¿Qué son los Analizadores de Carbono total (TOC)?

Gran parte de los sólidos en suspensión y de los sólidos filtrables de las aguas residuales de concentración media son de naturaleza orgánica. Los compuestos orgánicos están formados normalmente por combinaciones de carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en determinados casos, de nitrógeno. También pueden estar presentes otros elementos cono azufre, fósforo o hierro. Los principales grupos de sustancias orgánicas presentes en el agua residual son las proteínas (40-60%), hidratos de carbono (25-50%) y grasas y aceites ( 10%).

Es posible medir el contenido de materia orgánica en las aguas residuales, para determinar el tipo de tratamiento que requieren. Para aguas negras, que tienen una composición más o menos constante, se emplea la cantidad de carbono presente en las mismas, ya sea directamente, midiendo el carbono orgánico total, COT, o TOC en inglés, o indirectamente, midiendo la capacidad reductora del carbono existente en dichas aguas. Estas últimas son la Demanda Química de Oxígeno, DQO, y la Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO.

Estas técnicas permiten determinar la cantidad de materia orgánica presente en el agua contaminada.

La demanda de oxígeno de un agua residual es la cantidad de oxígeno que es consumido por las sustancias contaminantes que están en ese agua durante un cierto tiempo, ya sean sustancias contaminantes orgánicas o inorgánicas. Las técnicas basadas en el consumo de oxígeno son la demanda química de oxígeno, DQO, la demanda bioquímica del oxígeno (DBO) y el carbono orgánico total, COT o TOC.

La Demanda Química de Oxígeno, DQO, es la cantidad de oxígeno en mg/l consumido en la oxidación de las sustancias reductoras que están en el agua. Se emplean oxidantes químicos, como el dicromato potásico. El ensayo de la DQO se emplea para medir el contenido de materia orgánica tanto de las aguas naturales como de las residuales. En el ensayo, se emplea un agente químico fuertemente oxidante en medio ácido para la determinación del equivalente de oxígeno de la materia orgánica que puede oxidarse.

La Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO, es la cantidad de oxígeno en mg/l necesaria para descomponer la materia orgánica presente mediante acción de los microorganismos aerobios presentes en el agua. Normalmente se emplea la DBO 5 , que mide el oxígeno consumido por los microorganismos en cinco días. Resulta el parámetro de contaminación orgánica más ampliamente empleado. La determinación del mismo está relacionada con la medición del oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica.

Para medir el TOC o COT, Carbono Orgánico Total, se emplean aparatos que usan la oxidación en fase gaseosa. Se inyecta una cantidad conocida de muestra en un horno de alta temperatura. En presencia de un catalizador, el carbono orgánico se oxida a anhídrido carbónico, la producción de la cual se mide cuantitativamente con un analizador de infrarrojos.

La aireación y la acidificación de la muestra antes del análisis elimina los posibles errores debidos a la presencia de carbono inorgánico.

Si se conoce la presencia de compuestos orgánicos volátiles en la muestra, se suprime la aireación para evitar su separación.

El ensayo puede realizarse en muy poco tiempo, y su uso se está extendiendo muy rápidamente. No obstante, algunos compuestos orgánicos presentes pueden no oxidarse, lo cual conducirá a valores medidos del COT ligeramente inferiores a las cantidades realmente presentes en la muestra.

Hay dos métodos de medición de TOC. Uno es el método diferencial y el otro es el método directo.

En el método diferencial se mide tanto el Carbono total (TC) como el Carbono Inorgánico (CI) de forma separada y el Carbono Orgánico total (TOC) se calcula restando al TC el CI. Este método es útil en muestras en que el CI es menor al TOC o al menos de tamaño similar.

En el método directo el CI es removido de la muestra purgando la muestra acidificada con un gas purificador y después el TOC se determina midiendo el TC e igualándolo al TOC. Este método también se conoce como NPOC (Non-purgeable Organic Carbon) dado que el POC (Purgeable Organic Carbon) como el benceno, tolueno, ciclohexano o cloroformo puede ser removido de la muestra.

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La microencapsulación y sus procesos

La microencapsulación es considerada una forma de empacar, debido a que el material puede ser cubierto de manera individual para protegerlo del ambiente y agentes extraños. El material que es cubierto se refiere como fase interna y el material que lo recubre es llamado pared y generalmente no reacciona con el material a encapsular.

