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Aplicación 

Preparación de muestras de alimentos para el análisis de trazas de metales

La velocidad y la exactitud del testeo de alimentos son esenciales para garantizar la seguridad y la calidad de los productos alimenticios que llegan al mercado. Así como los instrumentos espectroscópicos han mejorado y han reducido los límites de detección, CEM ha conseguido importantes avances en la tecnología de preparación de muestras asistida por microondas para simplificar las técnicas y asegurar digestiones completas

Preparación de muestras de alimentos para el análisis de trazas de metales

La velocidad y la exactitud del testeo de alimentos son esenciales para garantizar la seguridad y la calidad de los productos alimenticios que llegan al mercado. Así como los instrumentos espectroscópicos han mejorado y han reducido los límites de detección, CEM ha conseguido importantes avances en la tecnología de preparación de muestras para simplificar las técnicas y asegurar digestiones completas. Utilizando los sistemas MARS 6™ y Discover® SP-D, ambos producidos por CEM, se prepararon para un análisis elemental diferentes muestras de alimentos fortificadas y estándares de referencia. En cada uno de los sistemas se realizó la digestión, la dilución y el análisis de las muestras y de los estándares, utilizando un plasma acoplado inductivamente con detección óptica (ICP OES) con excelentes resultados. En los datos obtenidos de las muestras y de los estándares se observan múltiples elementos de interés, como mercurio, arsénico, cadmio y plomo.

Introducción

Con la creciente globalización del comercio en los últimos años se ha vuelto cada vez más importante garantizar la seguridad de los alimentos que llegan al mercado, ya que ha habido un número considerable de casos de contaminación por metales. Esto ha hecho crecer la demanda de mejores técnicas analíticas y de menores límites de detección para los elementos de interés. Estudios recientes muestran que incluso la ingesta de pequeñas cantidades de ciertos metales puede traer consecuencias adversas para el organismo humano. En baja concentración, los síntomas de envenenamiento incluyen náuseas y dolor abdominal. En alta concentración, puede provocar encefalopatía, cáncer, daños al sistema óseo y a diferentes órganos internos. Por ende, la necesidad de análisis más avanzados para el control de los niveles de metal en alimentos resulta crucial. Pero con los laboratorios analizando cada vez más muestras y trabajando para lograr límites de detección más bajos que los que se consideraban adecuados en el pasado, los recursos con los que cuentan están llegando a su límite.

En respuesta, los fabricantes de instrumentos como ICP OES ó ICP-MS han desarrollado plataformas más sofisticadas y fáciles de usar que permitan mejorar el rendimiento y realizar análisis simultáneos de múltiples elementos en períodos de tiempo más cortos. No obstante, para la mayoría de las muestras de alimentos se necesita alguna forma de preparación previa al análisis. En los análisis clásicos, la matriz orgánica se incineraba (normalmente en un horno de mufla a una temperatura controlada) y el residuo inorgánico resultante era digerido en un ácido débil. Otro procedimiento también implicaba calentar la matriz orgánica en ácidos concentrados en una placa calefactora. En ambos casos, empero, se necesitaba demasiado tiempo y existía el riesgo de perder elementos volátiles. La llegada de los sistemas de preparación de muestras por microondas a mediados de la década de 1980 redujo significativamente los tiempos de digestión, pero los sistemas exigían organizar las matrices de muestra similares en lotes de entre 2 y 14 muestras. Este agrupamiento afectaba el resultado en forma considerable.

Con el sistema de preparación de muestras por microondas MARS 6™ y el sistema de digestión por microondas Discover® SP-D, CEM aborda las limitaciones de los sistemas tradicionales de digestión en lotes y ofrece a la industria posibilidades antes inexistentes. Ambos sistemas están diseñados para lograr una digestión completa de la muestra sin destinar un paso a la filtración. Un sistema opera en formato secuencial, mientras que el otro procesa grandes lotes de muestras en simultáneo. Los dos minimizan el trabajo que implica preparar muestras de alimentos para la digestión ácida, por lo que aumentan enormemente el rendimiento. En este trabajo se incluye una discusión sobre la preparación de muestras para la digestión por microondas y la recuperación de analitos de distintos tipos de muestras de alimentos fortificados y de estándares de referencia, preparados para un análisis de elementos con los sistemas MARS 6 y Discover SP-D. En cada uno de ellos se realizó la digestión, la dilución y el análisis de las muestras y los estándares de referencia, utilizando un plasma acoplado inductivamente con detección óptica (ICP-OES) con excelentes resultados. En los datos obtenidos de las muestras y de los estándares se observaron múltiples elementos de interés, como mercurio, arsénico, cadmio y plomo.

Preparación de la muestra

Se prepararon cinco tipos de muestra diferentes: una de espinaca, una de leche maternizada, una de carne picada, una de jamón, y una de queso cheddar. Se las dividió en dos partes, para utilizar una en el MARS 6 y otra en el Discover SP-D. La digestión de las muestras de espinaca y de leche maternizada se realizó sin preparación previa, mientras que las otras tres muestras fueron congeladas con nitrógeno líquido y molidas con una trituradora para asegurar su homogeneidad.

