Archivo de la categoría: química analítica

Adelfas: Oleandrigenina, molécula mortal

Publicado el 12 noviembre, 2014 por BlackberryReina | 7 comentarios

¿Me echabais de menos? Después de un más que largo descanso veraniego, vengo con un conjunto de historias que giran en torno a una planta muy común, que todos conocéis y que es mortal de hojas a tallo.

Para adelantaros un poco, os diré que enlazaremos la época griega y romana, con su parte de mitología y superstición, con la literatura y el cine, y con la ciencia forense. ¿Os apetece?

Bien, empezaré por deciros que tenía varias ideas antes de este post pero que, por caprichos del destino, todo me llevaba una y otra vez a la planta protagonista. Por tanto, decidí dejar los demás e intentar hilar toda la información y leyenda alrededor de ella.

La planta en cuestión es la Adelfa, un bello arbusto con hojas afiladas y flores muy parecidas a las rosas. De hecho, su nombre en griego es neriom y en latín Nerium, que se relaciona con Nereus, dios del mar y padre de las Nereidas. También la conoceréis como rododendro o rododaphe (rodo, de rosa y daphe, de laurel) y a la flor, rosa de laurel.

Ya por la época griega, Dioscórides la describe como una planta cuyas hojas y flores son veneno mortífero para los perros, los asnos, los mulos y muchos animales cuadrúpedos. Aunque recoge la creencia de que mezclada con vino, actúa como antídoto para mordeduras de fieras.
Sigue leyendo →

7 comentarios

Publicado en química, química analítica, química orgánica

Etiquetado analítica, CL, HPLC, métodos analíticos, MS, orgánica, principios activos, toxicidad

El Tylenol adulterado

Publicado el 8 mayo, 2014 por BlackberryReina | 3 comentarios

Hoy, rompiendo la tendencia de las últimas entradas, nos quedamos en nuestra era y nos equiparemos a lo Horatio Caine. Coged un par de guantes, el maletín de pruebas y las gafas de sol porque nos vamos a EEUU con un caso de «ciencia forense». Fue un caso ocurrido hace bastante tiempo pero que tuvo una gran repercusión y nos sirve para mostrar alguna técnica de análisis químico, como así hiciera mi profesor de Química Ambiental.

Corre el año 1982 y en Chicago, en un corto periodo de tiempo, hay 7 muertes entre ciudadanos jóvenes y sanos. Entre ellos hay una niña de 12 años con apenas unas décimas de fiebre, una chica que acababa de dar a luz y, tres miembros de una misma familia que se reunieron para velar a otro familiar fallecido. Si los otros casos eran llamativos, el triple deceso hizo que todas las pesquisas policiales se activaran y aceleraran. En todos los casos, los síntomas presentes antes de la muerte fueron:

empeoramiento repentino
cianosis (coloración azulada en piel y mucosas por falta de oxígeno)
anoxia (falta de oxígeno en tejidos orgánicos)
convulsiones
espuma entre los labios

Al realizar las autopsias, el veredicto del forense fue envenenamiento por cianuro y lo único que tenían en común las 7 víctimas era el haber consumido una pastilla de Tylenol justo antes de empeorar. El Tylenol es la marca comercial de un analgésico con paracetamol, indicado para dolores de cabeza, dentales y casos leves de fiebre. La FDA confirmó dichas sospechas y la relación con el Tylenol.

En un primer instante, para comprobar la presencia de KCN (cianuro potásico), se realiza una prueba de maletín (screnning) en los frascos encontrados en las 5 casas y se confirma la presencia de KCN con una pureza superior al 95%.

Dicha prueba consiste en poner una pequeña cantidad de muestra en un tubo de ensayo, añadir una disolución tampón fosfato (pH=7.2), cloramina-T y ácido barbitúrico en piridina. El cianuro reacciona con la cloramina-T, originando el cloruro -ClCN- con un pH <8 y éste reacciona con ácido barbitúrico, confirmando el positivo si torna a un color rojo azulado.

