Determinación de minerales en vinos

En el vino existen minerales en distintas concentraciones. Se pueden distinguir dos tipos de elementos minerales:

• Macroelementos o elementos mayoritarios: P, S, K, Ca, Mg, Na, Cl, Si...
• Oligoelementos o elementos en muy baja concentración: Fe, Cu, Pb, Zn, Mn, Rb, Li...

Los valores son variables. Esto puede ser debido a diversas circunstancias. La primera de estas circunstancias es la contaminación:

• Tratamientos fitosanitarios
• Materiales pulvígenos
• Contaminación atmosférica
• Corrosión de material de bodega
• Tratamientos enológicos
• Aporte del envase.

Otra posibilidad es debido a la maceración con el hollejo y raspón:

A continuación analizo los elementos minerales más importantes en el vino:

Potasio:

• Elemento mayoritario en el vino
• Se encuentra en concentraciones de hasta 1 g/L
• Juega un papel importante en el pH del vino
  

Calcio:

• Concentraciones entorno a 80 mg/L
• Elemento muy dependiente del pH, cuanto más calcio el pH es menor y a pH altos precipita en forma de tartrato cálcico.

Magnesio:

• Concentraciones entorno a 50 mg/L
• No forma sales insolubles
• Su concentración en vino guarda estrecha relación con la maceración

Hierro:

• Concentraciones entorno a 5 mg/L
• En concentraciones habituales: importante en el metabolismo
• En concentraciones elevadas: altera los sistemas redox, modifica características sensoriales, se forman complejos dando lugar a inestabilidades.
• Es el metal causante de la quiebra férrica (concentraciones mayores de 10 mg/L): en vinos conservados en contacto con aire el hierro se encuentra como Fe⁺³y puede producirse quiebra blanca en presencia de ácido fosfórico o quiebra azul en presencia de tanino

Cobre:

• Importante catalizador de reacciones redox
• Concentraciones entorno a 0,5 mg/L
• Junto el cadmio y el arsénico figura como los más tóxico de los metales pesados
• Es el responsable de la quiebra o casse cuprosa (concentración de cobre mayor a 1 mg/L): vinos conservados sin presencia de aire precipita en forma de sulfuro

Cloro:

• Presente en muchos componentes de plaguicidas y tratamiento de maderas
• Forma componentes muy aromáticos (policloroanisoles)
• En el vino solo por contaminación
• Genera gusto a corcho

Bromo:

• Aparece sustituyendo a los compuestos de cloro
• Forma componentes muy aromáticos, en este caso polibromoanisoles
• Si existen en vino es debido a contaminación y también genera gusto a corcho

Elementos trazas nocivos:

• Metales pesados: plomo, mercurio, cadmio
• Otros metales: Arsénico, aluminio, zinc, manganeso

La manera para analizar estos elementos minerales son dos principalmente:

• Espectroscopia atómica por absorción atómica
• Espectrometría de masas por ICP-MS

A continuación voy a explicar el sistema de espectrometría de masas por ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) ya que es más novedoso y es con el que he trabajado estos días.

Inicialmente tenemos que digerir la muestra de vino (1 ml), lo cual se realiza mediante mircroondas. La muestra se introduce en un vaso de digestión junto con ácido nítrico (4 ml). El recipiente tiene que resistir altas temperaturas y presiones.

Tras la digestión, la disolución resultante se pasa a botes de teflón y se lleva por pesada a 25 ml con agua MilliQ, anotando siempre el valor exacto de enrase.

Posteriormente y para minimizar el efecto matriz, las muestras se diluyen 1:50 y 1:100 en botes de 5 ml.

Por otro lado se prepara la recta de calibrado con unos 8 niveles. Se utiliza patrones multielementales (CMS-4 y CMS-5) y como patrón interno Ytrio (Y) e Iridio (Ir) a una concentracion conocida.

Una vez realizado todo esto, se realiza la puesta a punto del equipo (tune). Después se ponen las muestras en el autosampler, dispuestas a ser analizadas.

La pregunta es ¿como funciona el ICP-MS?

Se basa en el acoplamiento de un ICP como fuente de ionización con un espectrómetro de masas que separa y detecta los iones.

La muestra es introducida al sistema: formación del aerosol que se dirigirá al plasma. A medida que la muestra atraviesa las diferentes zonas del plasma será secada, vaporizada e ionizada.

Los iones serán transportados y enfocados hacia el espectrómetro de masas donde serán separados de acuerdo con su relación masa carga (M/Z).

Un espectrómetro de masas exige un alto grado de vacío para evitar colisiones entre los iones y las moléculas de gas. Para ello es necesario una zona de paso o interfase entre el plasma y el espectrómetro de masas.

La interfase transporta los iones de forma eficiente desde el plasma, que está a presión atmosférica (760 Torr), hasta el espectrómetro de masas, que está a alto vacío (10-6 Torr).

Una vez los iones salen de la interfase, serán enfocados por una serie de lentes, cuya función es focalizar el haz de iones.

Los analizadores de masas separan los iones extraídos del plasma de acuerdo con su relación masa/carga.

A la salida del analizador de masas, los iones chocan secuencialmente con la superficie del detector: multiplicador de electrones.

El multiplicador de electrones secundarios consiste en una sucesión de dínodos sometidos a potenciales crecientes negativos.

Cada ión que llega al detector incide en el primer dínodo generándose un número elevado de electrones que son atraídos inmediatamente por el segundo colocado a continuación. Este proceso de multiplicación de electrones se repite en los diez dínodos de que consta el detector, produciéndose unos 108 electrones por cada ión incidente.

Este tipo de detectores produce señales eléctricas en forma de pulsos de unos ns de duración.

Espero que os podaís hacer una idea general. Es un sistema complejo y hay palabras técnica. Cualquier duda preguntad e intentaré responder lo más claro posible.