Instrumentación

La digestión del primer grupo de muestras se realizó en el MARS 6 aprovechando la tecnología One Touch™, una serie de características inteligentes que permite automatizar el proceso. Los sensores ubicados en la base de la cavidad identifican el número de muestras corridas y el tipo de vaso de digestión utilizado. Con esta información y el método seleccionado por el usuario, el MARS 6 calcula la cantidad exacta de energía necesaria para completar la digestión. Luego el sistema de control PowerMAX™ aplica esta energía con precisión, logrando procesar hasta 40 muestras en menos de 45 minutos, en forma reproducible y segura. Además, la exactitud de la aplicación de energía permite intercalar los tipos de muestra y utilizar diferentes tamaños, permitiendo muestras de un gramo o más. Para maximizar el tamaño y el rendimiento, se utilizó el vaso MARSXpress de 75 mL en la plataforma de 40 posiciones.

La digestión del primer grupo de muestras se realizó en el Discover SP-D, el único sistema de digestión por microondas automático y secuencial del mercado. Al procesar cada muestra en forma individual, el sistema puede correr diferentes tipos de muestra y matrices ácidas bajo condiciones específicamente programadas para cada muestra. Esencialmente, cada vaso es su propio vaso de control, con monitoreo de presión y temperatura, lo que garantiza la máxima reproducibilidad posible a las digestiones. El Discover SP-D sólo requiere una fuente de alimentación estándar y una línea de aire comprimido normal. El aire enfría rápidamente el vaso después de la corrida, de modo que se pueda realizar la digestión de múltiples muestras en menos de 10 minutos (contando el enfriamiento). La digestión de las muestras se realizó en un vaso Pyrex® de 35 mL con tapón a presión, utilizando el método que se describe más abajo.

Procedimiento de análisis

Para el análisis de la carne picada, del jamón y del queso cheddar en el MARS 6, se colocó 1 g de la muestra en un vaso MARSXpress de 75 mL, y se añadieron 9 mL de ácido nítrico (HNO3) y 1 mL de una solución de fortificación (2,50 ppm en cada metal). Para el análisis en el Discover SP-D, se colocó 0,25 g de la muestra en un vaso de 35 mL, y se añadieron las mismas cantidades de ácido nítrico y de solución de fortificación. Una vez agregados los reactivos, se taparon los vasos inmediatamente.

Para el análisis de la espinaca y de la leche maternizada, se colocó 1 g de la muestra en el vaso MARSXpress y 0,25 g en el vaso Discover SP-D, y se añadieron 10 mL de ácido nítrico (HNO3) en cada uno. Una vez más, los vasos se taparon inmediatamente.

Se crearon métodos tanto en el MARS 6 como en el Discover SP-D, y se utilizaron las siguientes condiciones para la digestión:



























Tipo de muestraTiempo de rampaTiempo de retenciónTemperatura de digestión
MARS 6 (vaso MARSXpress de 75 mL)Orgánica25 min20 min210 ºC
Discover SP-D (vaso de 35 mL)Orgánica5 min5 min210 ºC

Las muestras se enfriaron hasta alcanzar la temperatura ambiente y se diluyeron con agua desionizada hasta llegar a 50 mL para un análisis ICP OES. El tiempo de análisis de cada muestra era de 2.5 min aproximadamente

Resultados

Los resultados que se muestran en las Tablas 1 y 2 son de metales tanto volátiles como no volátiles en las muestras de carne picada, jamón y queso cheddar. Por un lado, el mercurio y el arsénico son metales volátiles, y en el MARS 6 la recuperación de estos elementos fue de 99–108%, mientras que en el Discover SP-D fue de 100–115%. Por otro lado, el cadmio y el plomo son metales no volátiles, y en el MARS 6 la recuperación de estos elementos fue de 89–96%, mientras que en el Discover SP-D fue de 101–104%. La desviación estándar relativa (RSD) para todos los metales mencionados fue menor al 3% en el MARS 6 y menor al 5% en el Discover SP-D. Como se ve en los datos de la recuperación, no hubo pérdida de metales volátiles o no volátiles.

Los resultados de las Tablas 3 y 4, relativos a las muestras de espinaca y de leche maternizada, muestran que tanto el MARS 6 como el Discover SP-D son aptos para la digestión de muestras que contienen diferentes metales en un amplio rango de concentración. En el MARS 6 la recuperación fue de 90–106%, mientras que en el Discover SP-D fue de 85–101%. La desviación estándar relativa (RSD) fue de 3% en el MARS 6 y de 5% en el Discover SP-D.

Conclusión

La determinación de metales pesados continua siendo crucial para garantizar la seguridad de los alimentos. En este contexto, es esencial contar con un análisis simple, rápido y exacto. Las mejoras en los instrumentos de espectrometría necesitan en paralelo avances tecnológicos similares en la preparación de las muestras. En este sentido, tanto el MARS 6 como el Discover SP-D son ideales para la preparación de una amplia variedad de matrices de alimentos y ofrecen un gran avance en la instrumentación basada en el caudal de muestras en el laboratorio. Los dos sistemas permiten ahorrar tiempo y son capaces de operar mayormente en forma automática. Además, ambos sistemas reducen significativamente el consumo de ácido en comparación con los métodos que utilizan una plancha calefactora. Al realizar la digestión de las muestras en vasos cerrados, se evita la contaminación cruzada y se hace posible la recuperación incluso de elementos volátiles. Como queda demostrado, la recuperación de analitos es exacta y reproducible.

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