Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica Autor: Ulate Rodríguez Jacson – A86444 Tutora y Asesora Metodológica: Silva Trejos Paulina Universidad de Costa Rica, Facultad de Ciencias Básicas, Escuela de Química, Sección de Química Analítica, Laboratorio de Análisis Químico Cuantitativo II, QU-0347, Grupo 02. Práctica especial, 12 junio-26 junio, I Ciclo 2013. |
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Análisis de Calcio (Ca) en Leche en polvo fortificada marca Nido© Nestlé® por Espectrometría de Absorción Atómica en modalidad de Llama |
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Fecha de Inicio: 12 junio 2013
Jacson Ulate Rodríguez
Fecha de Cierre: 26 junio 2013
correlación lineal de 0,9994. Los límites
Resumen Se realizó la cuantificación de Calcio (Ca) presente en una muestra de leche en polvo
comercial
por
medio
de
espectrometría de absorción atómica en su modalidad de llama. Se eligió como muestra la leche marca Nido© Nestlé® debido a su elevado contenido en calcio y su
popularidad
como
una
de
las
principales fórmulas para infante en el país.
Básicamente
se
pesaron
aproximadamente 5,0 g de muestra por cuadruplicado en crisoles de laboratorio, se les aplicó previa calcinación y luego una digestión seca en una mufla. Se trabaja con un rango dinámico de 0,064 mg/L a 1,40 mg/L1 con un coeficiente de
de cuantificación y detección obtenidos fueron de 0,20 mg/L y 0,062 mg/L respectivamente. calibrado
fue
La
sensibilidad
0,054
A.L/mg
y
de la
sensibilidad analítica fue de 1,8 L/mg. La precisión
se
examinó
empleando
desviación estándar relativa para cada par de muestras, para las muestras sin enriquecimientos el Sr calculado fue de 1,02, mientras que el Sr para las muestras enriquecidas fue de 1,04. La veracidad se comprueba
mediante
recuperación
porcentajes
realizados
mediante
de el
enriquecimiento de dos de las cuatro muestras
obteniendo
los
siguientes
porcentajes: para la muestra número 3, la recuperación fue de 112,7% y en el caso 1
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Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica de la muestra número 4 de 855,6 ambas
en especial los derivados lácteos que se
a un 95% de confianza.
sabe contienen gran cantidad del mineral (la leche natural tiene cerca de 35,8 a 42,3 % de Ca soluble). 2
Introducción El Calcio es un metal alcalinotérreo (número atómico 20); es el quinto elemento y el tercer metal más abundante en la superficie terrestre por lo que es denominado uno de los macrominerales. El calcio no sólo es un componente importante de la corteza terrestre sino también
es
el
mineral
de
mayor
abundancia en el organismo y el cuarto componente más importante tras el agua, proteínas y grasas, cerca del 99% se encuentra almacenado en los huesoso y el 1% restante repartido en los líquidos celulares12. De allí su importancia, ya que junto al fósforo ayudan al desarrollo óseo, además de ser participe en la coagulación, permeabilidad de las membranas, es regulador
nervioso
colaborando
y
neuromuscular,
contracción
muscular
(inclúyase actividad cardíaca).2,12 Debido a las importantes actividades que lleva a cabo el calcio es importante su consumo en la dieta, una ausencia del mismo puede desembarcar en problemas como la osteoporosis y un exceso en su consumo provoca hipercalcemia, por lo que su consumo regulado es importante. La absorción de calcio no es un problema para
el
organismo
ya
que
varias
legumbres, verduras poseen éste mineral,
La leche constituye un alimento de la canasta básica en Costa Rica y es un alimento esencial durante las primeras etapas de vida de un infante (Ministerio de Salud, 1997)3, por lo que las soluciones fórmula comerciales que se utilizan para alimentar a los niños tras su etapa de lactancia
deben
estar
altamente
fortificadas con calcio, esta es una de las razones que explica la elección de la muestra sobre la leche líquida común. Quizá la razón más importante en la determinación de calcio en alimentos, está ligada directamente a los índices altos de osteoporosis en población adulta mayor y en los casos de desnutrición en infantes, por lo que al verificar los contenidos del metal se identifica si la cantidad que poseen los alimentos se encuentra dentro de las necesidades del país o requiere fortificamientos.4 El método estándar oficial de la AOAC para el análisis de Calcio en diversos alimentos (norma 985,35), emplea la técnica instrumental de espectrometría de absorción atómica en modalidad de llama que fue el método base que se aplicó en este análisis, con modificaciones leves basadas en el método validado para análisis de calcio en diversos alimentos 2
