Chimica Analitica: Campionamento

CAMPIONAMENTO

• Il campionamento è il primo stadio delle operazioni preliminari analitiche e ha l'obiettivo di ottenere un campione rappresentativo.
• Considera fattori come orizzonte spaziale, orizzonte temporale, stabilità del campione e quantità di materiale disponibile.
• I criteri di campionamento possono essere probabilistici o non probabilistici:
  • Probabilistici: includono metodi random, sistematici (temporalmente o spazialmente) e misti.
  • Non probabilistici: includono campionamenti intuitivo e orientato.

TIPI DI CAMPIONE

• Un campione è una porzione ben definita del materiale oggetto di indagine.
• Il materiale può essere classificato come una popolazione, che può essere finita o infinita.

ERRORI DI CAMPIONAMENTO

• Errori derivano da basso numero di campioni e scarsa rappresentatività.
• Errori sistematici: causati da procedure inadeguate (es. apparecchiature inappropriate, conservazione scorretta).
• Errori casuali: dovuti a mancanza di omogeneità; possono essere ridotti aumentando il campione.

CAMPIONAMENTO E ANALISI DEGLI ALIMENTI

• Obiettivo: verificare la conformità degli alimenti alle normative per prevenire rischi per la salute (tossinfezioni, intossicazioni, patogeni).
• Campioni prelevati devono rappresentare lotti omogenei; analisi coinvolgono aliquote definite statisticamente.

ESEMPI DI CAMPIONAMENTO DEGLI ALIMENTI

• Latte: utilizzo di strumenti in acciaio inox per il campionamento; miscelazione per garantire omogeneità.
• Cereali: procedura di campionamento importante per ridurre quantità da centinaia di tonnellate a pochi grammi.
  • Tipi di campioni: elementare (da singolo prelievo), globale (mescolamento di più campioni), medio (per analisi).
• Formaggi: campioni di dimensioni piccole in contenitori impermeabili; utilizzo di sonde e coltelli in acciaio inox.

RIFERIMENTI NORMATIVI

• Regolamentazioni per limiti di sicurezza su metalli pesanti in alimenti.

ENTI INTERNAZIONALI

• EFSA: supporto per decisioni sulla sicurezza alimentare in Europa.
• FAO: migliora la nutrizione e la produttività agricola.
• OMS: promuove il benessere globale e la salute.

CONSERVAZIONE DEI CAMPIONI

• Considerare il tipo di contenitore, materiale e temperatura di conservazione.
  • Refrigeratori possono mantenere temperature tra -4 e -100°C.

PREPARAZIONE DEL CAMPIONE

• La fase di preparazione rende il campione idoneo per l'analisi.
• Aspetti da considerare: solvente, pH, concentrazione e assenza di interferenze.
• Domande fondamentali: Cosa? Dove? Come?

TIPOLOGIE DI ESTRAZIONE

• Liquido-liquido (LLE): semplice e veloce, usata per separazioni.
• Solido-liquido: attraverso dissoluzione, filtrazione o centrifugazione.
• Tecnica Soxhlet: riduce viscosità del solvente per un’estrazione più efficiente.
• Estrazione in fase solida (SPE): utilizzata per composti nutrizionali e residui; include tecniche polar e apolar.
• Tipologie di SPE possono essere: scambio ionico, immunoaffinità, offrendo alta selettività e pulizia degli estratti.### Estrazione delle biomolecole
• L'estrazione è fondamentale per separare biomolecole sfruttando legami selettivi, come enzimi e substrati.
• Utilizzo di tecniche di immunoaffinità per legare antigeni e anticorpi.

Fase stazionaria solida

• Deve contenere ligandi specifici per la sostanza target.
• Stabilità e interazioni deboli sono essenziali per l'eluibilità.
• Capacità di flusso adeguata è necessaria.

Pretrattamento alimenti

• Latte: Utilizzo di SPE in fase inversa o scambio ionico; possibile trattamento acido per precipitazione delle proteine.
• Vino e birra: Processati senza pretrattamento, con diluizione dell'etanolo sotto l'8%.
• Succhi di frutta: Centrifugazione per solidi e diluizione se viscosi.
• Carni e pesce: Omogeneizzati con solventi; possono necessitare digestione acida e saponificazione dei lipidi.

Microestrazione in fase solida (SPME)

• Utilizzata per estrazioni volatili a temperatura ambiente.
• Raggiunge un equilibrio di adsorbimento influenzato da temperatura, composizione e volume del campione.
• Non richiede solventi, è economica e rapida.

Tecniche di estrazione SPME

• Spazio di testa statico: Chiude il campione in un contenitore, permette di studiare solidi e soluzioni.
• Immersione: Fibra immersa nel campione, tempi di adsorbimento più lunghi.