Acto seguido, se localizan todos los comercios de venta y se crea una Comisión para paralizar la venta, distribución y administración del analgésico en todo el país. La empresa de mayor producción de Tylenol es Johnson & Johnson, la cual pone sus instalaciones al servicio del FBI y de la FDA. Como apunte, os doy un dato muy importante: el KCN está presente en la empresa pues se usa como reactivo y el fácilmente accesible.

Al cabo de 48 horas, se encuentran 4 – 6 – 8 – 5 – 14 pastillas de KCN en los 5 frascos iniciales, pruebas de los escenarios. Posteriormente, la FDA encontraría un 6º frasco con otras 14 pastillas adulteradas. La investigación reveló que en el resto de estados no había ninguna coincidencia, delimitando el caso a Chicago.

Los supuestos que se barajaron fueron:

contaminación fortuita en la fabricación, algo que era poco probable debido a las grandes cantidades de KCN encontrado.
adulteración provocada para cometer «homicidios al azar»
posibilidad de alteración fuera de la empresa por la facilidad de comprar KCN libremente en EEUU.

Y, a partir de ellos, se llevó a cabo una planificación con tres puntos importantes:

Comprobar si el acceso al KCN es realmente tan fácil
Ver diferencias entre el KCN fabricado en territorio americano y de otros países distribuidores en dicho país.
Comprobar si se podrían obtener las huellas químicas de cada lote de KCN para determinar qué lote fue y en qué sitio se utilizó.

Pasamos ahora a las técnicas de análisis empleadas:

Para analizar las impurezas de KCN se empleó la Emisión IPC-DES, o lo que es lo mismo Plasma acoplado inductivamente con detección óptica. Claro, ¿no?

Explico: es un sistema compuesto por un policromador con capacidad para detectar 34 elementos a la vez (Sodio, Hierro, Magnesio,…) y una sensibilidad por debajo de las ppb (partes por billón), y de un sistema de corrección automático.

Para la detección de Na y K, tras calibrar el sistema, se diluyeron muestras de KCN ,con agua bidestilada (muy utilizada para análisis de trazas), para preparar una disolución madre (es decir, una disolución con una concentración conocida de la que partimos para preparar diluciones de concentraciones menores). La concentración de la disolución madre era de 5 mg/ml y de ésta se obtenían por dilución 1:25 diluciones de trabajo.

Para los demás elementos, se trabajaba con las disoluciones madre mediante adición estándar (muy similar a la regresión lineal, una representación gráfica de dos variables para dar una recta de calibración y comprobar qué muestras son representativas o no, error, desviación estándar, etc), siendo representada la Absorbancia frente a la concentración. Los elementos Boro y Silicio no se contaron en el análisis porque eran componentes del vidrio de los frascos.

En total se analizaron unas 300 muestras contando con el KCN de tres productores mundiales, muestras del laboratorio de investigación y un frasco de control de calidad (CQ) + un control de producto (CPC) en la planta de fabricación. A pesar de que los primeros resultados no fueron muy representativos por estar expresados en mg/ml, se pudo concluir que el KCN era nacional, americano. Para las muestras de los frascos no se empleó dilución por lo que el resultado en Ca, Fe y Mg era superior a los de la muestra de fabricación.

Por esta razón, para tener unos resultados sólidos y científicos que ningún tribunal pudiera echar para atrás, se modificó el sistema de análisis utilizando una destilación en en sistema cerrado:

Se recoge el destilado en solución básica, se analiza por espectrofotometría (técnica que se basa en la medida de la absorbancia (A) de la radiación Electromagnética, que se absorbe en el UV, correspondiente a la sustancia) con Cloramina-T y ácido barbitúrico en piridina (el mismo procedimiento que en el screnning).

Con esta técnica mejorada, en la que se obtuvo el espectro (representación gráfica de la magnitud de la Absorbancia en función de la longitud de onda), se pudo expresar la cantidad de KCN en µg/ml) y determinar con una probabilidad superior al 95% que todo el KCN usado en todas las pastillas partían de la misma muestra de cianuro potásico puro.

Localizado el lote y el distribuidor, «sólo» quedó comprobar los listados de inventario y de pedidos de la empresa.