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Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica bajo la misma técnica desarrollado por Ericka Valverde y Paulina Silva1. Además se empleó como referencia el método estándar oficial de la preparación de patrones de calcio para el análisis por espectrometría de absorción atómica de la AOAC (norma 965,09), con el fin de determinar la cantidad de calcio presente en la muestra seleccionada.6
Parte experimental La selección de la muestra se realizó con base en dos preceptos: el primero de ellos es como se mencionó las fórmulas infantes cuentan con gran cantidad de calcio presente en cantidades pequeñas de leche (7,00 mg/g reportado en la tabla nutricional
del
producto),
lo
que
equivaldría a una porción de muestra
Equipo
pequeña para trabajar asegurando gran
El proceso de medición se realizó con
concentración del analito, a su vez se
un espectrómetro de absorción atómica
reduce el tiempo de muestreo; segundo,
Varian
Fast
el tratamiento de leche líquida resulta
Sequential, además el espectrómetro
complicado en algunas situaciones (ej:
estaba equipado con una lámpara de
cuando se posee mayor proporción de
cátodo hueco de calcio y se empleó una
agua que lácteo o cuando las proteínas no
llama de monóxido nitroso y acetileno con
precipitan de forma adecuada2) requiere
una temperatura aproximada de 2600 a
mayor
2800 ºC con un flujo de 18 L/min de NO y
tratamiento de la matriz, sin embargo el
2 L/min de acetileno, una altura con un
tiempo era factor limitante.
SpectrAA
modelo
220
tiempo
de
muestreo
y
de
rango 1-1,5 cm por 0,5 nm de espesor,
Se extrajo la muestra del empaque de
formando una llama de cono rojo. La
120 g, se colocó sobre una superficie de
longitud de onda de trabajo empleada fue
aluminio limpia y se procede al muestreo
de 422,7 nm en el espectro visible5.
por cuarterización, posteriormente se
En cuanto al equipo volumétrico se
seleccionaron dos cuartos opuestos como
emplearon 4 crisoles de porcelana, 12
muestra de trabajo, se requería que la
balones de 50,00 mL, 5 balones de 250,00
muestra principal tuviera una masa de 4,5
mL y un balón de 1000,00 mL, además de
g a 5,5 g, por lo que se procede a pesar
una pipeta de 4,00 mL, una de 25,00 mL
5,0 g aproximadamente de la muestra por
graduada y una micropipeta de 100-1000
cuadruplicado
µL, toda la cristalería de tipo A, también
Posteriormente se enriquecen dos de las
se
analítica
muestras con una alícuota de 5,00 mL
electrónica de cuatro decimales calibrada.
para cada muestra de una disolución de
empleó
una
balanza
en
crisoles
limpios.
3 Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II
Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica 200 mg/L en Calcio para luego llevarlas a
que tardaba el ácido en evaporarse, se
calcinación empleando quemadores de
enfrió y se añadió nuevamente una
Busen a una llama alta azul, rica en
porción de ácido para redisolver las
oxígeno esto con el fin de eliminar la
cenizas
mayoría de materia orgánica en la
ayudándose con un agitador para este
muestra. Después, se ingresaron los
caso, se trasvasaron las cenizas de forma
crisoles en la mufla a 525 ºC durante 22
analítica a 4 balones de 250,0 mL
horas para terminar de calcinar la muestra
individualmente
y eliminar en su totalidad la presencia de
homogenizar se tomó una alícuota de 160
carbono. (Formación de cenizas blancas).
µL en cada caso (empleando puntas
Mientras se calcinaba la muestra se
nuevas para la micropipeta con el fin de
adheridas
y
las
tras
paredes
aforar
evitar
ello se pesaron 0,5038 g de carbonato de
llevándolas a 4 nuevos balones de 50,00
calcio (CaCO3) anhidro 98,5% de pureza
mL donde se realizarían las mediciones. 6
marca Merck, Lote: 929 que equivaldrían
Tras la preparación de las muestras,
a 198,7 mg de calcio, se disolvería la sal
los patrones y el blanco se pasó a la etapa
empleando un mínimo volumen de ácido
de
clorhídrico (~13 mol/L)
lograr
iniciando con la calibración del equipo con
trasvasó
agua ultra pura y procediendo a medir
cuantitativamente a un balón de 1000,00
desde el patrón menos concentrado al
mL y se aforó. Tras homogenizar se tomó
más concentrado finalizando con las
una alícuota 4,00 mL de la disolución
muestras y limpiando el capilar entre cada
madre de (198,7±0,3) mg/L llevándola a
medición
un balón de 250,0 mL, nuevamente se
contaminación. Es importante destacar
afora y se homogeniza para tener la
que entre cada medición espectrométrica
disolución
de
se verifico la respuesta del equipo
(3,18±0,01) mg/L de donde se tomarían 7
empleando una disolución patrón de
alícuotas de 1, 3, 5, 7, 11*, 19, 22 mL
calcio de 0,8 mg/L aproximadamente.
