preparan suspensiones diluidas, en el rango desde
0,0001% hasta 1,0%, empleando agentes humectantes
y dispersantes adecuados si es necesario. Un pequeño
baño de ultrasonidos es a veces útil para la eliminación de
aglomerados. Empleando el ángulo de 173º, el volumen de
muestra se puede reducir hasta 50 μL, siendo posible su
recuperación. Para la medida a 90º se emplean cubetas
estándar de 1 cm de lado, de poliestireno o vidrio, que
requieren 2 o 3 mL de muestra. También es posible emplear
cubetas de vidrio de 10 μL. En el caso de tener que emplear
disolventes agresivos, es posible emplear celdas cilíndricas
de vidrio con tapón de Teflon. En todos los casos, solo se
requieren unos minutos para alcanzar el equilibrio térmico
de la cubeta con la celda de medida termostatizada en el
NanoBrook Omni.
Reproducibilidad
Una de las ventajas más importantes de esta técnica para
el usuario es la reproducibilidad de los resultados obtenidos
para diferentes muestras, operadores e instrumentos. La
tabla muestra los resultados obtenidos para una muestra
de látex. El error estándar del diámetro efectivo es menor
del 1% de la media de 10 repeticiones. Cada medida se
realizó en tan solo 5 minutos, consiguiendo una excelente
repetibilidad.
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Figura 1: NanoBrook Omni de
Brookhaven Instruments.
La tabla también muestra la reproducibilidad entre
instrumentos típica en equipos Brookhaven de dispersión
de luz dinámica. Con el fin de comprobar la fiabilidad de
la información obtenida con el instrumento, un usuario
realizó medidas de cuatro muestras diferentes en cinco
laboratorios distintos con diferentes operadores. La tabla
de resultados muestra una excelente reproducibilidad en el
análisis de materiales de referencia reconocidos.
Instrument
Nom. 90
Nom. 273
Nom. 111
Nom. 400
A
91±1
276±1
110±1
404±4
B
90±1
279±1
108±1
391±3
C
90±1
276±1
109±1
399±3
D
90±1
277±1
110±1
397±3
E
-
-
112±1
394±3
Ave.
90.3
277.0
109.8
397.0
Std. Err
±0.3%
±0.3%
±0.6%
±0.6%
Tabla 1: Resultados de medida de tamaño de partícula
empleando el analizador NanoBrook 90Plus de Brookhaven
Instruments (diámetros en nm).
Presentación de resultados
El NanoBrook Omni ofrece tres opciones de presentación
de resultados. Para determinaciones de rutina, un valor
medio del diámetro (diámetro efectivo) y una medida
de la anchura de la distribución (polidispersidad) son
suficientes para muchas aplicaciones. Esto puede verse en
la ilustración para el látex con una distribución de tamaño
estrecha. La segunda opción es ajustar estos valores a una
distribución log-normal, permitiendo ver la distribución de
tamaños, así como interpolar resultados diferenciales o
acumulados en intervalos del 5 %.
La figura 2 muestra la tercera opción de presentación
de resultados, adecuada para distribuciones de tamaño
multimodales, más complejas. Aquí se emplea un
algoritmo numérico, incluyendo la teoría de Mie, para
obtener la información sobre las diferentes poblaciones
de partículas presentes en la muestra. El resultado de la
figura corresponde a una mezcla de partículas de látex
conocidas. Las posiciones de las poblaciones en la gráfica
están en excelente acuerdo con los tamaños conocidos de
92 y 269 nm.
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Al contrario que otros métodos de determinación de potencial
Z, la técnica PALS no requiere la aplicación de grandes
campos eléctricos, que pueden provocar problemas de
calentamiento y desnaturalización de muestras biológicas
delicadas, tales como proteínas, anticuerpos, péptidos o
DNA/RNA. El NanoBrook Omni puede medir la movilidad
de este tipo de muestras aplicando voltajes de tan solo 2
o 4 voltios, evitando así cualquier tipo de degradación de
la muestra. Esto se debe al hecho de que, al realizar la
medida mediante análisis de fase, es suficiente con que
las partículas se muevan tan solo una fracción de su propio
diámetro para proporcionar buenos resultados.
Figura 2: Resultado de la medida de tamaño de partícula de una
muestra bimodal en el NanoBrook Omni.