Parametri di ottimizzazione per SPME

• Modalità di estrazione, fase di rivestimento, tempo e agitazione.
• Acidi e sali possono favorire l'estrazione.

Estrazioni non convenzionali

• Estrazione accelerata con solvente (ASE): Riduce tempi e quantità di solvente, migliora l'automazione.
• Estrazione assistita da ultrasuoni (UAE): Raggiunge alta qualità degli estratti in tempi brevi.
• Microestrazione liquido-liquido dispersiva (dLLME): Efficienza nell'estrazione con piccole quantità di solvente.

Vantaggi e svantaggi della dLLME

• Vantaggi includono scarsa quantità di solvente e un alto fattore di arricchimento.
• Svantaggi consistono nel pretrattamento richiesto per matrici complesse e necessità di ottimizzazione dei parametri.

Estrazione in fase solida miniaturizzata (µSPE)

• Utilizza volumi micrometrici senza dispositivi costosi.
• Processo simile alla SPE classica, ma con ripetizione del passaggio attraverso la cartuccia per arricchire il campione.

Microestrazione tramite fase adsorbente (MEPS)

• Variante veloce della SPE, con assorbente integrato in siringa.
• Richiede piccoli volumi e risulta più economica e user-friendly.

Estrazione tramite solventi eutettici

• Utilizzo di solventi eutettici (DES) che formano miscele a bassa temperatura di transizione.
• Interazioni tra componenti tramite legami a idrogeno e forze di Van der Waals.

Applicazioni delle microestrazioni

• Valutazione degli IsoP, correlati a malattie come diabete e cancro.
• Preparazione del campione di urina con β-Glucoronidasi, centrifugazione e recupero del surnatante.

Tecniche di estrazione per campioni solidi e liquidi

• Per solidi: spazio di testa, desorbimento termico, microestrazione in fase solida.
• Per liquidi: estrazione liquido-liquido, estrazione in fase solida, cromatografia flash.

Polimeri a stampo molecolare (MIP)

• Monomeri autoassemblati attorno a molecole stampo per creare cavità complementari.
• Riconoscimento selettivo della molecola di modello, utile in analisi chimiche.### Polimeri Imprinted Molecolari (MIP)
• Un polimero impresso agisce come un anticorpo a livello molecolare.
• Composizione dei MIP: modello target dell'analita (farmaci, aminoacidi, pesticidi, ecc.), monomero funzionale in eccesso (1:4), crosslinker (dimetacrilato di glicole etilenico), solventi (toluene, cloroformio, diclorometano, acetonitrile) e iniziatore radicale (AIBN).

Fasi di Sintesi dei MIP

• Formazione del complesso: può essere covalente o non covalente.
  • Complesso Covalente: formazione di legami più stabili, ma difficile e costosa. Rimozione del modello dal polimero complessa.
  • Complesso Non Covalente: legami deboli, più facile rimuovere il modello, ma meno preciso e richiede attenzione alle condizioni di polimerizzazione.

Metodi di Polimerizzazione

• Riscaldamento termico (24 ore).
• Bagno ad ultrasuoni (2 ore).
• Sonda ad ultrasuoni (pochi minuti).

Caratterizzazione Morphologica e Chimica

• Morfologica: utilizza microscopia ottica (integrità del polimero), microscopia elettronica a scansione (macropori), porosimetria di assorbimento di azoto (area superficiale, dimensione pori) e porosimetria ad intrusione di mercurio (pores di grandi dimensioni).
• Chimica: esegue microanalisi elementari, FT-IR e NMR allo stato solido.

Polimeri Non a Stampo (NIP)

• I NIP vengono sintetizzati senza modello target per confronto con i MIP.

Valutazione delle Prestazioni dei MIP

• Esperimenti vincolanti per l'adsorbimento dei MIP e NIP, utilizzando specifiche equazioni.
• Test selettivi per analizzare l'adsorbimento di analiti interferenti.

Vantaggi dei MIP

• Elevata selettività e affinità per i target molecolari.
• Maggiore robustezza fisica e lunga durata di conservazione.
• Minor costo di sintesi e inerzia verso acidi, basi, ioni metallici e solventi organici.
• Alta resistenza a temperature e pressioni elevate, con maggiore forza.

Applicazioni dei MIP

• Preparazione di campioni per analisi biologiche.
• Estrazioni in fase solida e cromatografia.
• Veicolo per farmaci e reazioni di catalisi.
• Applicazioni in sensori, con particolare riferimento alla SPE basata su MIP in integratori alimentari con buoni recuperi e basso effetto matrice.