Unos meses más tarde, se dio con el culpable: un empleado que iba a ser despedido por esas fechas y adulteró las pastillas para perjudicar a la empresa.

El caso fue tan publicitado, diseccionado y explotado en los medios que, tristemente, causó un aumento inusitado de incidentes semejantes como ácido clorhídrico en colirios, fluoruro de sodio en Coca-Cola,…

Uhm, cómo si no los pudieran pillar con el uso del análisis de trazas…

Puede que ahora nos parezca simple, un caso sin grandes implicaciones científicas, pero supuso un verdadero reto. No hacen falta grandes elucubraciones, procesos o reacciones complejas; sólo trabajo y perseverancia. Tanto los grandes trabajos como las pequeñas modificaciones en un proceso pueden suponer un gran avance y es necesario que lo tengamos en cuenta, sea cual sea nuestro campo de acción.

Nos leemos pronto 🙂

3 comentarios

Publicado en química, química analítica

Etiquetado Absorbancia, adición estándar, calibrado, cianuro, espectrofotometría, tylenol

Por San Patricio… una caña

Publicado el 17 marzo, 2014 por BlackberryReina | 3 comentarios

Hoy es el día de San Patricio, patrón de Irlanda, un día en el que lo que más se hace para celebrarlo es tomar cerveza alrededor de todo el mundo. Por estos lares, lo celebraré escribiendo sobre esa bebida que es compañera del hombre desde tiempos lejanos.

(homenaje de Salamanca a Irlanda)

Repaso histórico

Es más, la elaboración de la cerveza data del Neolítico (en concreto, en la Península, está datada entre el 5650-5450 a.C), cuando los seres humanos nos volvimos sedentarios y empezamos a domesticar animales, transformar el medio natural y a cultivar. Esta datación se pudo realizar por trazas de levaduras y almidones malteados encontrados en restos de cerámicas campaniformes de la Edad de Cobre. Y se supone que, como ocurre con muchas «genialidades» y «avances» por accidente; alguno de nuestros antecesores mezclaría cereales triturados con agua y los dejaría en una vasija, favoreciendo el proceso espontáneo de la fermentación.

Desde ese momento, la cerveza o una bebida calórica muy similar, sería algo cotidiano entre germanos, escitas y celtas. De tal forma que las mujeres se encargaban de su elaboración diaria como ocurría con el pan. Sería siglos después cuando esa ocupación pasara a las abadías y se diera un paso más en su elaboración y distribución. Los monjes del siglo XI empezaron a suministrar sus excedentes de cerveza entre los necesitados, hasta que una «mente avispada» pensó que podrían venderla a quienes sí pudieran permitirse pagar por esa agradable bebida.

(imagen de micervezacasera.es)

Por esa época, aparecen los primeros escritos (gracias al trabajo de los escribas y monjes amanuenses) sobre su preparación y se hace mención al uso del lúpulo. A pesar de estar presente en todas las cervezas, su uso no se produce hasta que este cereal, procedente de una planta tibetana, es recomendado en un libro botánico muy especial. Y digo que es especial porque lo escribió la abadesa Hidelgarda de Bingen (Alemania), una mujer culta y muy peculiar que revolucionó al clero de su época y a quién descubrí en una novela basada en su historia («La mujer de las nueve lunas» de Carmen Torres Ripa).

Hidelgarda, a los sesenta años, se propuso hacer un libro sobre botánica en el que decía que el lúpulo combatía algunas enfermedades, presentes en las bebidas, gracias a su amargor y permitía, además, que esas bebidas se conservaran más tiempo. Más de un abad decidió introducirlo en su receta, hasta que su presencia se hizo imprescindible y se eliminó el grut (una mezcla de hierbas aromatizantes empleadas hasta ese momento).

Podríamos pensar que su origen lejano encarecería la bebida pero no hacía falta desplazarse hasta el Tibet, en la región de Bohemia se daban las características de clima y terrenos excelentes para su cultivo. La calidad de sus plantas era tal que Wenceslao I de Bohemia (siglo XIII) estableció pena de muerte para cualquiera que osara comerciar con ella ya fuera vendiendo sus esquejes o intentando cultivarla en otro país.

