Tema 1: Proceso Analítico y Técnicas de Instrumentación PDF

Tema 1: PROCESO ANALÍTICO Y TÉCNICAS DE INSTRUMENTACION La calidad del alimento tiene que satisfacer la necesidad del cliente. En cuanto a calidad hay: - Calidad sanitaria: salubridad, factores psicológicos. - Calidad nutricional: valor nutricional y propiedades funcionales - Ca...

Tema 1: PROCESO ANALÍTICO Y TÉCNICAS DE INSTRUMENTACION La calidad del alimento tiene que satisfacer la necesidad del cliente. En cuanto a calidad hay: - Calidad sanitaria: salubridad, factores psicológicos. - Calidad nutricional: valor nutricional y propiedades funcionales - Calidad sensorial: propiedades organolépticas, calidad-precio. El codex alimentarius es un conjunto de normas alimentarias con el objetivo de proteger la salud del consumidor y establecer definiciones y requisitos aplicables a los alimentos. Están basados en datos científicos solidos y son de carácter voluntario. Base de datos e información de alimentos: - Aesan - Bedca - Eurofir - Fao - Usda Que se debe ver en la etiqueta? - Denominación del producto - Lista de ingredientes - Calidad de los ingredientes - Cantidad neta - Fecha de duración mínima (hasta cuando se conserva esa calidad) o de caducidad (hasta cuando el alimento es seguro) - Condiciones especiales de conservación y utilización - Empresa fabricante, envasadores, vendedor - Lugar de origen o procedencia - Información nutricional, obligatoria y opcional (ácidos grasos poliinsaturados, vitaminas… No habrá lista de ingredientes en: - Frutas y hortalizas - Aguas carbónicas - Vinagres de fermentación que vienen de un solo producto - Queso, mantequilla, leche y nata fermentada - Los alimentos con un único ingrediente. Proceso analítico 1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA: Analito: componente de interés Matriz: entorno en el que se encuentra el analito 2. SELECCIÓN DEL MÉTODO Se necesita ➔ bibliografía ➔ métodos oficiales ➔ MAPA - Exactitud y precisión - Límite de detección y cuantificación - Especificidad y selectividad - Rapidez - Coste y seguridad Método analítico: usa técnicas analíticas para determinar un analito en una muestra Técnica analítica: medida de propiedades químicas o físicas de una muestra 3. MUESTREO: REPRESENTATIVIDAD Y HOMOGENEIDAD Este proceso puede ser - Protocolo - Estadístico - Dirigido - Intuitivo Lo primero que se hace es identificar la población, después se toma una muestra y por ultimo de reduce la muestra al laboratorio. Esta muestra puede ser de diferentes tipos : aleatoria o representativa, selectiva o de conveniencia. Tipos de muestreo: - De protocolo: especifico para cada tipo demuestra y análisis. - Estadístico: hay aleatorio que es cuando no tienes info previa y sistemático suele ser para grandes áreas de muestreo y depende de valores estadísticos como CV. Numero de muestras - Dirigido e intuitivo: con el criterio del analista se toma la muestra 4. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Objetivos: eliminar interferencias, preconcentrar el analito y derivatización.==> Técnicas de separación - DESTILACION: separa sustancias de los distintos componentes de una mezcla. Se basa en los puntos de ebullición de cada componente. Mayor diferencia de puntos de ebullición, mas eficacia tiene la separación, obteniéndose con una mayor pureza. - EXTRACCION L-L: separa sustancias en dos que no se pueden mezclar entre si. Sucede por el diferente grado de solubilidad. El solvente y soluto se comunican mediante una interfase. A través de la decantación se produce la separación de las sustancias. Esta extracción nunca es completa ni total. - EXTRACCION L-L SIMPLE: se dividen las sustancias según el sistema. Se mide también por el grado de solubilidad de un componente en un líquido. - Se pueden encontrar dos disolventes no miscibles, se agita la mezcla con una sustancia que se pueda dividir entre los dos líquidos. Al dejarla reposar, se separan las dos fases. - EXTRACCION L-L CONTINUO: se divide en uno o mas componentes de una mezcla solida a través de un disolvente liquido. Dos etapas diferentes - EXTRACCION S-L: separar un líquido retenido en una sustancia sólida, empleando un disolvente al cual es sólido transfiere el líquido. - PRECIPITACION: se obtiene un solido mediante una disolución, se puede realizar por reaccion química, evaporación del disolvente. Se suele cristalizarlo para quitar impurezas. 