Summer School all’Istituto Zooprofilattico 16 giugno-3 luglio 2014

1. Summer School all’Istituto Zooprofilattico16 giugno-3 luglio 2014 Chimica degli alimenti Affatato Marzia IV L De Mauro Anna IV B Di Menna Angela IV B Di Menna Giusy IV I Responsabile di laboratorio dott. A. E. Chiaravalle

2. Metalli pesanti Tutor di laboratorio: dott. O. Miedico Incontri: 16 giugno 2014 23 giugno 2014

3. La preparazione del campione La prima fase prevede l’omogeneizzazione della matrice, se è solida mediante l’utilizzo di un particolare frullatore chiamato “vortex”.

4. Preparazione alla mineralizzazione 2. Si pesano 2 g di soluzione in una vessel mediante una bilancia analitica 3. Si aggiungono 2 ml di H2O2 e 6 ml di HNO3 1. La soluzione da analizzare è una miscela di varie bibite (coca cola, aranciata, pepsi,..) 4-5. Si chiude ermeticamente la vessel nell’apposita cabina porta vessel e si inserisce all’interno del carrello di mineralizzazione insieme a tutte le altre 6. Si inserisce la sonda della temperatura nella vessel “pilota” (la prima)

5. La mineralizzazione 7. Si collega la sonda della temperatura al microonde 9. Il processo di mineralizzazione dura circa 60 minuti (la mineralizzazione dura 48 minuti e il raffreddamento circa 10 minuti) 8. Si programma il microonde per la mineralizzazione 10. Si nota l’andamento della temperatura reale (linea rossa spessa) confrontandolo con quello della temperatura ideale (linea rossa sottile)

6. …dopo la mineralizzazione 12. Il contenuto della vessel (la soluzione mineralizzata) 11. Si riapre il vano 13. Si versa la soluzione in una provetta (falcon in polipropilene da 50 ml) 14-15. Si porta la soluzione a volume (50 ml) con l’aggiunta di acqua ultra pura

7. Gli standard e la loro preparazione Dopo la mineralizzazione si utilizzano gli standard per determinare la concentrazione di elementi come il cadmio (Cd), l’arsenico (As), il piombo (Pb) e il mercurio (Hg) negli alimenti. y= Ax+B Si fa sviluppare la reazione su più campioni a concentrazione nota della sostanza in esame, si traccia una curva di taratura che dovrebbe avvicinarsi molto ad una retta. Dal valore dell’assorbanza è possibile calcolare il valore della concentrazione utilizzando l’equazione determinata sperimentalmente per ogni sostanza.

8. Tecniche per l‘analisi degli elementi TECNICHE SPETTROMETRICHE SPETTROMETRIA DI MASSA TECNICHE SPETTROSCOPICHE • ASSORBIMENTO di Energia Elettromagnetica • EMISSIONE di Energia Elettromagnetica TECNICHE ELETTROCHIMICHE

9. Tecniche spettroscopiche Assorbimento: il campione acquista energia. Assorbe luce di appropriata lunghezza d’onda Emissione: il campione (in uno stato eccitato) emette luce (perde energia) Spettro Atomico: le linee sono specifiche. Ogni elemento, con la propria configurazione elettronica, corrisponde ad una linea. Spettroscopia di Assorbimento ed Emissione Atomica Luce Bianca Infra Rosso Rosso Violetto Ultra Violetto

10. Spettrometrodi Massa ICP Interfaccia Detector . . . . . . . . . Campione . . . Fasi dell’ICP-MS (spettrometria di massa) 1. Introduzione del campione e ionizzazione 4 . Rivelazione degli ioni 2. Focalizzazione degli ioni 3. Separazione degli ioni nell’analizzatore di massa

