integrante

Luis Rafael González ReyesDayana Marcela Leiva

Presentado a:José Luis García Hurtado

Ingeniería de alimentos Universidad de Cartagena 30 septiembre2010

Introducción a la espectroscopia¿QUÉ ES UN ESPECTRO?Los espectros son una serie de colores -violeta, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo, por orden- que se producen al dividir una luz compuesta con una luz blanca en sus colores constituyentes. Por ejemplo, el arco iris es un espectro natural producido por fenómenos meteorológicos. los científicos descubrieron que más allá de los extremos violeta y rojo del espectro había unas radiaciones que se denominaron ultravioleta e infrarroja.

• Los aparatos empleados para analizar los espectros son:

espectroscopios, espectrógrafos y espectrofotómetros, según sean para observar visualmente el espectro, registrarlo fotográficamente o para medir la intensidad de sus diferentes partes.

LA ESPECTROSCOPIALa ciencia que estudia los espectros en la física y la física química es la espectroscopia. Esta ciencia se basa en que cada elemento químico tiene su espectro característico.Además es utilizada para poder determinar la composición cualitativa y cuantitativa de un cuerpo en particular. Sirve por ejemplo a los físicos para decir de que está compuesta una estrella o cuerpo celeste en particular sin necesidad de ir hasta él y tomar muestras ó a los químicos para analizar una muestra de material desconocido.

análisis espectrales consisten específicamente en el estudio de una luz previamente descompuesta en radiaciones monocromáticas mediante un prisma o una red de difracción.El análisis espectral centra sus aplicaciones en dos campos principalmente:

•Análisis químico: Puesto que el espectro de un elemento determinado es absolutamente característico de ese elemento, el análisis espectral permite estudiar o identificar la composición y la estructura de las moléculas.

•Aplicaciones astrofísicas: La distancia a la que puede situarse un espectroscopio de la fuente de luz es ilimitada, lo que permite que el estudio espectroscópico de la luz de las estrellas permita un análisis preciso de su estructura, especialmente en el caso del Sol. De hecho el helio fue descubierto antes en el Sol que en la Tierra. Además permite medir con cierta precisión la velocidad relativa de cualquier fuente de radiación.

Debido a la gran diversidad de muestras y los diferentes estados en los que se encuentran; existen divisiones o especialidades dentro de la misma:•Espectroscopia UV-visible•Espectroscopia IR y Raman•Espectroscopia de luminiscencia molecular•Espectroscopia de resonancia magnética nuclear•Principios de espectroscopia atómica•Espectroscopia de absorción atómica•Espectroscopia de emisión atómica•Espectroscopia de rayos X

La espectroscopia ultravioleta-visible o espectrofotometría ultravioleta-visible: la Espectroscopia de Absorción Molecular en las regiones Ultravioleta y Visible sólo alcanzó desarrollo a partir de los años 30 del siglo XX. El desarrollo de sistemas de detección fotoeléctrica permitió en los años 40 la sustitución de los equipos de detección fotográfica, poco eficientes, y la generalización de esta técnica espectroscópica. Utiliza radiación electromagnética (luz) de las regiones visible, ultravioleta cercana (UV) e infrarroja cercana (NIR) del espectro electromagnético. La radiación absorbida por las moléculas desde esta región del espectro provoca transiciones electrónicas que pueden ser cuantificadas.

La espectroscopia UV-visible se utiliza para identificar algunos grupos funcionales de moléculas, y además, para determinar el contenido y fuerza de una sustancia.Se utiliza de manera general en la determinación cuantitativa de los componentes de soluciones de iones de metales de transición y compuestos orgánicos altamente conjugados.Se utiliza extensivamente en laboratorios de química y bioquímica para determinar pequeñas cantidades de cierta sustancia, como las trazas de metales en aleaciones o la concentración de cierto medicamento que puede llegar a ciertas partes del cuerpo.