transparencia,
patrón
respectivamente,
se
de
para
trabajo
preparar
patrones de calcio empleados.
contaminación
y
prepararon los patrones de calcio, para
hasta
la
en
medición
con
en
el
agua
cruzada),
espectrómetro,
para
evitar
la
los
1, 6
Tras la calcinación la muestra se disuelve con un pequeño volumen de ácido nítrico (1 mol/L) y se llevó a sequedad durante unos 6-10 min, tiempo
Resultados Se llevó a cabo el análisis de calcio en una muestra de leche en polvo marca Nido© Nestlé® por medio de absorción atómica
empleando
el
método
de 4
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Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica cuantificación alimentos
oficial
de
la
AOAC
de
calcio
en
se obtuvo un Sr 1,02 y para los pares de
(985,35)
muestras enriquecidas se obtuvo un Sr
empleando modificaciones mínimas en el
igual a 1,04 a un 95% de confianza.
método basados en la referencia 1 y en el
Los
límites
de
detección
y
de
método de preparación de patrones de
cuantificación se obtuvieron mediante los
calcio de la AOAC (965,09) referido en el
mínimos cuadrados, con 0,062 mg/L y
primer método mencionado.
0,20 mg/L respectivamente. En la figura 2
El rango dinámico óptimo se encuentra en el intervalo de (0,064-1,40 mg/L) con
se pueden observar claramente ambos límites para este análisis.
un coeficiente de correlación lineal de 0,9994.
Una vez terminada la medición de las muestras
utilizadas,
se
realizó
el
La sensibilidad de calibrado estimada
tratamiento y análisis de los datos
fue de 0,054 A.L/mg y la sensibilidad
obtenidos experimentalmente, así se
analítica fue de 1,8 L/mg. En la siguiente
obtuvo los valores de cuantificación del
figura se muestra la curva de calibración
calcio en las muestras tras la interpolación
empleada en la cuantificación.
en la curva de calibración y al aplicar los
0,0800 y = 0,054(±0,002)x - 0,007(±0,001) R = 0,9994
Absorbancia del analito (±0,0005)
0,0700 0,0600 0,0500 0,0400 0,0300 0,0200 0,0100 0,0000 0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
-0,0100 Concentración de Ca (±0,1 mg)
Figura 1. Curva de calibración para determinación de calcio en leche por medio de método de mínimos cuadrados no ponderados
La precisión se evaluó mediante el
factores de dilución adecuados se obtiene
desvío estándar relativo de los pares de
las proporciones de calcio en masa de
muestras con condiciones similares, es
muestra medida. Los cuadros siguientes
decir, para las muestras no enriquecidas
muestras los resultados obtenidos.
5 Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II
Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica
0,0200
Absorbancia del analito
0,0150 0,0100 0,0050 0,0000 0,000
LD
LC
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
-0,0050 -0,0100
Concentración de Ca (mg)
Figura 2. Límites de detección y de cuantificación para éste análisis de calcio en específico a un 95% de confianza. Cuadro I. Concentración y absorbancia de los patrones de calcio empleados en la curva de calibración.
Patrones
Concentración (mg/L)
Absorbancia (±0,0005)
Patrón 1
(0,064 ± 0,003)
-0,0055
Patrón 2
(0,191 ± 0,009)
0,0036
Patrón 3
(0,32 ± 0,02)
0,0112
Patrón 4
(0,44 ± 0,02)
0,0172
Patrón 5*
(0,70 ± 0,03)*
0,0210*
Patrón 6
(1,21 ± 0,06)
0,0572
Patrón 7
(1,40 ± 0,07)
0,0676
Blanco
N\A
0,1765*
*Nota: Patrón descartado con la prueba estadística
Cuadro II. Muestras empleadas en la cuantificación de calcio en leche.