En el siglo XIV, se dictó el primer decreto sobre la elaboración cervecera para impedir fraudes y/o alteraciones en la bebida antes de llegar al consumidor. Este decreto se debe al Duque Jan Primus de Bélgica conocido como el Rey Gambrinus o Rey de la Cerveza. (Seguro que el nombre de Gambrinus os suena muchísimo, ¿no?).

Un siglo después, en el XV, se crean los primeros gremios cerveceros y, en un intento por propulsar su comercialización, se construyeron las primeras fábricas en Munich y Pilsen. Es en éstas en las que comienza la elaboración de cervezas de baja fermentación también conocidas como «lager». Sobre el 1516, se aprueba un documento para la regulación de la pureza de esa cerveza bábara: aparece el Reinheitsgebot y es el que rige como ley en todo el territorio alemán desde 1906. Uno de los requisitos que contempla es que la cerveza sólo se puede elaborar a partir de malta de cebada, lúpulo y agua.

¿Y en España quién la popularizó? Cómo no podía ser de otra forma, Carlos I de España y V de Alemania fue el monarca que trajo a su propio maestro cervecero de Flandes y ordenó la construcción de la primera fábrica para poder disfrutar de su bebida favorita.

Base científica

A pesar de su larga historia a nuestro lado, no fue hasta mediados del siglo XIX cuando Louis Pasteur descubrió el secreto de la fermentación, el metabolismo de la levadura y la pasteurización. Pasteur consiguió identificar la levadura de baja fermentación (lager) y demostró que era un ser vivo y no se originaba espontáneamente durante el proceso de fermentación como se creía.

La fermentación alcohólica es el proceso de elaboración tanto de la cerveza como del vino, otra bebida que nos acompaña desde hace siglos; mientras que otras bebidas se obtienen por destilación, un proceso de separación líquida basada en los distintos componentes volátiles.

La fermentación es un proceso anaeróbico (en ausencia de oxígeno) realizado por las levaduras, mohos y algunas clases de bacterias, que producen cambios químicos en las sustancias orgánicas. De hecho, la fermentación tiene como función biológica proporcionar Energía anaeróbica a los citados microorganiscos unicelulares y, para ello, las moléculas de glucosa se disocian y producen dióxido de carbono, etanol y ATP (las que son consumidas por los microorganismos)

fermentacion2 proceso de fermentación alcohólica

Como vemos, en el proceso intervienen una serie de enzimas como la piruvato descarboxilasa y la alcohol deshidrogenasa (quedaos con ésta última en la mente)

Ingredientes de la cerveza

Ahora, siguiendo las indicaciones del Reinheitsgebot, vamos a desglosar sus elementos básicos:

1) Agua. Ésta debe ser algo dura (la dureza depende de la presencia de ciertos analitos como el Ca), aunque se puede tratar en función de la cerveza que se vaya a preparar.

2) Malta, grano de cereal modificado. Su objetivo es que las enzimas actúen y transformen el almidón en azúcares fermentables. Suele ser malta de cebada la más utilizada.

3) Lúpulo, de la que se emplean sólo las flores femeninas ya que son las que contienen las resinas y los aceites que aportan el sabor amargo y el aroma. Sirve para reducir la proliferación de bacterias durante la fermentación y proporciona propiedades diuréticas.

4) Levadura. La componen microorganismos unicelulares que se alimentan de los azúcares, la maltosa, produciendo alcohol y ácido carbónico. También contribuyen al sabor de la cerveza y el carácter de ésta.

En función de cómo sea la levadura, las cervezas se clasifican de diferente forma.

a) Si es de alta fermentación, la cerveza se denomina «ale». La fermentación tiene lugar en caliente (entre 15-25º C) y se enfría a 4º C para que precipite sobre el fondo del tanque.

b) Si es de baja fermentación, se denomina «lager». Fermenta a una temperatura entre 7-15º C y la de maduración y precipitación es de 0º C. Su desarrollo se lo debemos a Louis Pasteur gracias a su trabajo para aislar los cultivos con refrigeración artificial.

c) Si es de fermentación espontánea, se denomina «lambic». Esta fermentación se produce a partir de cepas salvajes de levaduras presentes en el aire y, por tanto, la que se considera más antigua: reponsable de aquel «accidente» neolítico. Sólo deben contener un 30% de trigo sin maltear y se sirven a una temperatura entre 2º C y 4º C.