El principio de la espectroscopia ultravioleta-visible involucra la absorción de radiación ultravioleta – visible por una molécula, causando la promoción de un electrón de un estado basal a un estado excitado, liberándose el exceso de energía en forma de calor. La longitud de onda (λ) comprende entre 190 y 800 nm. La luz visible o UV es absorbida por los electrones de valencia, éstos son promovidos a estados excitados (de energía mayor). Al absorber radiación electromagnética de una frecuencia correcta, ocurre una transición desde uno de estos orbitales a un orbital vacío. Las diferencias entre energías varían entre los diversos orbitales. Algunos enlaces, como los dobles, provocan coloración en las moléculas ya que absorben energía en el visible así como en el UV, como es el caso del β-caroteno.

El espectrofotómetro ultravioleta-visibleEl espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia.

Este instrumento tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática a través de una muestra y medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra. Esto le permite al operador realizar dos funciones:•1. Dar información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra•2. Indicar indirectamente qué cantidad de la sustancia que nos interesa está presente en la muestra

Espectrofotómetro Cubetas de espectrofotometría.

Espectroscopia ultravioleta-visible y métodos de reconocimiento de patrones

para la diferenciación y clasificación de los vinos

• a Departamento de Química Analítica de la Universidad de Cordoba, Campus de Rabanales, en el Edificio Anexo Marie Curie, E-14071 Cordoba, España

• b LIEC, agroalimentario y R&D Laboratorio, E-13200 Manzanares, España

• c NIR/MIR Unidad de Espectroscopia Servicio Central de Apoyo a la Investigación (SCAI, Universidad de Cordoba, Campus de Rabanales,Edificio Ramo'ny Cajal, E-14071 cordoba , España.

• d Departamento de Informática y Análisis Numérico de la Universidad de Cordoba, Campus de Rabanales, Albert Einstein construcción, E-14071 cordoba, España.

Recibido 06 de septiembre 2004, recibido en forma revisada 06 de abril 2005, aceptado 02 de mayo 2005.

ResumenLa viabilidad de desarrollar un modelo cualitativo basado en la instrumentación sencilla y barata para diferenciar y clasificar los vinos del apellation d’ origine “La Mancha” (España) los cuales se han estudiado. Los criterios para la discriminación fueron origen, la variedad de uva y proceso de envejecimiento. La espectroscopia UV visible fue utilizada para la elaboración de una estrategia de clasificación de bajo costo y simple.

Es la primera vez que se ha utilizado la región ultra violeta, para la discriminación de los tipos de vinos. Esta región es de gran importancia para la diferenciación de los vinos de acuerdo con el Origen y el proceso de envejecimiento.©2005 Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.•Palabras clave: Espectroscopia ultravioleta-visible, la clasificación del vino, los métodos de reconocimiento de patrones.

Objetivo:El objetivo de este trabajo fue estudiar el uso tanto de la luz ultravioleta y visible en las zonas a fin de obtener el espectro de clasificación de los vinos sobre la base de criterios como proceso de envejecimiento y el origen; los cuales han sido estudiados

El enfoque aquí presentado tiene como objetivo estudiar la viabilidad de la elaboración de modelos económicos y simple - sólo con la luz ultravioleta y las zonas visibles - para la diferenciación y clasificación de los vinos sin la ayuda de personal especializado.

Materiales y métodos:Las muestras: Diferentes muestras vinos blancos y tintos, vinos jóvenes y ancianos; vinos de diferentes zonas dentro de “La Mancha'' de origen (“ Quintanar de la Orden '', “Fuente de Pedro Naharro'', “Mota del Cuervo'', “Corral de Almaguer” y “Villacañas'') y las variedades de uva (“Cencibel'' y “Cabernet Sauvignon”) las cuales se utilizaron en el estudio.

El instrumento utilizado para la recogida de espectros era un Agilent 8453E UV-vis sistema de espectroscopia (Agilent Technologies, Waldbronn, Alemania). Los espectros se obtuvieron utilizando la UV-VIS Chem Estación Rev. A.06.03 (Hewlett-Packard, EE.UU.)