Muestras
Concentración (mg/L)
Absorbancia (±0,0005)
Muestra 1
(1,2 ± 0,1)
0,0567
Muestra 2
(1,3 ± 0,1)
0,0625
Muestra 3 (E)
(1,3 ± 0,1)
0,0649
Muestra 4 (E)
(1,4 ± 0,1)
0,0656
E = muestra enriquecida 6 Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II
Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica
Cuadro III. Contenido de calcio en la masa medida y porcentajes de recuperación para muestras enriquecidas.
Masa medida (±
Contenido Ca
Porcentaje de
0,0002 g)
(±0,08 mg/g)
recuperación
Muestra 1
5,0389
18,61
N\A
Muestra 2
5,0659
20,05
N\A
Muestra 3 (E)
5,0097
20,27
112,7%
Muestra 4 (E)
5,0288
21,75
855,6% *
Muestras
Calcio tiende a formar compuestos muy
Discusión
estables con el fosfato.1, 2, 6
La fase determinante de todo proceso analítico
es
éste
El muestreo no sólo es una parte
dependen la precisión y exactitud del
importante del análisis en sí, sino también
proceso así como los errores a posteriori.8
la elección de la muestra, como se
Claro está que el proceso de muestreo no
mencionó
es idéntico para todas las posibles
análisis se tomaron en cuenta dos
matrices a analizar, por lo que también es
factores, una de ella era el tiempo de
dependiente del tipo de muestra que se
tratamiento que requería la muestra y la
desea analizar, principalmente si se habla
otra la búsqueda de una matriz pequeña
de un alimento, estos requieren de
pero con alto contenido de analito, incluso
estrategias de muestreo en muchos casos
se podría mencionar un tercer factor, el
más cuidadosas que en otro tipo de
cual sería el riesgo de tratar una matriz
muestras.
el
muestreo,
de
9
para
este
que no se hubiera tratado antes, esto
Las muestras sólidas como en el caso
repercute
de este análisis, requieren de tratamiento
1,2
previo
anteriormente
mucho
más
en
el
factor
que
La muestra se selecciona con base en
muestras en matrices líquidas, ya que en
estos dos factores y se adquiere en un
el proceso de digestión se pueden
supermercado al azar ubica en San
generar
Ramón de Alajuela.
pérdidas
cuidadoso
tiempo.
directamente
analito
por
formación
de
Es importante hacer la acotación a
compuestos no deseados y distintos al
este punto que el agua empleada para el
óxido del analito que se quiere en buena
análisis fue agua destilada de laboratorio
teoría generar, como por ejemplo a que el
que en un principio no fue el reactivo
sobrecalentamiento
de o
7 Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II
Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica solicitado para el análisis (se solicita agua
interpolación en la curva (figura 1) y
ultra pura), pero en vista de su defecto, se
aplicar sobre esos datos los factores de
decide trabajar con ésta, se tiene noción
dilución respectivos, como se puede notar
de la presencia de calcio en ella, pero
hay una diferencia notable en la muestra
debido a la inexperiencia no se vislumbra
4 que se ve acentuada en porcentaje de
que la cantidad de calcio presente en el
recuperación anormal, refleja un error
agua empleada fuera tan grande y las
determinado en la muestra8, donde una
repercusiones que esto tendría en los
posible causa podría deberse al agua
resultados obtenidos.
destilada,
aunque
es
hecho
Figura 3. Curva de calibración para calcio emplea en el método de referencia.
(véase
1
Se realizaron 7 patrones con las
absorbancia del blanco, cuadro I), no es la
concentraciones mostradas en el cuadro I,
causa definitoria. El mismo caso ocurre
de los cuales el patrón central (patrón 5),
para la muestra 3 aunque en una
presentó una desviación de la linealidad
proporción mucho menor que en el caso
mostrada por sus vecinos afectando
de la muestra.
importantemente
el
coeficiente
de
En el caso de los patrones, se realizó
correlación lineal (R), tras aplicarle una
una corrección con el blanco en las
prueba estadística se determina que el
absorbancias, esto tiene como efecto que
valor no pertenece a la curva y se elimina
el intercepto de la curva antes de la
de la misma.
corrección fuera de 0,169 que dista del
Del análisis se concluyen los valores
valor obtenido por el analista en el análisis
mostrados en el cuadro III, tras la
de referencia1 con un intercepto que pasa 8
Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II
Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica por cero, tras la corrección se ve la
2 réplicas, se recomiendan cuatro, esto
mejoría con un intercepto mucho más
ayuda a minimizar o del todo eliminar
cercano a cero (-0,007) y la curva tiende
muestras
a parecerse más a la referencia (figura 3).