Sí, hemos nombrado al trigo y es que, a pesar de lo que dijimos para el territorio alemán, la cerveza admite ciertos ingredientes adjuntos como:

1) cereales como cebada y trigo (ambos sin maltear), arroz, maíz, avena, sorjo o centeno. Sirve para suavizar el sabor y que la espuma se retenga más tiempo..

2) azúcar, jarabe de glucosa o caramelo para aumentar el contenido alcohólico de la bebida y se evita la producción de un exceso proteínico que la enturbie.

3) especias y plantas aromáticas que se añaden durante la cocción o un macerado de frutas que se añadiría durante la fermentación.

Siglas que todo cervecero debe conocer

Y ahora, para terminar con la parte didáctica, haré un repaso a las siglas internacionales que describen a las distintas cervezas.

ABV (alcohol en volumen): Se establece por una relación entre la densidad original, cuando el mosto está estable a 20ºC, y la densidad final, cuando se termina el proceso de fermentación. La diferencia entre ellos, dividida entre la densidad del alcohol (0’79 g/mol) o multiplicada por 1.25

IBU (International Bitter Unit): indica el grado de amargor de la cerveza. A mayor IBU, mayor amargor. Aunque, realmente, un IBU equivale a un miligramo de isoalfaácidos (derivados del lúpulo).

Eso sí, que una cerveza pueda tener 10 IBU y otra 100 IBU, la segunda no tiene por qué dejar un sabor amargo y desagradable en nuestra garganta, ¿por qué? porque el secreto de todo buen cervecero es equilibrar las notas dulces y amargas de la cerveza para impedirlo.

Si dividimos el IBU entre la densidad original y obtenemos un número próximo a cero, significa que la cerveza es maltosa. Si ese número es igual a 1 o similar, la cerveza será lupulada.

SMR (Standar Reference Method): se refiere al color de la cerveza, mejor dicho, a la intensidad del color. También hay fórmula para conseguirlo y para su conversión a FBC (European Brewery Convertion), puesto que en Europa tenemos nuestra propia escala de colores. Normalmente, FBC es similar al doble del SMR

Determinación de Etanol en el laboratorio

Unos párrafos arriba os dije que os quedaseis con el nombre «alcohol deshidrogenasa» por una razón:

Vamos a ver cómo se puede determinar el contenido en Etanol de la cerveza mediante un sistema analítico automatizado como es el FIA o Análisis en Inyección de Flujo:

Este sistema se engloba dentro de las técnicas de Análisis en Flujo Continuo (CFA), basadas en la obtención y determinación de las especies analíticas en el seno de una corriente líquida. Pero las técnicas FIA presentan una serie de rasgos que las diferencian de otras técnicas automáticas continuas y que las lleva a ser consideradas como un método cinético de análisis a tiempo prefijado. Estos rasgos son:

que el flujo no está segmentado por burbujas de aire
que las disoluciones patrones o muestras son inyectadas directamente en el flujo
que la disolución inyectada mientras es transportada al detector puede sufrir en el camino procesos químico-físicos adicionales a los asociados al transporte
que proporciona una señal transitoria que se puede registrar y será la medida
que en el momento de la detección, el volumen de la muestra puede no haber alcanzado el equilibrio físico ni químico. Eso sí, con el control de las condiciones o características químicas, geométricas e hidrodinámicas del sistema se proporciona el mismo tiempo de operación para cada inyección, obteniéndose señales reproducibles.

Además, su velocidad de análisis es superior a la de los métodos en discontínuo y a los de flujo segmentado y, aunque su sensibilidad puede ser algo inferior, la precisión en sus señales viene dada por la reproducibilidad posible de todas las variables hidrodinámidas, geométricas y químicas.