Aparato y procedimiento

Quimio métricas software utilizado para el procesamiento de datos y técnicas estadísticas empleadas

• El Unscrambler 7.5 (Camo Process AS, Oslo, Noruega) fue utilizado para el procesamiento de datos. PCA y SIMCA (Esbensen, 2002; Vandeginsten et al, 1998;. Wold, 1976)

Análisis de componentes principales (PCA)

Los Análisis de componentes principales han sido ampliamente utilizados para la visualización de las tendencias ocultas en los datos. En este trabajo, los objetos eran los espectros de la muestra y las variables fueron las longitudes de onda. Esto también puede ser visto como un espacio dimensional, en el que cada longitud de onda define una dimensión.

Suave modelado independiente de la analogía de clase

(SIMCA)• SIMCA, es una técnica de reconocimiento de patrones

supervisado en contraste con el PCA no supervisado, se considera un enfoque clave quimio métrica para la clasificación.

• La elección de la técnica SIMCA a diferencia de otras técnicas de supervisión de reconocimiento de patrones se basa en las propiedades que proporciona métodos más versátiles que las obtenidas mediante técnicas de discriminante. La clasificación de una muestra en una o varias clases, es posible con el SIMCA, mientras que las técnicas sólo permite discriminante para clasificar una muestra en una clase única.

Resultados y discusiónVisualizar las tendencias o grupos en los vinos blancos:1.Modelo para la clasificación de los vinos blancos

de acuerdo al lugar de origen de la uva.•El primer criterio fue diferenciar los vinos de diferentes zonas dentro de la misma apellation d'origine, a saber:•‘Quintanar de la Orden'(identificados por A), ‘Fuente de Pedro Naharro'(B), ‘Mota del Cuervo'(C) y ‘Corral de Almaguer’ (D).

figura(1) Datos del espectro original

Figura (2) La primera derivada de los datos.

Figura (3) para las clases A y B,

Figura (4) para las clases B y C.

Por lo tanto, dos conclusiones pueden obtenerse de este análisis exploratorio. La primera es que hay diferencias entre la proporción de estas familias entre diferentes zonas dentro de un apellation d’ origen. El segundo es que esta discriminación no puede ser visual porque las diferencias llevan en la región ultravioleta.

La discriminación en los valores de las clases B-C fueron menores que los correspondientes a las clases A-B. Este hecho explica que las clases B y C estaban cerca, en comparación con la distancia de A.

Modelo para la clasificación de los vinos tintos según las variedades de uvas

El criterio utilizado para diferenciar los vinos tintos es la variedad de uva utilizada para la obtención de los dos grupos de vino. Las variedades empleadas fueron ‘Cabernet Sauvignon' (S) y el rojo vino de uva ‘Cencibel’(T).

Figura (5) PCA para los vinos tintos de acuerdo a la variedad de uva

antocianos.

La dispersión de datos más grandes, como se muestra en el PCA.

Modelo para la clasificación de los vinos tintos de acuerdo con el proceso de envejecimiento. dos grupos de vino fueron tomados con el fin de modelar las clases, a saber: la clase Y, vinos sin edad, y la clase Z, vinos de crianza.

figura (6) PCA para los vinos tintos de acuerdo con el proceso de envejecimiento.

Compuestos fenólicos

conclusiones• Diferenciación y clasificación de los vinos con

diferentes criterios se han logrado en el enfoque presentado en este trabajo, utilizando la instrumentación sencilla y barata.

• Otra ventaja del modelo es el tiempo requerido para el análisis - cerca de 10 minutos fueron suficientes para la clasificación en una clase determinada.

• La región ultravioleta se ha utilizado por primera vez para la diferenciación de los vinos. Esta región es la clave para la discriminación de los vinos de acuerdo a la zona dentro de la misma apellation d’ origine.

Agradecimientos

La Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT), dio las gracias a la ayuda financiera (Proyecto AGL2000-0321-P4-03).Referencias•Baxter, J. M., Crews, M. E., Dennis, J., Goodall, I., & Anderson, D. (1997). The determination of the authenticity of wine from its trace elements composition. Food Chemistry, 60, 443–450.

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