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QUÍMICA ANALÍTICA

Reconocimiento inmediato

Un dispositivo portátil utiliza la radiación infrarroja para certificar la calidad de alimentos, polímeros, fármacos y tejidos

Uso del dispositivo para determinar el dulzor y la calidad en manzanas

LÉO RAMOSUso del dispositivo para determinar el dulzor y la calidad en manzanasLÉO RAMOS

En un futuro cercano, cuando alguien decida adquirir una camisa confeccionada con 100% de algodón y dude de que la pieza que ofrece la tienda esté elaborada con ese material, podrá sacar un aparato del bolsillo, apuntar hacia el tejido y leer en el visor si se trata efectivamente de lo que se indica en la etiqueta. La realidad es que ese aparato portátil podría hallarse dentro de algunos años a disposición de los consumidores, policías e inspectores de calidad, por ejemplo. El precursor de ese dispositivo es el espectrofotómetro portátil MicroNIR 1700, un instrumento compacto que opera en la longitud de onda del infrarrojo cercano, invisible al ojo humano. El dispositivo, con potencial para la identificación de la composición química de productos comerciales y otros tipos de objetos sin necesidad de tocarlos, está siendo probado por un grupo de científicos brasileños interesados en que esa tecnología se torne accesible para la población sin conocimientos técnicos.

La onda electromagnética que emite el propio instrumento incide sobre el objeto analizado reflejándose y siendo absorbida parcialmente. Con tal información, el aparato genera datos acerca de la composición química característica del objeto, lo cual permite su identificación y revela detalles de interés para el usuario. “El MicroNIR posee un alto potencial, pero requiere del desarrollo de métodos y adaptaciones para tornarse una herramienta efectiva en la resolución de problemas analíticos y facilitar su manejo. Esto es lo que estamos haciendo en nuestra investigación”, explica el químico Celio Pasquini, docente del Departamento de Química Analítica del Instituto de Química de la Universidad de Campinas (IQ-Unicamp) y coordinador del Instituto Nacional de Ciencias y Tecnologías Analíticas Avanzadas (Inctaa) patrocinado por la FAPESP y por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq).

La tecnología NIR (la sigla en inglés que alude al infrarrojo cercano o near infrared) no es ninguna novedad. Es algo que existe desde la década de 1970, pero su utilidad se encuentra limitada a dispositivos caros, complejos y no portátiles, que son operados por técnicos especialistas o científicos. “El lanzamiento del MicroNIR 1700 en 2013 por la empresa estadounidense JDSU abrió nuevas oportunidades para que la espectroscopía NIR pueda, un día, ser accesible para el consumidor”, dice Pasquini.

Interacción cuantitativa
El profesor Pasquini explica que la espectrometría del infrarrojo cercano se basa en el estudio de la interacción de la radiación electromagnética con la materia y ya está consolidada en la literatura científica para diversas aplicaciones, entre las que se cuentan el control de calidad en alimentos tales como la leche y derivados, aceites, bebidas, frutas y frutos del mar, además del análisis de productos textiles, polímeros y fármacos, entre otras. La técnica se basa en la medición de la intensidad de absorción de la radiación en la banda del infrarrojo cercano en función de la longitud de onda reflejada por determinado objeto o muestra.

La espectrofotometría NIR se emplea en la medición cuantitativa de grupos funcionales orgánicos, principalmente O-H (unión de oxígeno e hidrógeno), N-H (unión de nitrógeno e hidrógeno) y C=O (doble unión entre carbono y oxígeno). Cada objeto o muestra posee características químicas únicas ‒a menudo como resultado de composiciones químicas tan complejas como la huella digital humana‒, que pueden detectarse por medio de un espectrofotómetro. “Los átomos de las moléculas que componen cualquier muestra constituida por sustancias orgánicas no se encuentra estáticos, en reposo, sino vibrando. Cuando incidimos con una radiación adecuada, que pueda absorberse mediante cierta ligadura química, por ejemplo, esa radiación disminuye, transfiriendo parte de su energía a la vibración de los átomos ligados, algo que puede registrarse con los aparatos de espectrofotometría NIR, explica Pasquini.

“Las interacciones con las sustancias químicas presentes son características de la muestra en cuestión y su medición genera informaciones únicas que podrían considerarse como su huella digital”, arguye Pasquini. Una de las características de esa técnica reside en el hecho de que no es destructiva y permite el acceso a informaciones en las muestras intactas.

“El nuevo instrumento que utilizamos en nuestro trabajo cuesta 5.500 dólares, un valor alrededor de 15 veces más barato que el de los espectrofotómetros convencionales. Además, es portátil, robusto, fácil de usar y ofrece una rápida respuesta. Por todas esas características podría considerárselo como una solución ante el planteo de un problema, algo similar a la tecnología láser en la década de 1960”, resalta Pasquini.