determinados y que estos sean muy
Según los resultados obtenidos en el
grandes, además de mejorar la veracidad
análisis se puede decir que el valor
que
posean
errores
del análisis.
reportado en la tabla nutricional no es un
Debido a la dureza del agua y a la
valor que refleje la veracidad, por lo que
estabilidad del calcio en el ambiente,
no puede ser utilizado como valor
aunque se emplee destilación al agua, la
referente. Los datos obtenidos en el
cantidad de calcio presente es bastante
análisis se pueden resumir de la siguiente
grande
manera, la cantidad de calcio en la leche
cuantitativo como éste, por lo que no se
analizada es de 1933 mg de calcio por
recomienda emplearla.
para
realizar
un
análisis
cada 100 g de leche, estas cifras no son
La cantidad de calcio obtenida supera
absolutas debido al error presente por
en más del doble al valor de referencia,
introducción de calcio al analito vía
aun así la cantidad del mineral reportada
disolvente (agua) y además dista del
por la tabla nutricional está por debajo del
intervalo referente para la cantidad de
valor de referencia.
calcio en leche en polvo en Costa Rica
Es de suma importancia optimizar de
(735 mg/100 g)1 por cerca de más del
forma adecuada las condiciones del
doble, siendo evidente una contribución
equipo de espectrometría atómica, ya que
externa de Calcio.
en el análisis de calcio son muy comunes
Por último es importante mencionar
las
fluctuaciones
en
absorbancias
desde el punto de vista biológico la gran
principalmente en los valores medios de
contribución de calcio en alimentos como
la curva, así como también empleando
la leche líquida y en polvo, debido a su
una llama de aire/acetileno en ausencia
gran concentración en
de un grupo liberador o protector, el calcio
calcio
y su
importancia en el consumo diario.
tiende a formar compuestos refractarios (como
Para determinar la veracidad en un análisis de este tipo se requiere mayor de
de
calcio),
recomienda el uso de estos grupos.
Conclusiones
cantidad
pirofosfato
muestras
con
enriquecimientos, por lo menos superior a
se
5
Si se emplea EDTA para este caso (en lugar
de
óxido
de
lantano),
la
documentación oficial no referencia nada sobre
este reactivo,
se recomienda 9
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Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica especial Práctica emplear 0,1% de concentración final en el
5. Varian, Inc (2008). Varian AA220
balón y no 2,5% como hace referencia el
User Manual. Ed. Varian BV.
método 965,09 de la AOAC.
6,7
Herculesweg, HOL. P14. 6. Official Methods of Analysis of AOAC
Referencias 1. Silva
P.,
Valverde
E.
de
la
(2010).Validación metodología
analítica
para
cuantificar el calcio mediante la espectroscopía atómica
de
de llama
absorción y
su
cuantificación en alimentos de la canasta
básica
costarricense.
Revista: Tecnología en Marcha, Vol. 23 Nº4, Octubre-Diciembre.
Official
Method 985.35, 18th Edition , Revision # 1, 2005 7. Official Methods of Analysis of AOAC
International,
Official
Method 965.09, 18th Edition , Revision # 1, 2005 8. Skoog D. (2003). Fundamentos de química analítica. Ed. McGraw-Hill, México D.F. MEX. 9. Cava
P.
(2012).
Análisis
de
alimentos por técnicas atómicas:
pp. 47-56 2. Alais C. (2003). Ciencia de la Leche: Principios de la industria lechera. Ed. Reverté. Barcelona,
Una aproximación multielemental y sostenible. Ed. EAE. Madrid. ESP. IBN 3848460807 10. Skoog D. (2001). Principio de
ESP. 3. Ministerio de Salud (1997). Guías alimentarias para la educación nutricional en Costa Rica. San
Análisis
de
Salud,
Instituto
Costarricense de Investigación y Enseñanza en Nutrición y Salud, Caja Costarricense del Seguro Social, Ministerio de Educación (1999) Plan Nacional para la Prevención de Deficiencias en
Instrumental.
Ed.
McGraw-Hill, México D.F. MEX. 11. Marín M., Aragón P., Gómez M. (2002).
José, CRC. 4. Ministerio
International,
Análisis
químicos
de
suelos y aguas. Ed. Universidad Politécnica de Valencia. Valencia, ESP. 12. Tortora G., Bryan Derrickson B. (2006). Principios de anatomía y fisiología.
Ed.
Panamericana.
México D.F. MEX.
Micronutrientes (1999-2002). San José, CR.
10 Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II Laboratorio Análisis Químico Cuantitativo II