La microencapsulación envasa, separa y almacena materiales a escala microscópica para su posterior liberación. Dentro del término de microencapsulación, se incluyen las microcápsulas, las micropartículas, nanocápsulas y sustancias activas, entre algunas otras.

Existen numerosas técnicas para preparar microcápsulas aunque algunos autores clasifican a los métodos de encapsulación en: Físicos o mecánicos y químicos.

Como métodos químicos pueden citarse: coacervación compleja, polimerización interfacial, gelificación iónica, incompatibilidad polimérica y atrapamiento en liposomas

Entre los métodos físicos se encuentran: la encapsulación por lecho fluidificado y el secado por aspersión.

A continuación se describen brevemente cada uno de ellos.

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Fuente:

Alimentos Microencapsulados: Particularidades de los Procesos para la Microencapsulación de Alimentos para Larvas de Especies Acuícolas

Ruth Pedroza Islas

Universidad Iberoamericana

Departamento de Ingenierías (Tecnología de Alimentos)

Los procesos de centrifugado

Existen dos métodos de separación en centrifugación:

A.- Centrifugación diferencial.
B.- Centrifugación en gradiente de densidad.

Coeficiente de sedimentación (s)

La velocidad de sedimentación de una partícula depende del campo centrífugo aplicado. Es un parámetro útil para caracterizar una partícula y puede ser determinada en una ultracentrífuga.

Se define coeficiente de sedimentación (s) como la velocidad de sedimentación por unidad de fuerza centrífuga. Ésta depende de la masa y densidad de la partícula; de la densidad del medio y del coeficiente de fricción, que depende a su vez de la forma de la partícula. El coeficiente de sedimentación(s) es directamente proporcional a la masa de la partícula (m) e inversamente proporcional al coeficiente de fricción (f) de la misma.

S α m/f

La unidad se denomina Svedberg, (S)

1 S= 10-13 seg., en H2O a 20 ºC

La centrifugación diferencial

En este método, el tubo de centrífuga se llena con una mezcla uniforme problema. Tras la centrifugación se obtienen dos fracciones: un pellet que contiene el material sedimentado y un sobrenadante con el material no sedimentado. Es una técnica muy útil, sobre todo para aislamiento de células y orgánulos subcelulares. Es un tipo de separación logrado en base al tamaño de las partículas.

Esta técnica consiste en someter a una muestra heterogénea de partículas a fuerzas de centrifugación crecientes por períodos de tiempo crecientes. Los precipitados obtenidos luego de cada centrifugación estarán enriquecidos en una determinada partícula.

Para lograr la separación, los coeficientes de sedimentación de las partículas deben diferir en al menos un factor de tres (moléculas con s mayores precipitan primero).

La centrifugación en gradiente de densidad

El método de gradiente de densidad implica la utilización de un soporte fluido, cuya densidad aumenta desde la zona superior a la inferior. El gradiente se consigue con un soluto preferiblemente de baja masa molecular en un solvente en el que la muestra a analizar pueda ser suspendida. La muestra se sitúa en la parte superior del gradiente como una fina banda. La separación de los componentes de la muestra se presenta como diferentes bandas o zonas. Existen dos variaciones dentro de la centrifugación en gradiente de densidad:

Estas técnicas permiten la separación de partículas y moléculas que difieren en masa o densidad.

La centrifugación de equilibrio en gradiente o isopícnica

La centrifugación de equilibrio en gradiente separa las partículas con base en sus densidades diferentes. En esta técnica la muestra es disuelta en una solución isocrática y bajo la fuerza centrífuga el soluto forma el gradiente al distribuirse en el tubo durante la centrifugación, se denominan autoformados. La condición fundamental es que la densidad máxima del gradiente final debe siempre exceder a la densidad de las partículas. La centrifugación de equilibrio en gradiente permite que las especies sedimentantes se muevan por el gradiente hasta que alcanzan un punto donde su densidad y la del gradiente son idénticas, por lo cual también se le llama centrifugación isopícnica. En este punto no se producirá una sedimentación posterior debido a que flotan sobre un "colchón" de material que posee una densidad superior que la suya propia de tal manera que aunque se prolongue el tiempo de centrifugación, las partículas no van a ir al fondo del tubo. La densidad de la partícula en ese punto se conoce como “buoyant density”. Esta técnica se emplea para separar partículas similares en tamaño pero distintas en densidad. Esto es cierto para moléculas, tales como ácidos nucleícos, así como diferentes orgánulos celulares.