11. Radioattività Tutor di laboratorio: dott. N. Bortone Incontri: 18 giugno 2014 2 luglio 2014

12. La radioattività Radioattività = emissione di energia da parte di un nucleo (fenomeno nucleare). Avviene quando il nucleo è energeticamente instabile e decade rilasciando energia per raggiungere un livello energetico stabile. Particelle  (decadimento  ): Particelle  (decadimenti ): Il numero atomico aumenta o diminuisce di 1. Il numero atomico diminuisce di 2, il numero di massa diminuisce di 4. Esistono anche raggi x e raggi  come conseguenza del decadimento di  o . Raggi : sono fotoni e hanno sempre la stessa energia se emessi dallo stesso elemento. Raggi x: emissione di fotoni o elettroni e hanno sempre la stessa energia se emessi da uno stesso elemento.

13. Il potere di penetrazione delle radiazioni

14. 500 ml 1000 ml Analisispettrometria Campioni omogeneizzati, in appositi contenitori per la lettura I campioni vengono posti a diretto contatto con il rilevatore e conteggiati per la durata di 24 ore

15. Radiazione Rivelatore Amplificatore Analisi dell’ampiezzad’impulso Uscitadati Spettrometria gamma Lo strumento, in piombo in modo da schermare le radiazioni.

16. COME SI MISURA LA RADIOATTIVITA’? L’unità di misura è il Bequerel: 1 Bq = 1 dis./sec L’attività diminuisce nel tempo: se all’istante iniziale c’è un certo numero di decadimenti al secondo, dopo un po’ di tempo ce n’è un numero minore. ATTIVITA’= numero di decadimenti o disintegrazioni nell’unità di tempo.

17. Artificiali: Attività antropiche Test nucleari (Produzione di energia elettrica) Radionuclidi • Naturali: • Radiazioni cosmiche (sole, corpi stellari) • Radiazioni terrestri (acqua, suolo, aria, rocce)

18. Vie di esposizione

19. SPETTRO GAMMA CON RIVELATORE AL GERMANIO (particolato atmosferico e fallout) SPETTRO GAMMA CON RIVELATORE AL GERMANIO (mirtilli) Il Cs-137 (insieme a I-131, Cs-134, Ru-103, Sr-89, Sr-90) è un isotopo radioattivo molto pericoloso per l’uomo e l’ambiente.

20. Contaminazione a lungo termine di alimenti di origine animale (latte) dall’incidente di Cernobyl al 2004 Cs -137 Latte Bovino Cernobyl Si noti il picco raggiunto nel 1986 e la graduale diminuzione di contaminazione del Cs-137 con il passare degli anni.

21. Effetti dalla Radiazione Gli effetti prodotti dalle radiazioni nell’organismo umano si distinguono in effetti “somatici” ed effetti “genetici”. Sono effetti genetici quelli legati al corredo genetico delle cellule riproduttive, trasmesso alla progenie attraverso la riproduzione Sono effetti somatici quelli legati alle cellule somatiche, cioè tutte quelle cellule che costituiscono i tessuti dell’individuo e che scompaiono in atto con la sua morte(es. radiazioni solari che provocano ustioni epidermiche).

22. Danno al DNA in seguito alla radiazione • Evento fisico: Radiazioni x, γ, UV o particelle cariche di alta energia ionizzano la materia biologica cedendo energia  [Dose = ΔE/Δm]. • Evento radiochimico: Formazione di radicali liberi • Evento biologico: Danno a carico di molecole biologicamente importanti come acidi nucleici, membrane, etc.

23. Irraggiamento Tutor di laboratorio: dott. M. Mangiacotti, dott. M.Tomaiuolo Incontri: 25 giugno 2014 30 giugno 2014

24. Irraggiamento • E’ una tecnologia utilizzata dall’industria alimentare per la conservazione degli alimenti. • Sfrutta le radiazioni ionizzanti a brevissima lunghezza d’onda e dotate di un’energia molto elevata. • E’ un processo “a freddo” che non determina alcun aumento significativo della temperatura del prodotto. • Non rende gli alimenti radioattivi e non migliora quelli di scarsa qualità.