5. CALIBRADO Y MEDIDA La calibración es la relación entre la medida y la concentración - Métodos absolutos: se calcula mediante leyes fisicoquímicas, estequiométrica. La muestra siempre es la misma. Como en volumetrías y gravimetrías. Suelen ser métodos de referencia La gravimetría se basa en la medida del peso de un compuesto insoluble obtenido por estequiometria. Se usa la balanza. La volumetría es una medida del volumen de una disolución patron usando una bureta. - Métodos relativos: comparación de medidas y un patron como métodos instrumentales ➔ recta de calibrado Propiedades de las reacciones analíticas: - Estequiometria: se conoce y es cte - Completa: todo reacciona, la reacción se desplaza a los productos. - Rápida: se desarrolla en un tiempo corto, es importante en volumetrías Volumetría: - Directa: la reaccion reacciona inmediatamente con el analito - Retroceso: adición en exceso de la solución, se valora lo que no haya reaccionado. - En blanco: se pone de todo menos la muestra Hay 7 patrones de muestras básicos - Segundo - Metro - Amperio - Kelvin - Candela - Kilogramo - Mol Trazabilidad: - Patrones primarios: son sustancias estables y homogéneas. Se usan para calibrar instrumentos, evaluar métodos. Tienen unos materiales de referencia certificados (MRC) que tienen certificadas propiedades con las incertezas conocidas, - Patron secundario: necesita del patron primario para establecer la trazabilidad.  6. EVALUACIÓN DE RESULTADOS Se usan - Tablas de composición para evaluar resultados - Precisión de los métodos para evaluar la dispersión de los datos - Se detectan anomalías. TÉCNICAS INSTRUMENTALES - Propiedades físicas: areometría y picnometría - Propiedades eléctricas: potenciometría y conductimetría - Propiedades ópticas: espectrometría, fotometría de llama y refractometria - Propiedades físico-quimicas: cromatografía plana Técnicas físicas Medidas de propiedades físicas para determinar densidad de líquidos. - Picnometría: se pesa un volumen exacto (+ aire) del liquido. Es muy exacta. - Areometría: se fomenta sobre el principio de Arquímedes, donde el areómetro se sumerge (sin tocar las paredes) en función de la densidad del liquido. Tiene escalas calibradas para determinar la densidad del liquido, la concentración de azúcar… En estos casos es esencial el control de T, ya que la densidad varían en función de esta. Técnicas electroanaliticas Se fundamentan en la medida de las propiedades eléctricas de la materia. - Potenciometría: mide el potencial eléctrico de las soluciones con dos semiceldas. Se necesita un movimiento de electrones para determinar la concentración. Se usa un electrodo de referencia (A) con un potencial conocido y ct, y otro de trabajo o indicador (B). Electrodo combinado de pH, donde el electrodo indicador de membrana de vidreo contiene el electrodo de referencia en el interior. Se usa para medir pH y como sistema indicador de volumetrías potenciométricas. Hay electrodos que responden a diferentes analitos. - Conductimetría: mide la conductividad de la solución, que depende de los iones que hay en esta. Técnicas ópticas: - Espectroscopias: absorción y emisión de la radiación electromagnética para moléculas y átomos. - No espectroscopias: modifican las propiedades de la radiación electromagnética cuando atraviesan un material transparente. Fundamento: interacción de la radiación con la materia Hay distintos tipos de interacciones entre la radiación electromagnética y la materia Las ondas pueden ser partículas, por lo que se pueden desviar. A mayor onda, menor energía y viceversa.  