Desarrollo de estrategias analíticas basadas en la generación de datos de orden superior aplicadas a la cuantificación de plaguicidas y proteínas en productos alimenticios

Abstract

En este trabajo se evaluaron estrategias de obtención de datos multidimensionales y se desarrollaron nuevos métodos analíticos para estudios cuantitativos de una variedad de analitos de interés en productos alimenticios, combinando diversas metodologías analíticas con modelado quimiométrico de los datos. Se emplearon técnicas separativas y espectroscópicas para la generación de los datos y se aplicaron algoritmos de primer, segundo y tercer orden para su modelado. Los métodos se evaluaron en base a resultados de predicción demuestras incógnitas y a las cifras de mérito obtenidas para cada sistema. Por un lado, se llevó a cabo la determinación de proteínas en leche bovina mediante espectroscopia láser infrarroja. Se desarrolló una nueva metodología de infrarrojo (IR) utilizando un láser EC-QCL (External Cavity-Quantum Cascade Laser) de última generación como fuente lumínica para mediciones en el IR cercano (MIR) de proteínas en medio acuoso, en la región amida I y amida II (1700-1500cm-1). Se estudiaron las características espectrales de proteínas con diferentes estructuras secundarias y se comparó el nuevo sistema propuesto con el EC-QCL de primera generación y con dos espectrómetros FT-IR comerciales.El sistema ensamblado se aplicó a la determinación de proteínas en leche bovina, mediante calibración multivariada de primer orden. Se implementaron herramientas quimiométricas para llevar a cabo la calibración en presencia deefecto matriz y se cuantificaron las proteínas individuales y el contenido proteicototal en leche, discriminando entre diferentes tipos de leche bovina comercial en base a las concentraciones predichas.Por otro lado, se realizó la determinación de residuos de plaguicidas en muestras de maíz y frutas. Para ello, se desarrollaron diferentes métodos basados en la detección mediante espectroscopia de fluorescencia. En primer lugar, se determinó la concentración de metil-pirimifos en granos de maíz mediante matrices de excitación-emisión de fluorescencia (EEM), estudiando la exaltación de la fluorescencia en medios organizados. Se desarrolló el procedimiento de extracción y limpieza de la muestra y se planteó un esquema de procesamiento de datos para sortear el efecto matriz. Luego, se desarrolló un método para la cuantificación del plaguicida metil-azinfos en frutas. Para ello, se llevó a cabo la degradación de AZM mediada por luz catalizada en medio alcalino y el monitoreo de la evolución de la reacción mediante EEM, generándose un arreglo de datos tridimensional por muestra. Se evaluaron las ventajas del incremento del orden de los datos a partir del estudio de predicción de muestras de validación y dela estimación de cifras de mérito analíticas.Por último, se cuantificaron residuos decarbendazin, tiabendazol, fuberidazol carbofurán, carbaril y 1-naftol en frutas,mediante generación y modelado de datos de tercer orden. La generación de los datos se llevó a cabo mediante cromatografía líquida acoplada a un detector de fluorescencia de barrido rápido, realizando múltiples inyecciones por muestra, a diferentes longitudes de onda de excitación, y registrando las matrices de tiempo-emisión.Se evaluaron las ventajas aportadas por el análisis de este tipo de datos, comparando los resultados obtenidos mediante modelado de segundo y tercer orden.

Different strategies for multidimensional data generation were evaluated and new analytical methods were developed for quantitative studies of a variety of analytes of interest in food products, combining various analytical methodologies with chemometric data modelling. On the one hand, the determination of proteins in bovine milk was carried out by infrared laser spectroscopy. A new infrared (IR) methodology was developed using a new generation EC-QCL (External Cavity-Quantum Cascade Laser) laser as light source for measurements in the mid-IR (MIR) of proteins in aqueous medium, in the amide I and amide II regions. On the other hand, the determination of pesticide residues in corn and fruit samples was carried out. First, the concentration of pirimiphos-methyl in maize grains was determined by excitation-emission fluorescence matrices (EEM), studying the fluorescence enhancement in the presence of organized media. Then, a method was developed for the quantitation of the pesticide azinphos- methyl in fruits. For this purpose, the degradation of AZM mediated by light and catalyzed in alkaline medium was performed, monitoring the evolution of the reaction by EEM, obtaining a three-dimensional data array per sample. Finally, the residues of 6 pesticides were quantitated in fruits, by third-order data generation and modelling. The data was obtained by liquid chromatography coupled to a fast-scan fluorescence detector, with multiple injections per sample at different excitation wavelengths, recording the time-emission matrices.