Se requieren las siguientes características en los solutos usados para formar el gradiente: bajo PM (de manera que el tiempo requerido para lograr el equilibrio sea corto), bajo grado de ionización, baja viscosidad y alta densidad, transparencia a la luz UV, y ser buen solvente para las moléculas que se intentan resolver. Frecuentemente se usa CsCl, el Cs+, por ser un ión compacto, sedimenta lentamente en los altos campos gravitacionales aplicados durante la centrifugación y se establece un gradiente con la mayor concentración en el fondo del tubo (el ión Cl- lo sigue de manera de mantener la neutralidad de las cargas). Por otro lado el Cs+ se une a los fosfatos del DNA y RNA y a los grupos OH- de las ribosas de manera que la densidad de las moléculas de RNA se incrementa más que la del DNA. La densidad aproximada en CsCl de proteínas es 1.3 g/ml; del DNA 1.6 - 1.7 g/ml y del RNA es 1.75 - 1.85 g/ml. Los gradientes de CsCl permiten separar moléculas cuyas densidades difieren en por lo menos 0.02 g/ml.

En los medios de separación suelen incluirse también Hg++ o Ag+, con el propósito de aumentar las diferencias entre las densidades de las moléculas (a pH neutro el Hg++ se une a T y A, y el ión Ag+ se une a G y C). El agregado de compuestos intercalantes como el bromuro de etidio permiten separar moléculas de DNA de distinta conformación aunque tengan la misma composición de bases.

Moléculas con una alta proporción de G y C poseen mayor densidad como consecuencia de los tres puentes H formados.

La siguiente ecuación relaciona el % de G+C con la densidad (?) de la molécula:

% (G+C)= [(?- 1.66)/0.098] 100

La centrifugación zonal

La muestra a analizar se deposita en la parte superior de un gradiente de densidad preformado. Bajo fuerza centrífuga las partículas comenzarán a sedimentar a través del gradiente, moviéndose cada partícula a diferentes velocidades dependiendo de su masa. La migración depende de: el tamaño y forma de las partículas, la fuerza centrífuga aplicada, y la densidad y viscosidad del medio. La propiedad física sobre la que se fundamenta la separación es la masa de las partículas, y no su densidad. A diferencia de lo que ocurre en la centrifugación isopícnica, la densidad máxima del gradiente no debe exceder la de las partículas a separar. Los gradientes de densidad impiden que las bandas de cada componente se ensanchen por efecto de corrientes convectivas y se mezclen durante la aceleración y desaceleración del rotor. Frecuentemente se usan con este propósito gradientes de sacarosa, más densos en el fondo que en la parte superior del tubo; otros medios usados con este fin son: glicerol, Ficoll, Percoll. En general se usan rotores de tipo swing-out. Las muestras son centrifugadas lo suficiente como para separar las moléculas de interés; si la centrifugación se prolonga en el tiempo las partículas se recuperan en el pellet, como se muestra en el siguiente gráfico:

Diagrama de representación de la velocidad de la centrifugación zonal e isopicnica
ρ1: Densidad boyante de partículas de menos densidad
ρ2: Densidad boyante de partículas de más densidad

Con la finalidad de obtener separaciones adecuadas de los componentes de las mezclas es necesario que la velocidad y el tiempo de centrifugado sea el adecuado para lo cual el equipo en el cual se llevará a cabo el proceso deberá estar debidamente calibrado, en cuanto a revoluciones por minuto y a tiempo de centrifugado, para lo cual Instrumentos Científicos y de Laboratorio (ICLAB), cuenta con personal calificado para verificar y calibrar este tipo de equipos

Instrumentos Científicos y de Laboratorio S. A. de C. V., (ICLAB), es una empresa con la misión de proporcionar servicios de calibración y calificación de la más alta calidad a equipos e instrumentos, cumpliendo con los requerimientos de normas y recomendaciones nacionales e internacionales.

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