Análisis Dumas rápido y preciso, incluso con muestras de pequeño tamaño

Determinación de las proteínas con un coste bajo por muestra mediante el método Dumas con un tamaño de muestra de 100 mg

Antecedentes y principio

A pesar de que el método Kjeldahl sigue siendo la referencia para determinar las proteínas, Dumas ha ido ganando terreno en el caso de aquellos laboratorios atareados que quieren impulsar el rendimiento y la eficiencia del laboratorio.

El principio general del método Dumas es que se trata de un método de combustión que determina el contenido total de nitrógeno en una matriz orgánica. La muestra se combustiona a alta temperatura en una atmósfera de oxígeno puro. Al realizar una reducción eficiente, los óxidos de nitrógeno generados por la combustión se convierten cuantitativamente en N₂ . El resto de los productos volátiles de la combustión, como el agua, el sulfuro y el dióxido de carbono, se aíslan o separan. Los resultados se indican en forma de porcentaje de nitrógeno o porcentaje de proteína, convirtiendo el nitrógeno en proteína mediante el uso de factores de conversión.

Macroanálisis tradicional

Con algunas soluciones Dumas, el principio de trabajo se basa en el análisis de macromuestras, en el que se pesan y combustionan hasta 5 gramos de muestra. Sin embargo, tras la combustión no se analiza todo el gas resultante.

Se implementa un diseño especial para dividir en partes alícuotas de 1 o 5 ml del gas resultante en un volumen de reactancia para su purificación y análisis posterior. Evidentemente, esto hace albergar dudas sobre si todo el gas resultante está homogeneizado y la parte alícuota de 1 o 5 ml del gas resultante de la reactancia de 5 l es representativa.

De igual modo, el factor de la incertidumbre socava las ventajas que normalmente se asociarían a un mayor tamaño de las muestras, es decir, la preparación de las muestras es menos crítica.

Los desarrollos de la tecnología reducen el tamaño de las muestras

El perfeccionamiento de los desarrollos de la tecnología de la automatización han permitido utilizar mucha menos cantidad de muestra. Esto se debe a un método innovador en el que todo el gas resultante se mide entre micro y macromuestras.

Un ejemplo de dicha solución es el Analizador de nitrógeno FOSS Dumatec™ 8000.

El principio de funcionamiento del Dumatec 8000 se basa en el método Dumas, que consiste en la combustión rápida de la muestra en una atmósfera de oxígeno puro, seguida de un análisis de la totalidad del nitrógeno resultante en los gases de combustión. Un detector de conductividad térmica (DCT) registra el nitrógeno, lo que provoca una señal que corresponde a la cantidad de nitrógeno (N₂ ) en la muestra combustionada.

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La fig. 1 ilustra el principio de funcionamiento del Dumatec. Las matrices de muestras se cargan desde el muestreador automático en el reactor de combustión (RC) y a continuación se combustionan en óxidos mediante oxígeno a alta temperatura en presencia de catalizadores. Todo el óxido nítrico resultante se reduce después a nitrógeno utilizando cobre. Se separan y se eliminan del todo el agua, el dióxido de carbono y otros subproductos, mediante tres colectores de agua altamente efectivos y un carrusel adsorbente de CO₂ patentado, antes de que el detector de conductividad térmica (DCT) analice el nitrógeno. A continuación, se calcula el contenido en proteínas de la muestra a partir del contenido en nitrógeno, multiplicando el factor proteico. Una característica clave de este diseño innovador es que se analiza todo el gas resultante de la combustión.

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Rápida obtención de resultados con menor consumo de gas

Puesto que se detecta todo el gas, se puede utilizar una muestra de menor tamaño (consulte los resultados del test de anillo a continuación). Esto supone una amortización obvia para los laboratorios, ya que reducen el consumo de gas.

Con el sistema Dumatec 8000, el dióxido de carbono se separa del gas en los tubos del adsorbente de dióxido de carbono (F4, figura 1). Los tubos del adsorbente de dióxido de carbono se regeneran en el horno de desgasificación. Hay seis tubos llenos de dióxido de carbono adsorbente montados en un carrusel patentado.

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Las operaciones de adsorción y desorción tienen lugar de forma simultánea. Mientras que un tubo siempre está en línea con el circuito analítico y adsorbe todo el dióxido de carbono del análisis de la muestra actual, el resto de los tubos están en el horno de desgasificación desorbiendo el dióxido de carbono atrapado a la atmósfera. Este proceso patentado reduce drásticamente el tiempo de análisis total.

Cumplimiento de los estándares

El principio de funcionamiento del Dumatec cumple los estándares y las homologaciones Dumas, lo cual permite la aplicación del Dumatec 8000 en laboratorios para realizar el análisis de referencia Dumas directo, además de la recogida de datos para la calibración de métodos indirectos tales como el NIR o el FITR. Además de esto, gracias a su tecnología de vanguardia, el Dumatec 8000 tiene la ventaja de un análisis de tres a cinco minutos por muestra, que es en estos momentos el parámetro de referencia del análisis Dumas.