Durante la medida, la pantalla puede cambiarse para
mostrar bien la función de autocorrelación, la distribución
log-normal o la distribución multimodal. Cada una de
ellas se muestra “viva” a medida que los datos se van
acumulando. La gráfica en tiempo real es particularmente
útil para determinar el punto final de una medida, donde la
forma de la distribución multimodal puede ser importante.
Determinación de potencial Z por análisis de fase
(PALS)
Para la medida de movilidades electroforéticas muy
pequeñas, el Brookhaven NanoBrook Omni es la solución,
la única solución! Basado en conceptos desarrollados en
la Universidad de Bristol y Brookhaven Instruments, el
NanoBrook Omni determina el potencial zeta empleando
análisis de fase de luz dispersada (PALS – Phase Analysis
Light Scattering). Esta técnica es hasta 1.000 veces más
sensible que los métodos tradicionales de medida de
potencial zeta basados en el cambio de frecuencia de la
luz dispersada.
Figura 3: Medida de potencial Z mediante la técnica PALS (Phase
Analysis Light Scattering).
En muestras con alto contenido salino, de hasta 2 molar,
y con campos eléctricos de solo 1 o 2 V/cm, se induce
suficiente movimiento en las partículas como para conseguir
excelentes resultados.
Además, el diseño de los electrodos elimina cualquier
interferencia debida al efecto del flujo electróosmótico, y
por lo tanto elimina la necesidad de su corrección.
La repulsión electrostática de partículas coloidales es a
menudo la clave de la estabilidad de una dispersión. Una
medida sencilla de la movilidad electroforética, incluso en
líquidos no polares, proporciona información valiosa. Las
medidas realizadas en agua y otros líquidos polares, cubren
el rango típicamente de ± (6 a 100) mV, correspondientes a
movilidades de ± 0,5 – 8,0 x 10-8 m2/Vs. El NanoBrook Omni
no solo cubre este rango, sino que lo extiende en un factor
x 1000 en sensibilidad hasta 10-11 m2/Vs.
Figura 4: La medida de
potencial Z se realiza
empleando un electrodo
no desechable dentro de
una cubeta estándar de
plástico.
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¿Olor a moho en frutas y verduras?
GCxGCqMS con SHIMADZU GCMS-QP2010 ULTRA NCI
Determinación de tricloroanisol y tribromoanisol usando SPME acoplado a Comprehensive
GCxGC y detección selectiva de masas (HS-SPME-GCxGC-qMS-NCI)
El 2,4,6-tricloroanisol (TCA) es a menudo mencionado
en la literatura, particularmente desde que H.R. Buser´s
identificó el TCA en una publicación como un componente
clave del "sabor del corcho" en vino.
Muchos otros informes han sido publicados por los
efectos sensoriales en los alimentos por TCA y también
2,4,6-tribromoanisol (TBA). En 1990, J. C. Spadone encontró
que el 20% de café verde de Brasil fue contaminada con
TCA. Más recientemente, TBA apareció en productos de
las empresas farmacéuticas Pfizer y Johnson & Johnson,
quien tuvo que retirar productos del mercado como
resultado de envases contaminados.
Ha sido desarrollado un método robusto y sensible
para determinar TBA y TCA en una gama de frutas y
verduras exhibiendo olores mohosos no deseados
Propiedades y sensoriales Fuentes de TBA y TCA
TCA y TBA tienen un desagradable mal olor mohoso
que es detectado por los seres humanos - incluso a
muy concentraciones bajas. Estos compuestos puede
ser percibido a diferentes niveles por seres humanos en
diferentes alimentos/matrices.
La figura 1 muestra las estructuras químicas de los dos
compuestos. Cabe señalar que ninguno de los estas
sustancias se añadieron a los productos alimenticios
intencionalmente, pero ambas sustancias se forman a partir
de halofenoles que se utilizan como bactericidas (PCP).
2,4,6 -trichloroanisole
2,4,6 -tribromooanisole
Water:
Beer:
Water: 0,02 ng/L
(Whitfield)
0,03 ng/L
0,09 ng/L
dentro como fuera del corcho como resultado del proceso
de producción. La formación ocurre ya sea por metilación
directa de triclorofenol y / o tribromofenol o una reacción
de metilación después de una decloración de fenoles de
halogenuros con más de tres cloro o átomos de bromo.
Del gran número de los anisoles de halogenuros, el TCA
y el TBA tienen, con mucho, el olor a menor nivel de
concentración.