Una representación del montaje sería:

(imagen de scielo.cl)

Consta de un sistema de propulsión (C) cuya función es proporcionar un flujo de caudal lo más constante posible para cada uno de los canales que confluyen antes de llegar al detector (A con agua destilada y B con disolución tampón, enzima y coenzima) y, generalmente, se usan bombas peristáticas que generan pulsiones pequeñas con sus rodillos.

También tiene un sistema de inyección (D) que permite insertar en el flujo un volumen conocido de la disolución patrón o muestra con una gran reproducibilidad y, sobre todo, sin interrumpir el flujo de la corriente portadora

posición de las válvulas en carga e inyección

A esto le sigue un sistema de transporte y reacción que son tubos de teflón de 0.5 mm de diámetro interno (E) unidos por conectores normalizados lineales y en T. Parte del tubo esta enroscado helicoidalmente (F) para trabajar en régimen laminar, con caudales pequeños

Y el sistema termina en un sistema de detección y registro formado por el Detector (G) que es un espectrofotómetro UV/Visible que dispone de una élula de flujo a través de la que pasa la corriente y se mide la señal analítica. Y terminamos en el registro denominado Fiagrama (frente al tiempo) en el que obtenemos un registro de picos de los que nos interesa su altura puesto que está relacionada con la concentración de analito en la muestra.

Para su realización, nos centramos en la reacción selectiva que tiene lugar entre la coenzima NAD y el Etanol, que es unas reacción de cinética lenta y catalizada por la ADH (alcohol deshidrogenasa)

La reacción tiene lugar en presencia de semicarbamida (emplearemos cloruro de semicarbamida, 2,09 g en 250 ml de disolución tampón) porque desplaza la reacción a la derecha. ¿Por qué? Porque el acetaldehído tiene tendencia a unirse con ella para dar la semicarbazona correspondiente.

El pH óptimo para la reacción (dado por la actividad enzimática) es de 8.7 y para fijarlo empleamos el tampón de pirofosfato sódico (8, 36 g en los 250ml). Es importante mantenerlo para que las enzimas no se desnaturalicen.

Otros compuestos que empleamos en la preparación de los 250 ml de tampón (con agitación constante) fueron:

NaCl (2,21 g) para ajustar la fuerza iónica
glicina (o,39 g) como estabilizante
sulfato amónico (1 g) para ajustar junto con el cloruro sódico la fuerza iónica.

El pH de esta disolución tampón suele estar sobre 6,30, por lo que se añade NaOH con una pipeta Pasteur hasta ajustarlo.

A esta disolución, por último, se le añadirán la NADH (0,08g) y la ADH (0,1g) para conseguir la disolución de reactivo en (B)

Para realizar la experiencia, se preparan los patrones de etanol. Partiendo de una disolución madre (desgasificada) de 5:1000 ml de etanol de referencia certificado, se preparan patrones entre 1/100 ( 2,oo mg/l) y 15/200 (30,01 mg/l).

Con estos obtenemos una recta de calibrado por regresión lineal, empleando un caudal de 1 ml/min en el sistema FIA e inyectando 1,43 µl de los patrones.

recta de calibrado

Posteriormente, se preparan tres muestras de nuestra cerveza (desgasificándola con ultrasonidos) y pasamos a inyectarlas en el FIA.

Para todas las disoluciones se hacen dos medidas de Absorbancia frente al tiempo y, después, se representan frente a la concentración. Con la ecuación de la recta de calibrado, obtenemos los mg/l de Etanol y con ese dato, podemos obtener el volumen (%) de Etanol con un error entre ±0.2 y ±0.4

Es una técnica muy precisa, de hecho, las facultades que más nos aproximamos al % de EtOH en el curso interuniversitario por el que esta experiencia fue incluida en nuestras prácticas de Química Analítica, Nutrición y Bromatología, fueron aquellas que empleamos el uso de enzima, coenzima y la determinación por este sistema.

Fin de entrada, gracias por la lectura y la paciencia. Ahora… a brindar por San Patricio