El investigador también forma parte del Grupo de Instrumentación y Automatización en Química Analítica (GIA) del Instituto de Química de la Unicamp, que también integran los investigadores Jarbas José Rodrigues Rowedder e Ivo Milton Raimundo Júnior, del Inctaa. El GIA trabaja con la espectroscopía desde 1995. Es uno de los centros brasileños pioneros en la investigación y desarrollo de esa tecnología y ya concibió varios instrumentos que resultaron en cuatro solicitudes de patente. Uno de ellos sirve para el control de calidad de combustibles, mediante la determinación del porcentaje de alcohol en la gasolina y la presencia de agua en el etanol. El dispositivo es comercializado por Tech Chrom, una empresa de Campinas, con el objetivo de desanimar los tipos más comunes de fraude en esos productos (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 209).

Resultados en pantalla
El alumno de maestría Matheus Angeluzzi Jardim, del Instituto de Química de la Unicamp y miembro del equipo de Pasquini, aclara que la efectividad del MicroNIR 1700, que mide 4,5 centímetros de longitud por 4,2 de ancho y pesa 150 gramos, depende de la existencia de un vasto banco de datos integrado por la impresión digital o espectro de absorción de un gran número de muestras. De esta manera, al efectuar la lectura de determinado objeto, el dispositivo sería capaz de identificarlo comparando el espectro de absorción captado con aquéllos previamente almacenados en el banco de datos. Por ahora, el instrumento tan sólo muestra el resultado en forma de gráficos en la pantalla de una computadora. En el futuro, los resultados podrían mostrarse, de manera más sencilla, en un pequeño visor en el propio aparato.

“Supongamos que deseamos analizar productos textiles con el objetivo de generar un modelo que logre detectar si determinado vestido está confeccionado efectivamente con seda, tal como consta en su etiqueta. El primer paso consistiría en disponer de algunas decenas de muestras de tejidos de seda, con diferentes colores y modelos, para así registrar el espectro de absorción de las mismas”, dice Jardim. Luego, mediante el empleo de quimiometría ‒la ciencia que recurre a la aplicación de herramientas estadísticas y matemáticas para obtener información sobre vastos conjuntos de datos‒, los investigadores generan un modelo de clasificación capaz de identificar, estadísticamente, si la muestra de la cual se está obteniendo el espectro es cabalmente seda. Finalmente, con el modelo listo, se puede emplear un espectrofotómetro como el MicroNIR 1700 en cualquier prenda de vestir y determinar si la misma es o no de seda.

Por ahora, tan sólo el grupo de Pasquini está montando la biblioteca de  modelos en Brasil. “Ya disponemos de una biblioteca suficiente como para generar modelos que permitan determinar el porcentaje de azúcar en frutas, tales como la naranja, el kiwi y la manzana, así como para la identificación de tejidos tales como algodón, poliéster, cuero, seda y otros”, dice Jardim. Una de las metas de su trabajo de maestría consiste en la generación de un modelo para la determinación de la escala Brix, una medición que indica la cantidad de sólidos disueltos en una fruta, lo cual refleja directamente la cantidad de azúcar presente en la misma.

El espectrofotómetro, por ende, podría ayudarlos a los consumidores a escoger en el supermercado frutas más o menos dulces, según su preferencia. “La iniciativa de construcción de bases de datos y los modelos, como es el caso del que estamos elaborando, es el objetivo de varios grupos de investigación alrededor del mundo. Pero ese trabajo aún se desarrolla en forma aislada. En el futuro, la colaboración entre grupos brasileños y de otros países podría aprovecharse para dotar a las bases de datos de mayor universalidad. Con todo, ése es un trabajo que demandará algunos años. En el sistema que se pretende construir, los dispositivos dispondrán siempre de modelos actualizados vía web y comunicación inalámbrica”, comenta Pasquini.

El instrumento también podría utilizarse para analizar si determinado mueble está fabricado con la madera que informa el fabricante, si un remedio presenta la misma composición química anunciada por el fabricante y así sucesivamente. “El MicroNIR podría resultar muy útil para comprobar la autenticidad de mercadería, impidiendo la venta de productos falsificados o piratas, un problema que moviliza  miles de millones de dólares anuales en todo el mundo. Los datos de la literatura científica también revelan que la tecnología posee potencial para emplearse en la identificación de credenciales falsas”, dice el maestrando de la Unicamp. “Como la portabilidad es una tendencia creciente en nuestra sociedad, considero que dentro de algún tiempo podría ser factible la creación de un dispositivo NIR acoplado a un celular inteligente. Cuando esto ocurra, la tecnología del infrarrojo cercano cobrará mayor fuerza y cualquiera podrá utilizarla.”

Proyecto
Instituto Nacional de Ciencias y Tecnologías Analíticas Avanzadas – Inctaa (nº 2008/ 57808-1); Modalidad Proyecto Temático – INCT; Investigador responsable Celio Pasquini (Unicamp); Inversión R$ 375.421,77 y US$ 531.453,87 (FAPESP).

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