Métodos analíticos
Debido a la alta volatilidad de la sustancias, la cromatografía
de gas de alta resolución (GC) es el método de elección
para el análisis.
Un detector de captura de electrones (ECD) o mejor
un espectrómetro de masas para su uso en cualitativo y
cuantitativo rn la detección de compuestos de haluro.
Las mediciones iniciales sobre frutas y verduras con un
cuadrupolo en modo SIM se muestran. Sin embargo, tal
método no es útil en el análisis de muestras del mundo real
debido a interferencias masivas ( ver figura 2) .
Figura 1. Tricloroanisol y tribromoanisol.
El mecanismo de formación pudo ser identificado en la
producción de tapones de vino hecha de corcho natural. Un
número de microorganismos podrían ser detectados tanto
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Figura 2. Iones extraídos (m/z 212) por GC-qMS-EI.
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Para resolver este problema se utilizó la combinación de
cromatografía multidimensional (GCxGC ) con ionización
química negativa (NCI ).
En Comprehensive (GCxGC) dos columnas de diferentes
polaridades son acopladas en serie . La primera columna en
este set-up por lo general tiene dimensiones convencionales,
mientras que la segunda es sustancialmente más corta (0,5
- 3 m ). Todos los compuestos que eluyen de la primera
se criofocalizan en cabeza de la segunda columna por un
chorro de gas nitrógeno frío y posteriormente calentado en
un intervalo constante tiempo (frecuencia de modulación,
generalmente 2-8 s ) por un chorro de nitrógeno caliente.
De esta manera, los picos de la primera dimensión se
fraccionan y la separación adicional en la segunda columna
se lleva a cabo. Para una mejor visión de la separación,
los datos resultantes son representados en los llamados
gráficos de contorno en lugar de en los cromatogramas.
La Figura 3 muestra los gráficos de contorno de haluros de
anisoles en una muestra real de mango. La preparación
de la muestra se llevó a cabo de forma automatizada: HSSPME con una fibra de 2 cm 50/30 micras divinilbenceno
/ carboxene / polidimetilsiloxano a 80 ° C durante 60 min.
Cantidad de muestra era 1 g de material homogeneizado.
Rango de calibración fue 1-100 ng / kg.
En un gráfico de contorno el tiempo de retención se
representa en la primera columna contra el tiempo de
retención en la segunda columna. Además, la modulación
de los picos conduce a una mejor sensibilidad, como la
anchura de un pico convencional suele ser de cinco a seis
segundos de esta forma se reduce de 200 a 400 ms .
Ionización química Negativa en GCMS
La relación señal/ruido (S / N) para los 10 ng / kg de TCA
se incrementó desde 18 : 1 por impacto electrónico ( EI)
en Modo de SIM a 72 : 1 (NCI en modo SIM) . Si el NCI se
utiliza en combinación con GCxGC, el aumento adicional es
hasta S/N > 300 que resulta en un límite de cuantificación
de 0,1 ng / kg.
La siguiente figura muestra el contorno de una muestra
patrón con una concentración de 10 ng / kg de cada uno de
diferentes haloanisoles.
2,3,4,5 -tetrachloroanisole
2,3,4 -trichloroanisole
Pentachloroanisole
Figura 3: (a) Mango 1 / (b) Mango 2
Conclusión
El uso de un sistema Comprehensive acoplado a SPME y
en modo de Ionización química negativa, ha demostrado
ser una técnica selectiva y sensible para la determinación
de los compuestos activos de olor 2,4,6 - tricloroanisol y
2,4,6 - tribromoanisole . El método es también robusto
y simple. La determinación de los compuestos diana sin
ninguna interferencia de la matriz es posible con este
método.
Los primeros resultados de muestras del mundo real
(mango, ajo y diferentes tipos de setas) obtenido a partir de
una tienda de comestibles mostraron niveles alarmantes de
contaminación.
2,3,6 -tribromoroanisole
2,3,5,6 -tetrachloroanisole
2,4,6 -trichloroanisole
Referencias
1. H.R. Buser, J. Agric Food Chem. 30, 359-362(1982).
2. J.C. Spadone, J. Agric. Food Chem. 38(1), 226-233 (1990)
Muestra patrón con concentración de 10/ng/kg de cada uno de
los diferentes haloanisoles.
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