El rendimiento frente a los resultados de los laboratorios de referencia

Los estudios han demostrado que el tamaño pequeño de las muestras tiene un efecto insignificante en la precisión y la repetibilidad de los resultados. Uno de esos estudios es la repetibilidad y la precisión del contenido en proteínas de la harina de trigo realizado por FOSS a modo de comparación con el test de anillo anual de la Red de Cereal Mundial (WGN, por sus siglas en inglés) de FOSS.

En el test de anillo de la WGN participan más de 30 laboratorios de referencia internacionales y sirve para rastrear el rendimiento de la calibración de la red neuronal artificial (ANN) para el conocido analizador de grano por infrarrojo cercano (NIR) Infratec™ frente a las pruebas de referencia. Abarca los resultados del análisis de referencia para los modelos de predicción NIR locales, que se utilizan en estos momentos en distintas redes de cereal y en el modelo de predicción ANN de FOSS WB003034 para la determinación simultánea de proteína y humedad en núcleos enteros de trigo y cebada.

Estudio del Dumatec 8000

Para investigar el rendimiento del Dumatec 8000, se midió el tipo de muestra Trigo W3 WGN2013 durante 30 días laborables consecutivos para tres cantidades distintas de muestra: 100 mg, 200 mg y 300 mg utilizando el Dumatec 8000. En las pruebas rutinarias diarias, cada cantidad de la muestra incluyó tres duplicados. Se calculó la media del resultado en materia seca (MS) para cada día.

Al cabo de 30 días, los resultados del contenido medio de proteínas (MS) obtenidos a tres niveles distintos (100-300 mg) fueron en todos los casos del 10,80 %. En comparación, la media de la prueba de referencia de la proteína fue del 10,80 % con una desviación estándar de 0,12 % entre laboratorios.

En la Fig. 1 se presenta la tendencia de los datos como valores medios diarios de las mediciones de la cantidad de la muestra en tres niveles. Además, se concluyó lo siguiente.

Las fluctuaciones de los resultados de proteína de los pesos de las micromuestras (100, 200 mg) son ligeramente mayores que los pesos de las macromuestras (300 mg). Sin embargo, la diferencia es pequeña. Cuando se compara la desviación estándar para cada criterio de cantidad de la muestra, la diferencia es prácticamente insignificante.
El valor medio de las mediciones es exactamente el mismo en cada muestra por nivel de cantidad. La media del contenido en proteína es de 10,80 %. En comparación con los datos de referencia de los resultados de la WGN, el valor es también el mismo que el valor medio de todos los laboratorios: 10,80 %. Por lo tanto, en apariencia, la cantidad de la muestra no tiene un efecto en el análisis de las proteínas.

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En la figura 2 se ilustra la desviación estándar de todas las series basada en los niveles de peso de la muestra. Esto también respalda la asunción previa de que la diferencia de la desviación estándar entre cantidades de muestra es muy pequeña, del orden de 0,029 % (100 mg) a 0,025 % (300 mg).

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Tal y como se muestra en la figura 2, la desviación estándar muestra un buen rendimiento en un rango bajo. Sin embargo, al reducir la cantidad de la muestra, la desviación estándar se incrementa ligeramente y pasa de 0,025 % a 0,029 %. Así y todo, sigue siendo uniforme. En consecuencia, se pueden aplicar muestras con pesos menores al mismo tiempo que se mantiene el contenido constante en proteínas y una buena desviación estándar, en comparación con las cantidades de muestras más grandes.

En la tabla 1 se recogen los datos del contenido en proteínas de la WGN. El contenido medio en proteínas se calcula como el 10,80 % de materia seca con una desviación estándar. Todas las medias del contenido en proteínas W3 obtenidas en el estudio con tres niveles distintos de cantidades de la muestra tienen el mismo valor medio. Los resultados del estudio Dumatec para muestras de tamaño pequeño y grande son prácticamente los mismos que la prueba de la WGN, lo que demuestra que la diferencia entre los resultados obtenidos con distintas cantidades de la muestra es insignificante.

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Conclusión

El estudio realizado en comparación con el test de anillo de la Red de Cereal Mundial de FOSS pone de manifiesto que se pueden medir muestras de grano en pesos de micromuestras con una repetibilidad y precisión excelentes. Se pueden evitar los problemas relativos a los pesos de las muestras. De igual modo, las soluciones para la preparación efectiva de las muestras permiten analizar también tipos de muestras muy poco homogéneas, como la carne, en muestras pequeñas, por ejemplo, mediante el uso de molinos refrigerados por agua que evitan los posibles efectos de las fluctuaciones de la temperatura en la muestra.

La posibilidad de emplear una muestra de menor tamaño permite a los laboratorios rentabilizar el rápido análisis Dumas y obtener unas pruebas con alto rendimiento y bajos costes de explotación.

^{Enviado en el boletín informativo de la empresa FOSS, 22/01/202: Análisis Dumas rápido y preciso incluso con muestras de pequeño tamaño}

Análisis Dumas rápido y preciso, incluso con muestras de pequeño tamaño

E.S.E. & INTEC

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