25. Irraggiamento dei cibi nel mondo

26. Strumenti PSL ESR TL Spettrometro di Risonanza Elettronica di Spin – Bruker EMX 113 Lettore di Termoluminescenza RISO TL/OSL Modello DA-20 Lettore di Luminescenza fotostimolata - SURRC

27. Analisi ESR • Il campione viene posto all’interno di un campo magnetico statico esterno. • Viene inviata al campione energia tramite un campo a microonde di frequenza costante (es. 9.8 GHz). • Facendo variare progressivamente l’intensità B del campo magnetico si ottiene lo spettro di assorbimento. • Per aumentare la sensibilità del metodosi registra la derivata prima dello spettro di assorbimento rispetto all’intensità del campo.

28. Interpretazione del segnale ESR di campioni contenenti cellulosa Cellulose ESR Signal • Campione non irradiato • Campione irradiato Marker 60.5 ± 0.05 Gauss Cellulose ESR Signal Satellite lines

29. Analisi del fading del segnale ESR in un campione di noci

30. Lacuna elettronica Trappole Fenomeno della Termoluminescenza LUMINESCENZA L’energia necessaria a far risalire gli elettroni nella banda di conduzione può essere fornita riscaldando il campione (energia termica). In tal caso si ha la TERMOLUMINESCENZA: luminescenza indotta termicamente; Il numero totale di elettroni (lacune) intrappolati è proporzionale alla dose totale di radiazione assorbita.

31. Metodo di analisi TL UNI 1788 (2001): lettura strumentale Lettore di Termoluminescenza RISO TL/OSL Modello DA-20 Comparto Gastro Intestinale Campione Gusci Esterni Estrazione Minerali silicati Deposito minerali Piattello acciaio inox PORTA PIATTELLI

32. Empty test Std irradiato Std non irradiato Procedura analisi PSL 1) Controllo fondo strumento 2) Controllo temperatura ambiente di lavoro 3) 4) 5) LETTORE PPSL SURRC Empty test Comparto Gastro Intestinale Campione in doppio Gusci

33. T1 T2 Campione molto probabilmente Non irradiato Campione molto probabilmente Irradiato Campione DubbioNon interpretabile Conteggio PSL / 60 sec Valutazione Risultati PSL Valori soglia per molluschi: • Threshold 1 (T1): 1000 cts/60 sec • Threshold 2 (T2): 4000 cts/60 sec • Valori soglia per spezie: • Threshold 1 (T1): 700 cts/60 sec • Threshold 2 (T2): 5000 cts/60 sec

34. Irraggiatore a raggi X Come si nota nel video, l’ irraggiatore a raggi X ruota per irradiare in modo omogeneo la matrice

35. Distribuzione di dose con raggi  Da un solo lato si ha una distribuzione di dose ad andamento esponenziale, decrescente con lo spessore del materiale trattato. • Dose massima Alimenti Da due lati opposti dà una distribuzione che presenta un minimo nel mezzo e un massimo alla superficie della confezione. • Dose minima

36. materiale qualsiasi Einiz m E = Einiz- Efin Efin La dose Misura l’energia rilasciata dalla radiazione nella unita’ di massa Ad ogni interazione la radiazione cede la sua Energia alla materia Particelle cariche: ionizzazione del mezzo attraversato La dose assorbita D si misura in Gray 1 Gray = 1 Joule/kg

37. Il segnale di fluorescenza Le cellule irradiate mostrano un incremento dell' estensione del DNA dal nucleo verso l' anodo producendo delle comete più lunghe e omogenee nella loro forma rispetto a cellule non irradiate. Cellulenon irradiate(NI) appariranno con forma circolare, con nuclei intatti senza coda o con debole coda.

38. Si ringrazia tutto il personale del laboratorio per la disponibilità