Estas son: - Excitación nuclear - Excitación e- core - Excitación electrónica - Vibración molecular - Rotación molecular Fenómenos de absorción y de emisión ATÓMICA La absorción atómica solo tiene lugar cuando la energía luminosa con la que se va a irradiar es exactamente igual a la energía requerida por el átomo para impulsar el electrón a un nivel mayor de energía. Los de emisión atómica tienen lugar cuando la muestra vuelve en forma de líneas discretas la radiación ya absorbida. Se atomatiza, para ello se necesita una cantidad muy elevada de energía, rompiendo así los enlaces. Los e- se excitan por la absorción de energía radiante, obteniendo un espectro de absorción de líneas (átomos específicos). Los que ya están excitados, devuelven la energía absorbida en forma de emisión, obteniendo una emisión de líneas. Son espectros complementarios. - Análisis cualitativo: identifican las líneas espectrales características de cada atomo - Análisis cuantitativos: mide la intensidad de radiación emitida o absorbida a las frecuencias de cada atomo. Fenómenos de absorción y emisión MOLECULAR Tienen orbitales rotacionales, que aunque energéticamente sean pequeños, permiten mas saltos energéticos que los orbitales vibracionales. Los espectros de línea son de moléculas complejas como la clorofila, tiene diferentes espectros de bandas. Las interacciones moleculares tienen - Análisis cualitativos: identifican las bandas espectrales características de cada molécula. - Análisis cuantitativos: mide la intensidad de radiación emitida o absorbida a las frecuencias seleccionadas. La variación se debe aque interaccionan todos los átomos de la molécula. El pico bajo, significa que los electrones no pueden aumentar el nivel. Espectrometría de absorción UV-VIS (colorimetría) Fundamento: absorción de radiación UV (ƛ =10-400) o VIS (ƛ =400-800) como resultado de las transiciones de los electrones de valencia de las moléculas. Las aplicaciones cualitativas son interesantes y las cuantitativas son las colorimetrías. Se usa la ley de Beer. ➔ A = l* e* [ ]. Al ser longitud y emisividad cts, la absorbancia depende de la [ ]. La cubeta cambiará de material dependiendo de UV o VIS, donde será de cuarzo, plástico o vidrio. Para saber la transmitancia, se hace la diferencia entre la Einical- Emuestra Cuando medimos una longitud de onda, miramos el color. Si queremos saber la del verde, usaremos la del rojo. Calibración; - Patrón externo (interpolación) La relación es a partir de patrones del analito de distintas [ ] que se miden con el equipo. El patron se aplica cuando tiene la misma matriz que la muestra problema, o si la matriz no influye en la respuesta. - Adiciones estándar (extrapolación) La relación es a partir de adicionar diferentes cantidades de patron del analito a la misma muestra. Se aplica si la matriz influye en la respuesta. Equipo: Espectroscopia de infrarrojo Fundamento: los enlaces de las moléculas pueden rotar y vibrar a determinadas frecuencias. Para medir la muestra, se hace pasar por un haz de luz IR a través de la muestra y se mida la cantidad de energía a cada ƛ. Se produce el efecto matriz, ya que hay mucha info en el espectro IR y muchas interferencias. Se debe calibrar con la misma matriz que la muestra. Espectrometría de absorción atómica (AAS) Fundamento: absorción de la radiación UV-Vis producida por las transiciones de los e- de valencia. En aplicaciones cuantitativas, se usa esta técnica para análisis de elementos metálicos. Equipo: La llama debe ser cte y de unos 10 cm Espectrometría de emisión atómica (AES) Fundamento: emisión de radiación UV-Vis producida por las transiciones de los e- excitados al volver a sus orbitales. Fuentes de excitación: a más T, más excitación. - Llama - Descarga eléctrica - Plasma Aplicaciones cualitativas: muy importantes espectros de líneas Aplicaciones cuantitativas: muy importantes, con gran sensibilidad y casi sin interferencias Equipo: Es una fotometría de llama donde la excitación se hace mediante una llama, ya sea de aire o acetileno,se excitan los elementos alcalinos y alcalino-terreos. Reflectometría Fundamento: modificación de la dirección de la radiación al pasar de un medio menos denso (aire) a uno mas denso (liquido). Se usa la ley de Snell, es un método no espectroscópico. El índice de refracción es en función de la densidad y T. Se trabajará con compensación de T.