M

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Métodos Rápidos de Análisis de Leche mediante
Instrumentos Infrarrojos

• Bienvenidos
• FOSS S.A.
• rrodriguez_at_foss.dk

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Teoría NIR
3
Descubrimiento de NIR por William Herschel en
abril de 1800
Ref. J. Near Infrared Spectrosc. 8, 75-86. 2000.
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Por qué Infrarrojo Cercano ?

• Poca o ninguna preparación de muestra.
• No destructivo
• No se utilizan reactivos
• Operación simple
• Rápido
• menos de un minuto para parámetros múltiples
• Confiable
• Preciso

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Espectroscopía Infrarroja

• El espectro Infrarrojo Cercano (NIR) se encuentra
  justo sobre la región visible del espectro
  electromagnético
• 800 to 2500 ?m

• Frequencia 1 / longitud de onda

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Efectos de la Energía Electromágnética en las
Moléculas

• Microondas Rotación de moléculas
• IR Vibraciones Moleculares Fundamentales
• NIR Sobretonos y combinaciones de IR
• UV / Visible Transiciones electrónicas, energía
  de los electrones llevada a un estado de
  excitación
• X-Ray Transiciones a nivel del núcleo del
  átomo

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Vibraciones Moleculares

• Cuando la Energía Electromagnética encuentra una
  substancia, la misma será absorbida o transmitida
  dependiendo de su frecuencia y la estructrura
  molecular de la substancia.
• Las moléculas vibran naturalmente.
• Estiramiento
• Estiramiento Simétrico Estiramiento asimétrico
• Flexión

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Vibraciones Moleculares
?

• Cuando existe una coincidencia entre la
  frecuencia de la energía excitante y la
  frecuencia de vibración natural de la molécula,
  entonces esta molécula absorbe esta energía.

9
Vibraciones Moleculares
10
Ejemplo de Absorbancia
11
Absorbancia Molecular
12
Ley de Lambert Beer
b
P
P0
Solución absorbente de concentración c
Absorbancia
A a b c
Concentración
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Bandas de Absorción
Las bandas de absorción observadas en la región
del Infrarrojo Cercano (NIR), provienen
principalmente de vibraciones de moléculas con
enlaces de átomos de hidrógeno.
- CH - OH - NH
Grasa Humedad Proteína
H O N-CH-C CH3
Proteína
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Absorción Molecular
H2C OH
H2C OH
O
O
HO
OH
H
Alcoholes
H
H
O
C O
OH
OH
H
H
H
H
H
9.5 m
H
OH
H
OH
Lactosa
COOH
R2
O
O
H


C
H
H2N
CH
N
C
C
N
C
N
HC
CH

R
H
O
R1
H
R3
Aminoácido
Proteína
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Absorción Molecular

CH-OH
Grasa B
C H
3.5 m
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Tecnología IR

• Descomposición de la luz

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Transmitancia / Reflectancia
Fuente de energía
Detector
Detector
Fuente de energía
ITEC168A
ITEC169A
Transmitancia (NIT)
Reflectancia (NIR)
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Transflectancia
Detector
Reflector
Fuente de Energía
Detector
19
Espectro completo Infrarojo de la leche
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Monocromador
21
Interferómetro
22
Instrumento de filtros
Sistema Óptico
Rueda de filtros
Sensor Infrarojo
Fuente Infraroja
Cubeta
Espejo
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(No Transcript)
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MilkoScan S50B Sistema de Flujo
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MilkoScan Tecnología IR
Fuente IR
Filtro óptico
Cubeta
Detector
Procesador

• Los enlaces moleculares absorben energía en
  longitudes de onda específicas.
• En este caso, tenemos 4 filtros IR que proveen
  esas longitudes de onda específicas
• 3.5 ? (Grasa B),correspondiente a vibraciones en
  el enlace C-H de las moléculas de GRASA
• 6.5 ?, correspondiente a las vibraciones en los
  enlaces péptidos en las moléculas de PROTEINA
• 9.5 ?, correspondiente a vibraciones en los
  enlaces hidroxilos en las moléculas de lactosa
• Longitud de onda de refencia, donde no hay
  absorbancia de ningún componente

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Linearidad - Cubeta
Pagua
A
log
Pleche
Absorbancia
E
A a b c
T0
Er
Concentración
T0
P
Función lineal
A log
Ts
Ts
Pr
E . Pr
- O
CH -S ln
I
Er P
1 - O
Ch Datos de la longitud de onda O
Desplazamiento
S Pendiente I Ordenada
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Datos cubeta

• Material
• Fluoruro de Calcio
• Zafiro
• Paso óptico
• 30 a 50 micrones
• Para analizar más de 100 muestras por hora,
  normalmente se precisa un acumulador (o hacer más
  ancho el paso óptico) para evitar deformaciones
  momentáneas de los cristales por la presión de la
  bomba
• Los vidrios no se montan paralelos para que la
  reflectancia de la cubeta sea igual a la de la
  leche y evitar errores de medición

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Homogeneizador

• El concepto es que los glóbulos grasos tengan
  todos el mismo tamaño para no interferir en la
  medición.
• Normalmente se busca que el diámetro del glóbulo
  graso no sea mayor a 1/3 de la longitud de onda
  mínima que se utiliza en la medición (en la
  práctica para leche 1 micrón)
• La presión normalmente utilizada para esto es 200
  bares, aprox. 205 kg / cm2
• Se hace siempre a 40C

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Datos fuente y detector IR

• Fuente IR trabaja a una temperatura de 1150 K
• Detector IR termocupla

30
Factores que afectan la medición

• Temperatura debe ser estable /- 0,10C
• Aire libre en la muestra mantener la presión
  estable en la cubeta
• Humedad en la caja infraroja
• Vibraciones (especialmente en los equipos FTIR)

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Tecnología FTIR

• Descomposición de la luz

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Espectro completo vs. Instrumentos de filtros
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Monocromador
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Red holográfica

• Líneas finas producidas con un Laser (400/mm)
  separan la luz blanca en todas las longitudes de
  onda que la componen.

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Interferómetro
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(No Transcript)
37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
40
Algunas diferencias de parámetros entre Filtros y
FTIR
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Configuración Maestro y Esclavo
Laboratorio central
Maestro
Fábrica A
Fábrica C
Esclavo 1
Esclavo 2
Fábrica B
Fábrica D
Esclavo 3
Esclavo 4
42
Estandarización Instrumento Maestro
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Estandarización Instrumento Esclavo
44
Maestro y Esclavo no coinciden
45
Haciendo coincidir las longitudes de onda
46
Haciendo coincidir las longitudes de onda
47
Coincidencia de longitudes de onda
48
Haciendo coincidir las absorbancias
49
Haciendo coincidir las absorbancias
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Coincidencia Perfecta
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Principio de Calibración
Calibración in situ Responsabilidad del cliente
IR
Conductividad
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Calibración Básica
Calibración básica realizada en fábrica
CX S (F1 Chlac F2Chpro F3Chgra) B
Ch Datos del canal X CX Concentración del
componente X S Pendiente B Ordenada al origen
53
Ejemplo de Calibración de Pendiente y Ordenada
54
Parámetros Derivados